第30卷增刊(2)现代化工N o v .20102010年11月M o d e r n C h e m i c a l I n d u s t r y当前火电厂脱硫石膏现状及利用的研究沈建军,祁利明,王福斌(内蒙古电力科学研究院,内蒙古呼和浩特010020)摘要:从烟气脱硫石膏的来源与性能介绍了电厂脱硫石膏可作为天然石膏替代品,并阐述了燃煤电厂烟气脱硫石膏的特性和国内脱硫石膏的利用现状,结合我国实际,对燃煤电厂脱硫石膏综合利用现状进行了分析。
关键词:脱硫石膏;烟气脱硫;火电厂中图分类号:X 773 文献标识码:A 文章编号:0253-4320(2010)S 2-0303-03S t u d y o nc u r r e n t l y s t a t u s a n du s e o f F G Dg y p s u mS H E NJ i a n -j u n ,Q I L i -m i n g ,W A N GF u -b i n(I n n e r M o n g o l i aP o w e r S c i e n c e R e s e a r c hI n s t i t u t e ,H u h h o t 010020,C h i n a )A b s t r a c t :A c c o r d i n gt ot h es o u r c ea n dp e r f o r m a n c eo f f l u eg a s d e s u l f u r i z a t i o n (F G D )g y p s u m ,i t c a nb ea s a s u b s t i t u t e f o r n a t u r a l g y p s u m i s i n t r o d u c e d ,t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f F G D g y p s u m o f h e a t -e n g i n e p l a n t a n du t i l i z a t i o n s t a t u s i nd o m e s t i c i s d e s c r i b e d ,c o m b i n i n g t h e p r a c t i c a l s i t u a t i o no f o u r c o u n t r y ,t h ec u r r e n t c o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o no f c o a l -f i r e dp o w e r p l a n t i s a n a l y z e d .K e y w o r d s :F G Dg y p s u m ;f l u e g a s d e s u l f u r i z a t i o n ;h e a t -e n g i n e p l a n t 收稿日期:2010-08-18 作者简介:沈建军(1977-),男,硕士,工程师,主要从事环境治理及清洁生产方面的工作,s j j x x 7724@163.c o m 。
目前,我国电力以煤电为主,燃煤电厂发电量约占总发电量的80%。
我国作为世界上最大的煤炭生产国和消费国,根据我国的能源结构状况,今后相当长时期内以煤电为主的格局难以改变。
燃煤电厂每年排放大量二氧化硫,排放量达2000万t /a [1],严重污染了大气环境,破坏生态平衡,危及人体健康。
因此,减少S O 2排放,控制煤烟型污染是改善我国大气环境质量,实施可持续发展战略的客观要求。
1998年11月批复的《酸雨控制区和S O 2污染控制区划分方案》标志着我国火电厂烟气脱硫工作已进入了实质性阶段[2]。
在众多烟气脱硫工艺中,湿式石灰石-石膏法以其稳定、高效等优点成为世界上最成熟、应用最广泛的脱硫工艺。
这种工艺会产生大量副产物———脱硫石膏,预计到2010年我国脱硫石膏排放量将达到300万t 以上[3]。
脱硫石膏不仅要占用大量的土地,而且还可能造成二次污染。
因此,研究脱硫石膏的性能和综合利用技术,结合我国具体国情,研究开发出市场竞争力强的脱硫石膏综合利用产品,解决脱硫石膏的最终处置问题,对国家推广烟气脱硫技术的宏观决策具有重要意义。
1 烟气脱硫石膏的来源与性能1.1 脱硫石膏产生过程石灰石经破碎、制粉、配制浆液进入吸收塔,在吸收塔内烟气中的二氧化硫首先被浆液中的水吸收,再与浆液中的C a C O 3反应生成C a S O 3,C a S O 3氧化后经旋流分离、洗涤和真空脱水,最终生成石膏晶体C a S O 4·2H 2O。
反应式如下:S O 2+H 2O H ++H S O -3(1)C a C O 3+2H +C a 2++H 2O +C O 2(2)H S O 3-+1/2O 2H ++S O 2-4(3)C a 2++S O 2-4+2H 2OC a S O 4·2H 2O(4) 脱硫石膏主要成分与天然石膏相同,为C a S O 4·2H 2O,呈粉末状。
当石灰石纯度较高时,脱硫石膏纯度一般为90%～95%,含水率一般为10%～15%。
由于其含水率高、黏性强,在装载、提升、输送过程易黏附在各种设备上,造成积料堵塞,影响生成正常进行。
1.2 脱硫石膏性能烟气脱硫工艺决定了脱硫石膏的性质,其特点是纯度高,成分稳定,游离水分含量约为10%,粒度小,粉状,含较多的水溶性盐[4]。
