「电厂脱硫工艺及脱硫灰性质」.doc

展迅速，根据美国电力研究院(EPRI)的统计，大约有300种不同流程的FGD工艺进行了小试或工业性试验，但最终被证实在技术上可行、经济上合理并且在燃煤电厂得到采用的成熟技术并不多。目前在火电厂大、中容量机组上得到广泛应用并继续发展的主流工艺有4种:石灰石/石灰一石膏湿法脱硫工艺，喷雾干燥脱硫工艺，炉内喷钙炉后增湿活化脱硫工艺 (Limestone Injection into the Furnace and Activation of Calcium，简称LIFAC)和循环流化床烟气脱硫工艺（Circulating Fluidized Bed Flue Gas Desulfurization，简称CFB一FGD)。3.1石灰石/石灰-石膏脱硫工艺石灰石/石灰一石膏湿法烟气脱硫工艺是目前使用最多的一种湿法烟气脱硫工艺工艺。根据吸收塔型式不同，该工艺又可分为三类:逆流喷淋塔工艺、顺流填料塔工艺和喷射鼓泡反应器工艺三种。常用的逆流喷淋塔型湿法工艺，其工艺流程为:从除尘器出来的烟气经气一气换热器降温后进入FGD吸收塔，在吸收塔内烟气和喷淋下的石灰石粉悬浮液充分接触，SO2与浆液中的碱性物质发生化学反应被吸收。新鲜的石灰石浆液不断加入到吸收塔中，洗涤后的烟气通过除雾器再经气-气换热器升温后由烟囱引至高空排放。吸收塔底部的脱硫产物由排液泵抽出，送去脱水或作进一步处理。3.2喷雾干燥脱硫工艺喷雾干燥脱硫工艺以石灰作为脱硫剂，首先把石灰消化制成消石灰浆。消石灰浆液经旋转喷雾装置或两相流喷嘴雾化成非常细的液滴，在吸收塔内与待处理的烟气充分混合。通过气液传质，烟气中的SO2与脱硫剂反应生成CaSO3而被去除，粉末状的脱硫副产物随烟气一起排出由下游的除尘器收集，收集下的固体灰渣一部分排入配浆池循环利用，一部分外排。净化后的烟气由引风机引至烟囱排放。3.3炉内喷钙炉后增湿活化脱硫工艺（简称LIFAC）LIFAC脱硫技术是由芬兰的Tempella公司和IVO公司首先开发成功并投入商业应用的，该技术是将石灰石于锅炉的9001250部位喷入，脱硫剂在高温下迅速分解产生CaO，同时与烟气中的SO2反应生成CaS03，起到部分固硫作用，在尾部烟道的适当部位(一般在空气预热器与除尘器之间)装设增湿活化反应器，使炉内未反应的CaO和水反应生成Ca(OH)2，进一步吸收SO2，提高脱硫率。其反应原理是:将磨细到325目左右的石灰石粉用气流输送方法喷射到炉膛上部温度为9001250的区域，CaCO3立即分解并与烟气中的SO2和少量的SO3反应生成CaSO4。在活化器内炉膛中未反应的CaO与喷入的水反应生成Ca(OH)2，SO2与生成Ca(OH)2快速反应生成CaSO3，有部分被氧化成CaSO4。该技术已在美国、日本、加拿大和欧洲国家得到工业应用，是一种具有广阔发展前景的脱硫技术。目前，典型的炉内喷钙尾部增湿脱硫技术有芬兰的炉内喷石灰石及氧化钙活化反应 (LIFAC)技术、美国的炉内喷钙多级燃烧器(LIMB)技术等。3.4.循环流化床烟气脱硫工艺(简称CFB-FGD)循环流化床烟气脱硫 (CFB-FGD)工艺以循环流化床原理为基础，通过脱硫剂的多次再循环，延长脱硫剂与烟气的接触时间，大大提高了脱硫剂的利用率。锅炉烟气进入脱硫塔底部的文丘里管状入口段，在此烟气被加速并均匀分布于塔内，同时在此处加入适量的脱硫剂和雾化水。由于流化床反应塔内呈流化状态，气固相互运动剧烈，混合均匀，烟气中的SO2与脱硫剂快速反应，大部分SO2及其它酸性气体被脱除。脱硫后的反应物连同飞灰及未反应的脱硫剂被烟气携带进入返料除尘器，除尘器分离下的固体产物一部分返回塔内循环利用，另一部分外排。净化后的烟气由引风机排至烟囱实现达标排放。4脱硫灰的性质脱硫灰是燃煤锅炉采用干法或半干法烟气脱硫工艺而产生的固体废弃物，是粉煤灰和脱硫产物的混合物，其化学组成与粉煤灰大体相似，只是增加了钙含量和硫含量。随着我国对火电厂污染物排放标准要求的日益严格，燃煤电厂脱硫装置将会大规模启用，随之而来的脱硫灰的处理处置己成为摆在我们面前的非常迫切的问题。4.1脱硫灰的物理性质脱硫灰是一种浅灰色粉末，外观像水泥，其主要物理性能是:含水量0.02%0.36%，容积密度0.551.0t/m3，真密度2.252.69 t/m3。加水压实后，会像水泥一样硬化，其压实密度为1.4 t/m3，最佳加水量为21%26%，压实后的渗透率为103107 t/m3，其抗压强度为 28d强度2 4MPa。