不同类型脱硫渣的主要特性及资源化利用.docx
- 文档编号:7118761
- 上传时间:2023-01-19
- 格式:DOCX
- 页数:61
- 大小:71.27KB
不同类型脱硫渣的主要特性及资源化利用.docx
《不同类型脱硫渣的主要特性及资源化利用.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《不同类型脱硫渣的主要特性及资源化利用.docx(61页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
不同类型脱硫渣的主要特性及资源化利用不同类型脱硫渣的主要特性及资源化利用,“.rJ协了几,户叮,_了f;俞麟醛孩t.,.i:
_.,户少一,轰、尹_r.少、_:
1一声田石开寮nJ,It-.i,s-r.Yy此贡若属实,请申请人及导师签名。
独创性声明本人声明,所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工咋及取得的研究成果,据我所知,除了文中特别加以标注和致谢狗地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
研究生签名:
御正写日期卫丝么卿关于论文使用授权的说明本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定,即:
学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
(保密的论文在解密后应遵守此规定)研究生签名:
蜘尊一导师签名:
日期多。
夕乡.次l庄:
请将此声明装订在论文的目录前。
分类号UDC学校代码10497学号104972030039武禅挂声大穿学位论文题目不同类型脱硫渣的主要特性及资源化利用研究文Comprehensiveutilizationandmajorcharaeteristics于比、石火斗州7日尾吸研究生姓名包正宇指导教师姓名陈袁魁职称副教授学位硕士单位名称材料学院邮编430070申请学位级别硕士学科专业名称材料学论文提交日期2006年4月论文答辩日期2006年5月17日学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席龙世宗评阅人方鹏飞潘春旭2006年4月17日中文摘要干法与半干法脱硫工艺是近年发展起来的新型脱硫技术,具有流程简单、无污水排放等优点,但其副产脱硫渣生成量较高,组成上以亚硫酸钙、残余脱硫剂和部分粉煤灰为主。
目前对这类脱硫渣的研究尚不多,如何有效加以资源化利用已成为当前急需解决的重要课题,也是制约相关烟气脱硫技术发展的关键因素。
本文系统研究了广州恒运、武汉青山、南京下关和武汉石化等四种有代表性脱硫渣的组成、结构与基本理化特性,采用化学分析、xRD、SEM和激光粒度分析等测试手段,测定研究了各种脱硫渣的物相组成与结构特征及化学活性,重点探讨了亚硫酸钙在不同因素影响下的稳定性问题,同时根据不同脱硫渣的特点确定其主要的资源化利用方向,进行了高硫高钙型的石化脱硫渣作水泥原料配料的研究以及恒运、青山和下关电厂三种脱硫渣作为水泥活性混合材的研究。
研究表明:
石化脱硫渣对硅酸盐水泥熟料的形成具有一定的矿化作用,掺量适当时可以降低烧成温度,改善熟料质量。
用其替代石灰石和石膏配制硫铝酸盐熟料时,其在生料中的配比可超过50%,并能烧制出优质熟料。
恒运、青山和下关电厂三种脱硫渣的颗粒都非常细小,50%以上颗粒在1伽m以下,比表面积很大,且都具有一定的水化活性。
作为水泥活性混合材单掺时其效果与n级粉煤灰相近;若与矿渣微粉复配后,再掺入水泥效果更佳,水泥性能明显改善,尤其是28d抗折强度甚至超过纯熟料对比试样,这是由于脱硫渣与矿渣微粉两者性能上优势互补,产生了水化活性的叠加效应所致。
尽管恒运脱硫渣和青山脱硫渣都属于亚硫酸钙型的脱硫渣,但由于其成分上的差异,性能也不尽相同,前者在单掺时有相当强的缓凝作用,而后者凝结速度却很快,因此我们在利用脱硫渣时必须结合不同的具体情况加以具体分析。
干态脱硫渣中亚硫酸钙在自然放置条件下性能较稳定,但湿态条件时脱硫渣中亚硫酸钙在常温下就能被氧化成硫酸钙;用浓度为3%一8%的双氧水对恒运脱硫渣和青山脱硫渣进行处理,其中的亚硫酸钙能被迅速氧化成硫酸钙,但仍有一部分被硫酸钙产物层包裹的亚硫酸钙未被氧化。
关键词:
