電廠脫硫工藝及脫硫灰性質(zhì)

3脫硫灰的產(chǎn)生與常見的脫硫工藝煙氣脫硫(FlueGasDesulfurization，簡稱FGD)是目前燃煤電廠控制SO2氣體排放最有效和應(yīng)用最廣的技術(shù)。20世紀(jì)60年代后期以來，煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展迅速，根據(jù)美國電力研究院(EPRI)的統(tǒng)計(jì)，大約有300種不同流程的FGD工藝進(jìn)行了小試或工業(yè)性試驗(yàn)，但最終被證實(shí)在技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理并且在燃煤電廠得到采用的成熟技術(shù)并不多。目前在火電廠大、中容量機(jī)組上得到廣泛應(yīng)用并繼續(xù)發(fā)展的主流工藝有4種:石灰石/石灰一石膏濕法脫硫工藝，噴霧干燥脫硫工藝，爐內(nèi)噴鈣爐后增濕活化脫硫工藝(LimestoneInjectionintotheFurnaceandActivationofCalcium，簡稱LIFAC)和循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝(CirculatingFluidizedBedFlueGasDesulfurization，簡稱CFB—FGD)。3.1石灰石/石灰-石膏脫硫工藝石灰石/石灰一石膏濕法煙氣脫硫工藝是目前使用最多的一種濕法煙氣脫硫工藝工藝。根據(jù)吸收塔型式不同，該工藝又可分為三類:逆流噴淋塔工藝、順流填料塔工藝和噴射鼓泡反應(yīng)器工藝三種。常用的逆流噴淋塔型濕法工藝，其工藝流程為:從除塵器出來的煙氣經(jīng)氣一氣換熱器降溫后進(jìn)入FGD吸收塔，在吸收塔內(nèi)煙氣和噴淋下的石灰石粉懸浮液充分接觸，SO2與漿液中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)被吸收。新鮮的石灰石漿液不斷加入到吸收塔中，洗滌后的煙氣通過除霧器再經(jīng)氣-氣換熱器升溫后由煙囪引至高空排放。吸收塔底部的脫硫產(chǎn)物由排液泵抽出，送去脫水或作進(jìn)一步處理。3.2噴霧干燥脫硫工藝噴霧干燥脫硫工藝以石灰作為脫硫劑，首先把石灰消化制成消石灰漿。消石灰漿液經(jīng)旋轉(zhuǎn)噴霧裝置或兩相流噴嘴霧化成非常細(xì)的液滴，在吸收塔內(nèi)與待處理的煙氣充分混合。通過氣液傳質(zhì)，煙氣中的SO2與脫硫劑反應(yīng)生成CaSO3而被去除，粉末狀的脫硫副產(chǎn)物隨煙氣一起排出由下游的除塵器收集，收集下的固體灰渣一部分排入配漿池循環(huán)利用，一部分外排。凈化后的煙氣由引風(fēng)機(jī)引全煙囪排放。3.3爐內(nèi)噴鈣爐后增濕活化脫硫工藝(簡稱LIFAC)LIFAC脫硫技術(shù)是由芬蘭的Tempella公司和IVO公司首先開發(fā)成功并投入商業(yè)應(yīng)用的，該技術(shù)是將石灰石于鍋爐的900°C?1250°C部位噴入，脫硫劑在高溫下迅速分解產(chǎn)生CaO,同時(shí)與煙氣中的SO2反應(yīng)生成CaS03,起到部分固硫作用，在尾部煙道的適當(dāng)部位(一般在空氣預(yù)熱器與除塵器之間)裝設(shè)增濕活化反應(yīng)器，使?fàn)t內(nèi)未反應(yīng)的CaO和水反應(yīng)生成Ca(OH)2,進(jìn)一步吸收SO2,提高脫硫率。其反應(yīng)原理是:將磨細(xì)到325目左右的石灰石粉用氣流輸送方法噴射到爐膛上部溫度為900C?1250C的區(qū)域，CaCO3立即分解并與煙氣中的SO2和少量的SO3反應(yīng)生成CaSO4。在活化器內(nèi)爐膛中未反應(yīng)的CaO與噴入的水反應(yīng)生成Ca(OH)2，SO2與生成Ca(OH)2快速反應(yīng)生成CaSO3，有部分被氧化成CaSO4。該技術(shù)已在美國、日本、加拿大和歐洲國家得到工業(yè)應(yīng)用，是一種具有廣闊發(fā)展前景的脫硫技術(shù)。目前，典型的爐內(nèi)噴鈣尾部增濕脫硫技術(shù)有芬蘭的爐內(nèi)噴石灰石及氧化鈣活化反應(yīng)(LIFAC)技術(shù)、美國的爐內(nèi)噴鈣多級(jí)燃燒器(LIMB)技術(shù)等。3.4.