处理工艺对脱硫石膏晶体形态的影响研究

2024-07-06

处理工艺对脱硫石膏晶体形态的影响研究（精选3篇）

1.处理工艺对脱硫石膏晶体形态的影响研究篇一

石灰石石膏湿法烟气脱硫技术

1、石灰石/石膏湿法烟气脱硫技术特点：

1）．高速气流设计增强了物质传递能力，降低了系统的成本，标准设计烟气流速达到4.0 m/s。2）．技术成熟可靠，多于 55,000 MWe 的湿法脱硫安装业绩。

3）．最优的塔体尺寸，系统采用最优尺寸，平衡了 SO2 去除与压降的关系，使得资金投入和运行成本最低。

4）．吸收塔液体再分配装置，有效避免烟气爬壁现象的产生，提高经济性，降低能耗。从而达到：

脱硫效率高达95%以上，有利于地区和电厂实行总量控制；技术成熟，设备运行可靠性高（系统可利用率达98%以上）；单塔处理烟气量大，SO2脱除量大；适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫；

对锅炉负荷变化的适应性强（30%—100%BMCR）；设备布置紧凑减少了场地需求；处理后的烟气含尘量大大减少；吸收剂(石灰石)资源丰富，价廉易得；

脱硫副产物（石膏）便于综合利用，经济效益显著；

2、系统基本工艺流程

石灰石（石灰）/石膏湿法脱硫工艺系统主要有：烟气系统、吸收氧化系统、浆液制备系统、石膏脱水系统、排放系统组成。其基本工艺流程如下：

锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、GGH(可选)降温后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除SO2、SO3、HCL和HF，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏（CaSO42H2O），并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。

在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器（作为一级脱水设备）、浆液分配器和真空皮带脱水机。经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔液位。

在吸收塔出口，烟气一般被冷却到46—55℃左右，且为水蒸气所饱和。通过GGH将烟气加热到80℃以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。石灰石（石灰）/石膏湿法脱硫工艺流程图

3、脱硫过程主反应

1）SO2 + H2O → H2SO3 吸收

2）CaCO3 + H2SO3 → CaSO3 + CO2 + H2O 中和 3）CaSO3 + 1/2 O2 → CaSO4 氧化

4）CaSO3 + 1/2 H2O → CaSO3•1/2H2O 结晶 5）CaSO4 + 2H2O → CaSO4 •2H2O 结晶 6）CaSO3 + H2SO3 → Ca(HSO3)2 pH 控制

同时烟气中的HCL、HF与CaCO3的反应，生成CaCl2或CaF2。吸收塔中的pH值通过注入石灰石浆液进行调节与控制，一般pH值在5.5—6.2之间。

4、主要工艺系统设备及功能 1）烟气系统

烟气系统包括烟道、烟气挡板、密封风机和气—气加热器（GGH）等关键设备。吸收塔入口烟道及出口至挡板的烟道，烟气温度较低，烟气含湿量较大，容易对烟道产生腐蚀，需进行防腐处理。

烟气挡板是脱硫装置进入和退出运行的重要设备，分为FGD主烟道烟气挡板和旁路烟气挡板。前者安装在FGD系统的进出口，它是由双层烟气挡板组成，当关闭主烟道时，双层烟气挡板之间连接密封空气，以保证FGD系统内的防腐衬胶等不受破坏。旁路挡板安装在原锅炉烟道的进出口。当FGD系统运行时，旁路烟道关闭，这时烟道内连接密封空气。旁路烟气挡板设有快开机构，保证在FGD系统故障时迅速打开旁路烟道，以确保锅炉的正常运行。经湿法脱硫后的烟气从吸收塔出来一般在46—55℃左右，含有饱和水汽、残余的SO2、SO3、HCl、HF、NOX，其携带的SO42-、SO32-盐等会结露，如不经过处理直接排放，易形成酸雾，且将影响烟气的抬升高度和扩散。为此湿法FGD系统通常配有一套气—气换热器（GGH）烟气再热装置。气—气换热器是蓄热加热工艺的一种，即常说的GGH。它用未脱硫的热烟气（一般130～150℃）去加热已脱硫的烟气，一般加热到80℃左右，然后排放，以避免低温湿烟气腐蚀烟道、烟囱内壁，并可提高烟气抬升高度。烟气再热器是湿法脱硫工艺的一项重要设备，由于热端烟气含硫最高、温度高，而冷端烟气温度低、含水率大，故气—气换热器的烟气进出口均需用耐腐蚀材料，如搪玻璃、柯登钢等，传热区一般用搪瓷钢。