脱硫渣,理化特性,亚硫酸钙,资源化利用夕AbstraetDryandsemi一dryFGDteehnologywasanewwayreeently,TheyhadaconvenientProcessandnoeontmainatedwate,rbuttheyieldofthefluegasdesulufrizationoutgrowthedwashihge,rwhihcwasofmredofealeiumsulfite,remainderdesulufrizorandflyashmostly.Nowtheresearchontheslagwas介w,50howtousetheasheffieientlywasanimPortanttoberesolvedissue,meanwhilewasakeyafetorrestraintedthedeveloPmentofrelveniFGDteehnology.InthisPaPer,itwasasystematicalstudyoneomPosing,structure,PerofmranceofPhysicalandehemiealofgasdesulufrization.TheywererfomHengyuninGuanZghou,QingshaninWuhan,XiaguaninNnajingandShihuainWuhan.Chemiealanalysis,X一rayDirffaction,ScanningElectronMierosocPeandMalvemParticleSizeAnalysiswerebeusedtostudythePhaseComPosition,strueturalefatureandehemiealaetivityofseveralgasdesulufrization二ItwasdiscussedthestabilityofealeiumsulfiteintheeeffctionofdieffrentafctorsemPhasisl.yAecordingtoeharacteristicsofdieffrentgasdesulufrization,themostasPectofutilizationusedwasbeeonfimred.ltwasstudiedthatShihuagasdesulufrizationriehedinslufrnadealeiumwasusedaseementbatehingnadeementrwamaterialandthethreetyPesofasdesulufrizationrfomHengyun,Qingshan,Xiaguanwasusedasaetivityofeementadmixture,ItwasresultedthatShihuagasdesulufrizationhadacertainmineralizationeeffetiononPortlandelinke.rWhentheeontentwasfitting,thefiringtemPeratureeouldbediscreasedandthequalityofelinkerwasimProved.WhenlimestoneandgyPsumwererePlacedwithgasdeuslufrization,theeontentofgasdesulufrizationinrwamaterialscouldexceed50%andsuPeriorelinkereouldbePrePared.TheParticlesofthethreetyPesofasdesulufrizationrfomHengyun,Qingshan,XiaguanWeresmall,thegranularityof50%Partieleswassmallerthanl伽m.TheirsPecifiesurafceareawaslagre,andtheyhadeertainhydrationactivity.Whentheywereusedasactivityofeementadmixturetobeaddedsingle,theefficiencyWasaPProximatetothatoftheseeondelassflyash.lftheywereaddedintoelinkerwithPowderedblast了ufmace,theefficiencywasbetteresPeeiallyinofldingstrength.AlthoughthegasdesulufrizationorfmHengyunandQingshanwerebothtotyPeofealeiumsulfite,theProPertiesofthemweredieffrentbeeauseofthedieffrenceoftheirocmPonent.Theofmrerhadbetterdelayedcoagulationaetionthanthethatoflatter.ThePeorfrmanecofcaleiumsulfiteinthedrygasdesulufrizationwasstablerthnathewetone.WhentheyweretreatedwithhydrogenPeroxideof3%一8%,theP斌ofcaleiumsulfiteeouldbeoxided.Keywords:
FGDslag,perofmranceofphysiealandehemieal,ealciumsulfite,utilization111成目录中文摘要.lAbstarct.!