循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝(簡稱CFB-FGD)循環(huán)流化床煙氣脫硫(CFB-FGD)工藝以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，通過脫硫劑的多次再循環(huán)，延長脫硫劑與煙氣的接觸時(shí)間，大大提高了脫硫劑的利用率。鍋爐煙氣進(jìn)入脫硫塔底部的文丘里管狀入口段，在此煙氣被加速并均勻分布于塔內(nèi)，同時(shí)在此處加入適量的脫硫劑和霧化水。由于流化床反應(yīng)塔內(nèi)呈流化狀態(tài)，氣固相互運(yùn)動(dòng)劇烈，混合均勻，煙氣中的SO2與脫硫劑快速反應(yīng)，大部分SO2及其它酸性氣體被脫除。脫硫后的反應(yīng)物連同飛灰及未反應(yīng)的脫硫劑被煙氣攜帶進(jìn)入返料除塵器，除塵器分離下的固體產(chǎn)物一部分返回塔內(nèi)循環(huán)利用，另一部分外排。凈化后的煙氣由引風(fēng)機(jī)排全煙囪實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。4脫硫灰的性質(zhì)脫硫灰是燃煤鍋爐采用十法或半干法煙氣脫硫工藝而產(chǎn)生的固體廢棄物，是粉煤灰和脫硫產(chǎn)物的混合物，其化學(xué)組成與粉煤灰大體相似，只是增加了鈣含量和硫含量。隨著我國對(duì)火電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求的日益嚴(yán)格，燃煤電廠脫硫裝置將會(huì)大規(guī)模啟用，隨之而來的脫硫灰的處理處置己成為擺在我們面前的非常迫切的問題。4.1脫硫灰的物理性質(zhì)脫硫灰是一種淺灰色粉末，外觀像水泥，其主要物理性能是:含水量0.02%?0.36%，容積密度0.55?1.0t/m3,，真密度2.25?2.69t/m3。加水壓實(shí)后，會(huì)像水泥一樣硬化，其壓實(shí)密度為1.4t/m3，最佳加水量為21%?26%，壓實(shí)后的滲透率為103?107t/m3,其抗壓強(qiáng)度為28d強(qiáng)度2?4MPa。表7與表8列出了脫硫灰與普通粉煤灰的物理性能和粒徑分布對(duì)比。表7 脫硫灰與普通粉煤灰部分物理性能對(duì)比試樣密度(g/m3)容重(g/1)含水率(%)細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)稠度水灰比20目篩80目篩200目篩脫硫灰2.46551.4001.40.312普通灰2.211508.9346870.195從表7和表8可以看出，脫硫灰的真實(shí)密度要比普通粉煤灰大，這是與它的玻璃體含量多，結(jié)構(gòu)致密有關(guān)。但是它的容重較小，因此在設(shè)計(jì)粉煤灰倉時(shí)應(yīng)該給予足夠的關(guān)注。脫硫灰的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量要比普通灰高60%。同時(shí)，脫硫灰的細(xì)顆粒較多。表8脫硫灰與普通粉煤灰粒徑分布對(duì)比(%)粒徑>0.9mm0.9-0.18mm0.18-0.09mm0.07-0.071mm>0.071mm脫硫灰0001.498.6普通灰0.764538.33.149.564.2脫硫灰的化學(xué)成分就其主要化學(xué)成分比較而言，普通粉煤灰中含SiO，AlO，和FeO較多，2 23 23而脫硫灰含CaO、CaSO、CaSO、Ca(OH)、CaCO等鈣的化合物比粉煤灰高，詳細(xì)3 4 2 3情況見表9。從表9可以看出，脫硫灰具有以下特點(diǎn)：燒失量偏高。這除了與粉煤灰中碳的含量較高外，還因?yàn)榉勖夯抑械腃aSO4?2H2O、Ca(OH)2、CaSO3、CaCO3等在加熱時(shí)分解，放出氣體。脫硫灰是高鈣灰的一種特殊情況，因此它與高鈣灰的相同點(diǎn)在于SiO2,A12O3，和Fe2O3較少，而CaO含量較高。脫硫灰與高鈣灰的不同點(diǎn)在于它的SO3含量也很高，是一種高硫高鈣的粉煤灰。