一般根据燃烧的煤种和烟气除尘效果不同,脱硫石膏从外观上呈现不同的颜色,常见颜色是灰黄色或灰白色,灰色主要是由于烟尘中未燃尽的炭质量分数较高的缘故,并含有少量C a C O 3颗粒。
天然石膏与之相比,呈粉状,化学成分与脱硫石膏相差不大,杂质主要以黏土类矿物为主。
表1列出天然石膏和脱硫石膏的化学·303·DOI :10.16606/j .cn ki .issn 0253-4320.2010.s2.092现代化工第30卷增刊(2)成分及细度。
表2则是脱硫石膏和天然石膏粒径分布情况。
表1 天然石膏和脱硫石膏的化学成分及细度%名称C a O M g O S i O2A l2O3F e2O3L o s s筛余(%)0.045m m脱硫石膏31.51.304.31.731.1517.28.8天然石膏31.61.002.70.700.5019.21.0表2 石膏颗粒粒径分布%粒度/μm806050403020105脱硫石膏10.94.79.54.914.415.520.012.7天然石膏5.015.58.321.931.015.71.70.4 注:天然石膏中未计入8.8%的大于80μm的颗粒。
在扫描电镜下可观察到,脱硫石膏颗粒外形完整,水化后晶体呈柱状,结构紧密,其水化硬化体的表观密度较天然石膏硬化体大10%～20%,而且,脱硫石膏颗粒一般不超过200目,粒径分布范围较小。
2 国内烟气脱硫石膏排放和综合利用研究状况2.1 排放状况我国烟气脱硫石膏产生的时间较短,对其应用价值和市场普遍认识不足,对脱硫石膏的性能,处理加工设备和加工工艺还没有详细的、系统的、科学的基础性研究,从目前脱硫石膏的处理工艺和设备并不完全与天然石膏相同,如在物料输送、粉尘处理、煅烧工艺等;就物性方面脱硫石膏与天然石膏也有不同之处,如脱硫石膏纯度高、游离水大、粒度细;颗粒大小粒径分布均匀、级配较差、标稠用水量大,含水溶性盐较多;还值得注意的是脱硫石膏与天然石膏二者来源不同,脱硫石膏中以未反应的碳酸钙为主要杂质及未被完全氧化的亚硫酸钙存在、杂质状态相差较大,另在脱硫生产工艺中技术处理的不同,石灰石原料成分的不同,加工石灰石细度的不同等都会影响脱硫石膏的品质,所以脱硫石膏在应用加工时一定要结合具体实际,采用科学手段进行深入的研究。
2.2 综合利用现状国内脱硫石膏的综合处理和应用已起步,利用前景蕴藏着巨大的市场机遇,特别是那些天然石膏缺乏而脱硫石膏资源丰富的经济发达地区,经应用实践证明脱硫石膏是一种品位较高的宝贵资源,它可适合于不同用途的石膏建材制品的生产。
脱硫石膏与天然石膏有一定的区别,但从根本上讲,由于它们的主要成分相同,并且脱硫石膏的主要成分含量高,故处理后的脱硫石膏是一种比天然石膏还要好的胶凝材料。
(1)脱硫石膏通过干燥,脱水处理成为熟石膏熟石膏按制品可分浇注石膏、灰泥石膏、陶瓷工业用石膏、铸造工业用石膏、牙料用石膏、骨科绷带医用石膏、煤矿防火加强巷壁用石膏、土壤改良用石膏等,用量最大的是建筑用熟石膏(建筑石膏),一般认为对建筑脱硫石膏的脱水温度(料温)应在125～145℃为好;煅烧设备和工艺不一样,煅烧温度也要有不同的变化,从相组成看,熟石膏中可溶性无水石膏含量应较高一点为好,因熟石膏中可溶性无水石膏亲水性极强,接触潮湿空气后,很容易转化为半水石膏,通过转化效应增加熟石膏粉中半水石膏的含量,使其相变过程趋于稳定,可改善熟石膏的物理力学性能,能够满足用于石膏制品生产的质量要求具有重要意义。
(2)脱硫石膏也可制做高强石膏将脱硫石膏制成浓度适宜的石膏浆体,加入一定量的转晶剂,在搅拌加压的条件下,石膏浆体的处理温度、时间及压力控制在一定范围内生成柱状石膏晶体,然后经脱水,干燥制得高强熟石膏,在生产中转晶剂的种类及加入量,浆体的热处理温度及时间和压力,料浆浓度等都是决定产品质量的重要因素,(3)脱硫熟石膏和粉煤灰或矿渣制备新型胶结料脱硫熟石膏和粉煤灰加矿渣为主要原料,并掺入激发剂制成的新型胶结料,这种胶结料在前苏联的资料中有大量介绍,这可使脱硫石膏拓宽使用范围,得到更广泛的利用,并能使熟石膏的耐水性与强度方面都有明显改善,近2年来利用太原一电厂生产的建筑用脱硫石膏和一级粉煤灰,太原德龙公司生产的矿渣磨细粉与本研究所研发的增强激发剂G,试验结果是在大量利用脱硫石膏与粉煤灰或渗加矿渣磨细粉时,可在保持石膏制品基本性能的基础上,大幅度提高粉煤灰和矿渣磨细粉在激发剂作用下生成的水硬性水化产物,改善了胶结料的耐水性与强度。
石膏仍是胶结料中发挥强度的主体,粉煤灰及矿渣磨细粉的水化反应是在石膏硬化体中进行。
这样提高后期强度,密实度增大,吸水率下降,·304·2010年11月沈建军等:当前火电厂脱硫石膏现状及利用的研究抗冻性改善使胶结材料硬化体中即有气硬性水化产物,又有水硬性水化产物,该硬化体干缩小,体积稳定性好,确实是一条即节能又同时利用两种工业废渣生产建筑材料的工艺途径。
(4)利用脱硫石膏配制粉刷石膏制备的粉刷石膏具有强度高、和易性好、成本低等特点,特别是利用脱硫石膏和粉煤灰混合型粉刷石膏,后期强度均好于单一石膏的产品,其耐水性明显提高,利用太原一电厂生产的脱硫石膏和一级粉煤灰,添加了金龙凤石膏专用缓凝剂、保水剂、胶粘剂,表面活性剂所生产的粉刷石膏,其产品质量均优于J C/T517—2003粉刷石膏行业标准,现已在石家庄、保定、洛阳、天津、北京、唐山、太原等地推广使用;为此笔者在配制粉刷石膏时要采用石膏专用减水缓凝剂降低拌合物用水量,同时掺入有利于保水性能的无机和有机材料,提高粉刷石膏料浆保水性能,另需增加有利于改善黏结性的胶凝材料来提高其黏结强度。