第1章绪论.11.1课题的主要背景.11.1.1石灰石一石膏法.21.1.2荷电干式喷射脱硫法(CDSI).21.1.3喷雾干燥法.31.1.4炉内喷钙尾部增湿活化法(UEAC).31.1.5循环流化床脱硫技术.,.41.2国内外脱硫渣资源化利用的研究进展.51.2.1脱硫渣资源化利用研究现状.61.2.2脱硫灰渣形成过程对其综合利用的影响.71.3本课题研究的意义.81.4本课题的主要研究内容和技术路线.81.4.1课题的主要研究内容.81.4.1.1不同灰渣的基本理化特性研究.81.4.1.2亚硫酸钙型脱硫灰渣中CSaO3的稳定性研究.91.4.1.3不同灰渣用于水泥生产的可行性研究.91.42课题的主要技术路线.9第2章不同脱硫灰渣的组成、结构及特性研究.102.1四种脱硫渣的来源与形成过程.10.22几种脱硫渣的化学组成特点.n.23几种脱硫渣的矿物组成与结构特征.122.3.1南京脱硫渣的矿物组成.122.3.2武汉石化脱硫渣的矿物组成.13.23.3恒运脱硫渣的矿物组成及结构特征.13.23.4武汉青山脱硫渣的矿物组成及结构特征.15.24脱硫渣的细度和颗粒分布.17尹.25相关脱硫渣的活性试验.18本章小结.,.18第3章亚硫酸钙型脱硫渣中Caos。
的稳定性研究.203.1高温氧化气氛和酸性条件下纯CSaO3的稳定性.203.1.1高温氧化气氛下纯CSa03的稳定性.203.1.2酸性条件下脱硫渣中CSaO3的稳定性.213.2不同置放条件下存放时间对CSaO3稳定性的影响.223.2.1敞开与密封条件下CSaO3的稳定性.223.2.2干、湿环境下CasO3的稳定性.23.33化学处理条件下脱硫渣中CSa03的稳定性.27本章小结.29第4章不同脱硫渣用于水泥生产的研究.304.1其它试验材料.,二304.1.1石灰石、铁矿和粘土.304.1.2水泥熟料.,.304.1.3天然石膏.314.1.4粉煤灰.314.1.5矿渣微粉.314.1.6化学试剂.32.42武汉石化脱硫灰渣作为水泥原料配料的研究.32.42.1替代石灰石配制硅酸盐水泥生料.犯4.2.1.1易烧性试验结果与分析.,.324.2.1.2相关熟料试样的矿物结构与力学性能.334.2.1.3石化脱硫渣影响机理的探讨.35.42.2作硫铝酸盐水泥原料的探讨.364.2.2.1配料方案.364.2.2.2试验与结果.36.43恒运、青山和下关电厂脱硫灰渣作水泥混合材与外加剂的研究.37.43.1单掺脱硫渣的研究.374.3.1.1亚硫酸钙型脱硫渣对水泥凝结性能的影响.384.3.1.2单掺脱硫渣水泥试样的对比试验.384.3.2脱硫喳与矿橙微粉复掺的研咒.。
.404.3.2.1复掺方案的确定.404.3.2.2物理力学性能检测研究.404.3.2.3F组试样早期水化研究.41.43.3亚硫酸钙型脱硫渣对水泥性能影响机理的探讨.45本章小结.57第5章结论.,.58参考文献.,.,.,.59致谢.63发表的相关论文.64武汉理工大学硕士学位论文第1章绪论1.1课题的主要背景我国是一个以煤炭为主要能源的国家,其在国民经济中占有极其重要的地位。
高硫煤(全硫高于3%)约占煤炭总储量的.933%111,其主要分布在相对资源较少的南方地区,在未来的几十年内,我国能源消耗仍将处于以煤为主的格局。
在我国煤炭消耗中,目前80%以上的煤仍未经预处理而直接燃烧口川,所排放的50:
是造成酸雨的主要原因,其严重危害了居民健康、腐蚀建筑设施、破坏生态系统,造成了巨大的经济损失,已成为制约社会可持续发展的重要因素之一,此外由于硫污染的影响使高硫煤的利用也受到很大限制。
随着国家环境保护法规的加强和科技进步,燃煤脱硫技术的开发和应用就成为我国解决上述问题的关键课题。
目前,国内外通过多年研发已推出许多脱硫专门技术,在控制50:
污染方面取得了显著的进展15一6。
其中以燃烧后烟气脱硫技术为当前大规模商业化应用较为成功的一类脱硫技术。