另外，从电除尘器出来的烟气温度高达130～150℃，因此进入FGD前要经过GGH降温器降温，避免烟气温度过高，损坏吸收塔的防腐材料和除雾器。2）吸收系统

吸收系统的主要设备是吸收塔，它是FGD设备的核心装置，系统在塔中完成。

2.处理工艺对脱硫石膏晶体形态的影响研究篇二

脱硫石膏是燃煤电厂脱硫的副产物,它是利用生石灰或石灰石与煤灰燃烧后产生的烟气进行反应,脱去烟气中的二氧化硫而得到的[1]。目前我国燃煤电厂脱硫设施的年脱硫量已接近1500万t脱硫石膏[2]。如此巨量的再生资源如何充分有效利用,是一个迫在眉睫的问题。到目前为止,脱硫石膏的利用率仍十分低下,急需找到一个可大规模利用的途径。

分析脱硫石膏的资源特性,其品质基本与天然石膏相同,是制备石膏建材的良好原料。石膏制品具有保温、隔热、防火、质轻等优良特点,是当前建筑业推行三步节能急需的内外墙保温材料[3,4]。但由于石膏制品强度低、不耐水的缺点,其保温性能不能满足目前建筑节能的要求,大大限制了其在建筑中的应用。因此,如何提高石膏制品的强度、隔热保温及耐水性能,是推广石膏制品应用的前提。

通过无机材料复合的方法对脱硫建筑石膏进行改性处理,提高脱硫石膏的强度及耐水性能,在此基础上探讨脱硫建筑石膏加气砌块的制备工艺参数,研究水料比、料浆温度、铝粉用量等参数对复合改性脱硫建筑石膏加气砌块体积密度、抗压强度等性能的影响,以期为脱硫石膏找到一条规模化利用的途径。

1 实验

1.1 原材料

β型脱硫建筑石膏:自制,制备方法为将脱硫二水石膏(河南鹤壁电厂生产,含水率为12%,筛余(160μm)6.4%,化学成分见表1)放入烘箱经180℃烘(煅烧)4 h,然后在室温干燥环境陈放7 d备用,其物理力学性能见表2;水泥:华新堡垒牌42.5级普通硅酸盐水泥,化学成分见表3;粉煤灰:开封电厂产Ⅰ级粉煤灰,化学成分见表3;石灰:市购建筑用生石灰,其中活性氧化钙含量为65%;稳泡剂:自制复合稳泡剂;铝粉:洛阳航华合金有限公司gls-70型加气混凝土砌块专用铝粉膏;减水剂:聚羧酸减水剂(0.2%~0.5%用量下减水率为10%~15%);缓凝剂:柠檬酸,分析纯。

1.2 实验方法

(1)复合改性脱硫建筑石膏基胶凝材料实验方案。

鉴于β型脱硫建筑石膏强度低、不耐水、凝结快的特点,以及为保证铝粉发气必要的碱度,拟通过添加水泥、粉煤灰、石灰和调凝剂进行改性,实验配比见表4。

按表4配料方案,以固定用水量(固定为脱硫石膏标准稠度用水量)搅拌均匀,振动成型,室温自然养护12 h脱模,移入温度为75℃、湿度为90%的养护箱养护12 h,再自然养护14 d进行强度与耐水性实验,其中脱硫石膏改性砌块耐水性按JC/T 698—1998《石膏砌块》进行测试。

(2)复合改性脱硫建筑石膏基胶凝材料制备加气砌块的工艺参数实验方案。

以实验配比1#得到的最佳组分配比,在固定减水剂、稳泡剂及缓凝剂用量的条件下,研究不同的水料比、料浆搅拌温度、铝粉用量对加气砌块体积密度和强度的影响。为避免多变量的相互影响,本实验分别固定水料比、料浆搅拌温度、铝粉用量3因素中的2个因素,讨论另一个因素变化的影响。加气砌块制备方法为:料浆搅拌、注模、30℃恒温发气(发气时间为45 min左右),12 h脱模,移入温度为75℃、湿度为90%的养护箱养护12 h,再自然养护14 d进行强度与密度测试。