表9 脫硫灰與普通粉煤灰及高鈣粉煤灰化學(xué)成分對(duì)比(%)項(xiàng)目LossSiO2gCaOMgOSO3f-CaO普通粉煤灰1.4758.9025.107.354.101.400.83-高鈣粉煤灰12.2043.9020.1012.0017.701.742.102.31高鈣粉煤灰24.6432.0014.8011.2030.302.384.91 -循環(huán)流化床干法脫硫灰11.078.916.370.9240.897.8920.35-LIFAC干法脫硫灰7.6841.2323.544.0214.370.977.383.31噴霧干燥半干法脫硫灰12.6822.3511.122.8131.341.3810.70-4.3脫硫灰的礦物組成干法半十法脫硫灰的化學(xué)組成中硫和鈣元素的含量都較普通粉煤灰高很多，這兩種元素的礦物形式也比較復(fù)雜，而且干法和半十法脫硫灰的礦物組成還有所不同。通常在爐內(nèi)噴鈣十法脫硫工藝形成的脫硫產(chǎn)物中，含硫物相既有CaSO3也有CaS04，另外還有一部分未完全反應(yīng)的游離Cao。而在噴霧干燥的半干法低溫脫硫工藝中，脫硫產(chǎn)物的含硫物相則以CaSO3為主，CaSO4含量很少;未完全反應(yīng)的鈣元素一般以Ca(OH)2的形式存在;同時(shí)由于煙氣中有大量CO2的存在，在脫硫的同時(shí)往往也不可避免地產(chǎn)生CaCO3。對(duì)LIFAC脫硫灰進(jìn)行SEM和XRD分析，脫硫灰中除了粉煤灰的主要礦物成份如莫來石(M)石英(Q)和磁鐵礦(F)，還包括a半水亞硫酸鈣，CaSO4?2H2O，和少量的CaCO3、CaO、Ca(OH)2顆粒。4.4脫硫灰的火山灰活性表10 不同粉煤灰28d抗壓強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度比項(xiàng)目對(duì)比樣R0普通粉煤灰高鈣灰1高鈣灰2脫硫灰28d抗壓強(qiáng)度Rx/MPa60.949.653.451.753.8Rx/R0X100%10081.487.784.988.3由表10可知，高鈣粉煤灰的活性高于普通粉煤灰，脫硫粉煤灰的活性最高。其原因可能是由于粉煤灰中含有較多的SO3,在水泥水化初期迅速溶出，與熟料中的礦物生成AFT從而使強(qiáng)度提高。由以上可以看出，脫硫灰與普通粉煤灰的區(qū)別可以概括如下：高鈣高硫，較高的pH值，較強(qiáng)的自硬性和較細(xì)的粒徑。實(shí)驗(yàn)表明，脫硫灰對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間，尤其是終凝時(shí)候有影響。它可以延長水泥的凝結(jié)時(shí)間，但是對(duì)初凝時(shí)間影響最大的還是石膏的摻量。在混凝土中脫硫灰的用量參考值在5%~12%范圍內(nèi)比較合適。5脫硫灰的排灰方式脫硫灰渣的排灰方式主要包括四種：濕法分排。將脫硫石膏與粉煤灰分別排往灰場分開堆放。這種排放方式對(duì)于電廠來說只是增加了一種新的固體廢棄物，可以單獨(dú)加以研究與利用，粉煤灰綜合利用不受影響。濕法混排。將脫硫石膏與FA混合起來一起排往灰場堆放。這種排放方式產(chǎn)生的脫硫灰渣并非是粉煤灰與脫硫石膏簡單混合而成的一種含硫量高的粉煤灰。現(xiàn)有的大量研究與應(yīng)用表明，石膏對(duì)粉煤灰來說是一種良好的活性激發(fā)劑，脫硫石膏與一般天然石膏的成分幾乎一樣，因此當(dāng)這2種物質(zhì)混合后，在有水的條件下必然發(fā)生反應(yīng)。此種脫硫灰渣在化學(xué)成分上比一般的粉煤灰含有更高的Ca、S，如果脫硫石膏沒經(jīng)過洗滌除Cl-，灰渣中還將含有少量Cl-。CaCl2同石膏一樣對(duì)粉煤灰來說也是一種活性激發(fā)劑，粉煤灰在這種條件下將會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，使其顆粒表面被水化蝕刻，生成部分水化產(chǎn)物，如C-S-H凝膠、AFt、AFm等，這將降低粉煤灰原灰的火山灰活性。十法十排。十法脫硫如爐內(nèi)噴鈣，是在燃燒過程中向鍋爐內(nèi)噴鈣基脫硫劑，經(jīng)高溫燃燒生成的一種高鈣高硫型的脫硫渣。在這種灰渣中，脫硫產(chǎn)物和粉煤灰分別以顆粒的形式存在，其中粉煤灰屬于高鈣顆粒，有較高的反應(yīng)活性。這種灰渣一般由除塵系統(tǒng)收集下來，當(dāng)采取干排的形式時(shí)，灰渣內(nèi)部成分不發(fā)生化學(xué)變化，保持著較高的火山灰活性，在建材方面有較高的利用價(jià)值。干法濕排。將收集下來的十態(tài)脫硫灰渣用水力輸送方式排往灰場堆放。由于其成分的特殊性，這種灰渣在有水的條件下將發(fā)生類似于