烟气脱硫技术虽然种类繁多,但可大致分为湿法、干法及半干法等类型。
其中湿法烟气脱硫技术具有设备小、操作方便稳定、脱硫效率高、经济性较好等优点,是目前使用最广泛的烟气脱硫方法,约占已建成脱硫装置的80%以上。
但该方法存在产生污水、易结垢堵塞及系统腐蚀等缺点;干法脱硫技术一般采用粉粒状吸收剂或催化剂来脱除烟气中的二氧化硫,具有流程简单、无含酸污水排放等优点,但其脱硫效率较低、系统设备庞大、操作复杂的缺点使其应用不多:
半干法脱硫技术是近期发展较快的一类技术,这类技术对煤的适应性好,脱硫效率高且无污水及污酸排放的突出优点,是目前最受关注的一类脱硫技术。
上述各类脱硫技术的共同点就是都会产生一定量的副产脱硫灰渣,由于工艺过程的差异,所产出的灰渣在组成结构及理化性能方面也具有非常大的差异,不可能用一种统一的方法加以利用,因而如何有效对不同类型的脱硫灰渣进行资源化应用的研究是国内外目前重要的研究课题。
脱硫灰渣的性能从本质上而言是决定于相应的脱硫技术,因此有必要对国内外目前应用较为广泛的几种主要脱硫技术的工艺特点进行简要分析,以便明确相关脱硫灰渣的形成原理和其可能的主要理化特性,为探讨其优化利用的理武汉理工大学硕士学位论文论基础和技术途径提供相应的依据。
1,1.1石灰石一石膏法“石灰石一石膏”湿法烟气脱硫技术的工作原理为:
以磨细石灰石浆料在烟气吸收塔中吸收除尘烟气中的二氧化硫,其工作过程为首先生成亚硫酸钙,然后亚硫酸钙再氧化,形成以细小结晶状二水石膏为产物的含水浆体,经脱水处理后最终成为约含水10%的粉状烟气脱硫石膏v。
其基本工艺流程如图1一1所示:
一卜点_烟仪排放案案案案案0005555555555555666666677777忿忿图1一1“石灰石一石膏”烟气脱硫工艺示意图1一电除尘器2一热交换器3一除雾器4一吸收塔5一石灰石粉仓6一石灰石浆池7一溢流浆池8一废水处理系统9一石膏脱水装置10一石膏干燥及储藏2荷电干式喷射脱硫法(CDS)ICDSI法的投资较低、脱硫工艺简单,为纯干法脱硫,不会造成二次污水。
相对传统干式方法存在的反应温度与滞留时间的矛盾,即烟气温度200时,充分反应时间必须大于4秒,导致系统至少要有40一60m长的烟道,占地面积极大;另一方面烟道中吸附剂很难悬浮在烟气中与50:
充分反应。
CDSI系统通过结构改进解决了以上两个技术难题,使在常规烟气温度下的有效脱硫成为可能。
CDSI主要包括一个吸收剂喷射单元和一个吸收剂给料系统。
吸收剂以高速流过喷射单元产生的高压静电电晕充电区,得到强大的静电荷,当吸收剂通过喷射单元的喷管被喷射到烟气流中,由于吸收剂颗粒都带同性电荷,故相互排斥,很快在烟气中扩散,形成均匀的悬浮状态,使每个粒子的表面都充分暴露于烟气中,与50:
完全反应的机会大增,从而提高了脱硫效率。
而且粒子表面武汉理工大学硕士学位论文的电晕还大大提高了吸收剂的活性,降低了同50:
完全反应所需的滞留时间,一般在2秒左右即可完成慢硫化反应sl一91。
1.1.3喷雾干燥法喷雾干燥法是采用传统的干燥工艺方法,将需要干燥的介质溶液通过喷雾装置高速旋转产生强大动能使其在高温气体中雾化,将水分蒸发后所形成的粉状固体颗粒收集下来110。
相应的喷雾干燥脱硫法是在干燥发生的同时亦发生化学吸收反应,达到脱硫的目的。
喷雾干燥脱硫反应机理如下:
石灰熟化:
eao(固)+HZo一ea(oH)2(固)一eaZ+ZoH-502物理吸收:
502汽)一502滩)502(液)+oH-一HSo3-亚硫酸盐部分氧化:
5032一+1/202(液)一s时-反应产物析出:
5032一+eaZ+一easo3(固)5042一+eZa+一easo4(固)总反应过程:
502(气)+ea(oH)2(固)一上名旦一Caso3(固)+HZo502(气)+Ca(oH)2(固)+1/202一止二之呻Cas04(固)+HZo4炉内喷钙尾部增湿活化法(L!