2 结果与讨论

2.1 复合组分对脱硫建筑石膏基胶凝材料性能的影响

不同配比的生石灰、粉煤灰及水泥对脱硫建筑石膏基复合胶凝材料强度的影响见图1~图3。

从图1可以看出,在粉煤灰和水泥用量固定不变时,随着石灰用量的增加,复合胶凝材料的抗压强度呈现出先迅速升高而后有所降低的趋势。这是因为生石灰对粉煤灰等硅质材料具有碱激发功效,可以激发粉煤灰的潜在活性并与之反应生成新的水化矿物如钙钒石等,具有提高脱硫石膏改性材料后期强度的作用[5]。但是,当生石灰掺量超过14%后,则由于生石灰掺量过大,反应放热量大,导致制品内部温度上升快,引起内部膨胀开裂,使复合胶凝材料的强度反而急剧下降,因此适宜的石灰掺量为12%~14%。

从图2可以看出,适宜的粉煤灰用量在湿热养护条件下,能与氧化钙、石膏等发生反应,为改性砌块强度提高做贡献[6]。在石灰和水泥用量固定时,随着粉煤灰用量的增加复合胶凝材料的强度呈现先增高后降低的趋势,这是因为粉煤灰活性低、水化速度远远慢于半水石膏、水泥、石灰等的水化,当粉煤灰掺量大于16%时,湿热养护后仍然有大量的粉煤灰没有发生水化,而仅仅充当填充集料的作用,造成支持强度的胶结材料相对数量降低[7],适宜的粉煤灰掺量为16%。

从图3可以看出,当粉煤灰和石灰用量不变时,随着水泥用量的增加,复合胶凝材料亦呈现先增加后降低的趋势,这是因为,一方面,水泥水化后生成的水化硅酸钙及钙钒石对制品的强度提高有利;另一方面,水泥硬化速度快,有利于提高料浆的浇注稳定性,对于制品强度的提高也有利。但当水泥掺量为21%时,则会因生成钙矾石的数量过多使体积膨胀,从而造成石膏内部微裂纹增加,进而造成结晶网络的破坏,反而导致其抗压强度有所下降,因此,水泥用量不宜超过18%。

从强度方面考虑,复合胶凝材料配比为生石灰14%,粉煤灰16%,水泥18%时,抗压强度达到最大。但后期加气实验表明,当生石灰掺量为14%时,铝粉发气速度快,料浆稠化速度快,加气砌块性能不稳定,并且出现开裂现象,12%的生石灰掺量则反应较为平稳。本实验固定生石灰用量为12%。序号15#~18#砌块的抗压强度虽然随着水泥掺量的增大逐渐提高,但增加缓慢,基于成本方面的考虑,水泥用量取12%。因此,确定改性脱硫建筑石膏复合胶凝材料的最终配比为:建筑脱硫石膏60%,生石灰12%,粉煤灰16%,水泥熟料12%。对其进行耐水性测试结果表明,改性脱硫石膏砌块的软化系数为0.7,耐水性能较好。

2.2 工艺参数对加气砌块体积密度和强度的影响

(1)水料比的影响

水料比是影响加气材料性能最重要的因素之一,提高发气剂用量和用水量,可以有效降低加气混凝土的体积密度,但也会使砌块强度快速下降[8]。在固定料浆搅拌温度和铝粉用量的情况下,水料比对复合改性脱硫建筑石膏加气砌块密度及抗压强度的影响见图4,其中料浆搅拌温度控制在33℃,铝粉用量固定为0.17%。

由图4可以看出,随着水料比增大,砌块的体积密度呈现先下降后上升状态,砌块强度则随水料比的增大持续降低。水料比为0.47~0.53时,制品加气砌块呈现出较好的性能。因为,水料比小时,料浆稠化速度快,铝粉有效发气受到抑制,则砌块密度较大;当水料比超过0.54时,料浆过稀,气泡上浮和溢出,导致砌块上下部位的表观密度差异较大[9],整体密度也增大。水料比适宜时,铝粉发气速度与料浆稠化速度协调,产生的气孔均匀,砌块体积密度小且维持一定的砌块强度。实验表明,当水料比为0.50时,砌块的比强度(强度与体积密度的比值)最大,故确定0.50为最优水料比。