队)c炉内喷钙炉后活化(UEAC)脱硫工艺是芬兰FORTUM公司开发的半干法脱硫技术。
其基本脱硫工艺流程见图1一2。
该技术的特点是分成2级脱硫,即一级炉内喷钙脱硫和二级炉后活化脱硫l5】。
具体过程为:
在炉内喷钙脱硫阶段,将石灰石粉喷入锅炉内900一1250的区域,在该区域,碳酸钙受热立即分解:
CaC03一Cao+COZ同时炉内烟气中的部分50:
和全部的503随即与新生Cao化合生成CSaO4:
CaO+502+1/202一CaSO4CaO+503eeCaSO4在炉后活化脱硫阶段,上述反应产物与飞灰的混合物随烟气一起进入炉后活化塔。
在活化塔中进行增湿,使在炉膛内未来得及反应的部分CaO进一步活化,转化成Ca(oH)2:
武汉理工大学硕士学位论文CaO+HZO一Ca(OH)2烟气中剩余的50:
又与新生成的Ca(OH):
快速反应,生成CasO3,然后一部分再次被氧化成CasO4:
Ca(OH)2+50:
一CaS03+HZoCaS03+1/202一CaS04这一过程的最终反应产物呈干粉颗粒状,一部分从活化塔底排出,其余则由电除尘器捕集。
电除尘器捕集的一部分和活化塔除下的全部颗粒物还可重新回到活化塔中进行再循环处理。
图1一2炉内喷钙炉后活化脱硫工艺流程图5循环流化床脱硫技术循环流化床烟气脱硫技术是一种半干式的脱硫技术,为德国WULFF公司所开发。
该技术以消石灰浆液作为脱硫剂,锅炉烟气从循环流化床吸收塔底部进入,在反应塔内与消石灰浆液进行脱硫反应。
由于烟气中存在较多的固体颗粒,使脱硫剂浆液可以吸附在其表面,帮助形成气液两相间极大的反应表面积,从而促进相应的脱硫反应。
工艺上主要以适量锅炉飞灰作循环物料,反应器内固体颗粒浓度均匀,气固混合接触良好,气固间传热、传质理想,同时通过向反应器内适量喷水,使烟气温度降至接近水蒸气分压下的饱和温度,从而大大提高脱硫效率。
反应系统中的粉煤灰组分对脱硫反应也有催化作用。
烟气携带部分脱硫剂颗粒进入旋风分离器,进行气固分离后,脱硫剂颗粒可返回反应塔再次参加反应,反应完全的脱硫剂颗粒从反应塔底部排出l0一41。
武汉理工大学硕士学位论文塔内主要脱硫反应如下:
烟气中的50:
向消石灰浆滴扩散:
502(气)一502(液)502溶解于浆滴中的水:
502+HZO一H2503H2503在碱性介质中离解:
HZso3H+Hso3-一4H+25032-502(液)+HZo+5032-一ZHso3-脱硫剂溶解:
Ca(OH)2=eaZ+ZoH-形成最终产物:
eaZ+5032一+1/ZHZo一easo3i/ZHZoCaS03+1/202+2H20一CaS04ZHZO循环流化床脱硫技术的特点是对高硫煤适应性强、脱硫效率高,然而,其弊端是脱硫剂用量大,通常1吨煤燃烧脱硫需要加入.03一.05吨的石灰浆,因此其较多的副产脱硫灰渣的处理问题比较突出。