(2)料浆温度的影响

料浆温度是影响加气砌块发气过程铝粉发气速度和料浆稠化速度的关键因素,适宜的料浆温度可以有效协调发气与稠化的时间,确保砌块的质量。在水料比固定为50%,铝粉用量固定为0.17%的条件下,料浆温度变化对砌块强度和体积密度的影响见图5。

从图5可以看出,随着料浆搅拌温度的升高,制品的体积密度先减小而后又增大,在35℃时加气砌块的体积密度最小。随着料浆温度的升高,加气砌块的抗压强度呈现先降低后平稳再降低的过程,35~40℃时加气砌块的抗压强度出现拐点。料浆温度由25℃升高到35℃时,加气砌块的密度不断减小,抗压强度也随之下降,这是因为随着温度的升高,料浆的稠化速度与铝料的发气速度协调一致,铝粉发气充分,体积密度减小抗压强度随之降低。料浆温度由35℃升高到45℃时,加气砌块的体积密度反而有所上升,但抗压强度却有所下降,这是因为料浆温度过高,铝粉的发气速度快,部分铝粉在搅拌过程中亦开始发生反应,产生的气体在搅拌过程中直接逸出,从而影响制品的加气效果;而在静停发气过程中,料浆却很快稠化并凝固,此时铝粉还没有反应完全,继续反应的铝粉产生的气体在加气砌块内部出现憋气现象,使内部压力过大,造成基体内产生微裂纹,从而使加气砌块的强度大幅降低。料浆温度控制在35℃左右,铝粉发气速度与料浆凝结稠化相适应,加气砌块硬化体的孔结构细密、均匀,抗压强度与体积密度的比值最大,故确定35℃为理想料浆温度。

(3)铝粉用量变化的影响

铝粉用量对最终发气总量、砌块的气孔结构、分布和砌块抗压强度与密度有很大的影响[10]。铝粉用量过大则发气反应激烈,甚至会引起砌块塌模,用量过小则发气不足,砌块密度过大。铝粉掺量对硬化体的密度和抗压强度影响见图6,其中水料比固定为50%,料浆温度固定为35℃。

从图6可以看出,砌块的密度与抗压强度均随着铝粉用量的增加而降低。当铝粉掺量小于0.15%时,虽然砌块抗压强度较高,但密度过大,无法满足保温墙体材料的要求;当铝粉掺量大于0.2%时,砌块抗压强度太低,无法满足墙体强度的要求;当铝粉用量在0.15%~0.2%时,砌块气孔均匀细密,没有出现气孔连通现象,砌块抗压强度与密度的比值最为理想。

综上,当选择水料比为0.5、料浆温度为35℃、铝粉用量为0.15%~0.2%时,复合改性脱硫建筑石膏发气砌块的比强度最大,可以满足保温墙体材料对强度和密度的综合要求。

3 结论

(1)复合改性脱硫建筑石膏基胶凝材料的配比为生石灰12%、水泥12%、粉煤灰16%、脱硫建筑石膏60%时,具有良好的抗压强度和耐水性。

(2)利用复合改性脱硫建筑石膏基胶凝材料制备加气砌块,在水料比为50%、料浆温度为35℃、铝粉用量为0.15%~0.2%时,料浆的流动性与凝结稠化速度、铝粉的发气速度与有效发气量均比较理想,砌块中孔分布均匀、细密,砌块抗压强度与体积密度的比值最大,能满足墙体保温结构对抗压强度和密度的双重要求。

(3)大掺量改性β型脱硫建筑石膏制备的耐水性保温加气砌块,其抗压强度、体积密度及耐水性能都表现出良好性能,为脱硫石膏的大规模资源化利用找到了新途径。

参考文献

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[8]格拉德基赫KB(苏),陈振基,译.废渣和粉煤灰加气混凝土制品[M].北京:中国建筑工业出版社,1979.

[9]李涵敏,高峰.加气混凝土强度与含水率之间关系的探讨[J].材料科学论坛,2004(4):6-7.