在以上几种烟气脱硫技术中,湿式石灰石一石膏法、喷雾干燥法、UEAC法、CDSI法是工艺成熟、应用较广的烟气脱硫方法,其工艺流程和经济性能见表1一1:
表1一1几种烟气脱硫(FGD)工艺经济性能比较110一7l工工艺艺湿式石灰石石喷雾干干UEACCCCDSIIIWULFFFF流流程程一石膏法法燥法法法法法法法法适适用煤种含硫量(%)1.5551一333222222CCCa/SSS1.1111.5552.0001.5552.000钙钙的利用率(%)900040一455535一400040一45554555脱脱硫成效(%)900080一855570一755560一70008000设设备占地面积积大大中中小小极小小刁、灰灰渣状态态湿湿干干千千干干干干烟烟气再热热需要要不需要要不需要要不需要要不需要要1.2国内外脱硫渣资源化利用的研究进展随着环保意识的增强,世界各国对50:
污染的控制不断强化,越来越多的燃煤电厂都采用了不同的烟气脱硫装置,与此同时也产生大量脱硫灰渣。
由于其种类较多且与常规粉煤灰在组成性质上都有较大的差异,人们对其认识也不够全面深入,如何充分有效利用的问题并未解决。
而随着新的烟气脱硫装置不武汉理工大学硕士学位论文断投入运行,相应脱硫灰渣的产生量也会越来越多,不但须占用大量的土地,还会对环境造成二次污染。
因此,对脱硫灰渣的优化利用研究已成为当前各国都急需解决的一个重要课题,也是制约烟气脱硫技术推广的重要因素。
1.2.1脱硫渣资源化利用研究现状烟气脱硫渣主要包括湿法、干法和半干法系统产生的各类脱硫渣,其中湿法脱硫产生的脱硫石膏在成分上以CSaO4ZHZO为主,并含有15%左右的游离水及510%的碳酸钙杂质。
其化学成分、矿物组成、酸碱度与天然石膏类似sll一0z。
国外一般都以其代替天然石膏用于建材生产,如日本和德国已将它用于生产各种建筑石膏制品以及用作水泥生产中的调凝剂等zll一到,在荷兰还将其成功用于制作自流平楼板砂浆找平层或经微波干燥形成墙板和水泥用消石灰241。
在欧洲的许多燃煤电厂数年前就将以湿石灰石和湿石灰烟气脱硫(FGD)法所产生的大量脱硫石膏用于生产水泥、墙板和其他建筑材料。
此外其还可以作为土壤的改良剂,.JJ.Solna的研究发现,经过两年后用脱硫灰渣改良的土壤与原土壤中的溶解化学物质几乎没有不同。
因此,在农业上将脱硫灰渣用于土壤,不会对食物链和环境质量造成威胁阵。
在我国由于政策导向和天然石膏资源较丰富,故大部分脱硫石膏只是以简单堆放为主,如重庆路磺电厂的副产石膏仅有10%用于建材;但仍有较多的研究成果表明26一圳,这类脱硫石膏不仅可用作水泥调凝剂,还能制成石膏墙板、墙体抹灰材料、建筑石膏粉和陶瓷模型石膏等产品,具有广泛
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 不同类型 脱硫 主要 特性 资源 利用
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)