表7与表8列出了脱硫灰与普通粉煤灰的物理性能和粒径分布对比。表7脱硫灰与普通粉煤灰部分物理性能对比试样密度（g/m3）容重（g/l）含水率（%）细度标准稠度水灰比20目筛80目筛200目筛脱硫灰2.46551.4001.40.312普通灰2.211508.9346870.195从表7和表8可以看出，脱硫灰的真实密度要比普通粉煤灰大，这是与它的玻璃体含量多，结构致密有关。但是它的容重较小，因此在设计粉煤灰仓时应该给予足够的关注。脱硫灰的标准稠度需水量要比普通灰高60%。同时，脱硫灰的细颗粒较多。表8脱硫灰与普通粉煤灰粒径分布对比(%)粒径0.9mm0.9-0.18mm0.18-0.09mm0.07-0.071mm0.071mm脱硫灰0001.498.6普通灰0.764538.33.149.564.2脱硫灰的化学成分就其主要化学成分比较而言，普通粉煤灰中含SiO2，Al2O3，和Fe2O3较多，而脱硫灰含CaO、CaSO3、CaSO4、Ca(OH)2、CaCO3等钙的化合物比粉煤灰高，详细情况见表9。从表9可以看出，脱硫灰具有以下特点： 烧失量偏高。这除了与粉煤灰中碳的含量较高外，还因为粉煤灰中的CaSO42H2O、Ca(OH)2、CaSO3、CaCO3等在加热时分解，放出气体。 脱硫灰是高钙灰的一种特殊情况，因此它与高钙灰的相同点在于SiO2，Al2O3，和Fe2O3较少，而CaO含量较高。脱硫灰与高钙灰的不同点在于它的SO3含量也很高，是一种高硫高钙的粉煤灰。表9脱硫灰与普通粉煤灰及高钙粉煤灰化学成分对比（%）项目LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3f-CaO普通粉煤灰1.4758.9025.107.354.101.400.83-高钙粉煤灰12.2043.9020.1012.0017.701.742.102.31高钙粉煤灰24.6432.0014.8011.2030.302.384.91-循环流化床干法脱硫灰11.078.916.370.9240.897.8920.35-LIFAC干法脱硫灰7.6841.2323.544.0214.370.977.383.31喷雾干燥半干法脱硫灰12.6822.3511.122.8131.341.3810.70-4.3脱硫灰的矿物组成干法半干法脱硫灰的化学组成中硫和钙元素的含量都较普通粉煤灰高很多，这两种元素的矿物形式也比较复杂，而且干法和半干法脱硫灰的矿物组成还有所不同。通常在炉内喷钙干法脱硫工艺形成的脱硫产物中，含硫物相既有CaSO3也有CaS04，另外还有一部分未完全反应的游离Cao。而在喷雾干燥的半干法低温脱硫工艺中，脱硫产物的含硫物相则以CaSO3为主，CaSO4含量很少;未完全反应的钙元素一般以Ca(OH)2的形式存在;同时由于烟气中有大量CO2的存在，在脱硫的同时往往也不可避免地产生CaCO3。对LIFAC脱硫灰进行SEM和XRD分析，脱硫灰中除了粉煤灰的主要矿物成份如莫来石(M)石英(Q)和磁铁矿(F)，还包括a半水亚硫酸钙，CaSO42H2O，和少量的CaCO3、CaO、Ca(OH)2颗粒。4.4脱硫灰的火山灰活性表10不同粉煤灰28d抗压强度和抗压强度比项目对比样R0普通粉煤灰高钙灰1高钙灰2脱硫灰28d抗压强度Rx/MPa60.949.653.451.753.8Rx/R0100%10081.487.784.988.3由表10可知，高钙粉煤灰的活性高于普通粉煤灰，脱硫粉煤灰的活性最高。其原因可能是由于粉煤灰中含有较多的SO3，在水泥水化初期迅速溶出，与熟料中的矿物生成AFT从而使强度提高。由以上可以看出，脱硫灰与普通粉煤灰的区别可以概括如下：高钙高硫，较高的pH值，较强的自硬性和较细的粒径。实验表明，脱硫灰对水泥的凝结时间，尤其是终凝时候有影响。它可以延长水泥的凝结时间，但是对初凝时间影响最大的还是石膏的掺量。在混凝土中脱硫灰的用量参考值在5 %12 %范围内比较合适。5脱硫灰的排灰方式脱硫灰渣的排灰方式主要包括四种：湿法分排。将脱硫石膏与粉煤灰分别排往灰场分开堆放。这种排放方式对于电厂来说只是增加了一种新的固体废弃物，可以单独加以研究与利用，粉煤灰综合利用不受影响。湿法混排。将脱硫石膏与FA混合起来一起排往灰场堆放。这种排放方式产生的脱硫灰渣并非是粉煤灰与脱硫石膏简单混合而成的一种含硫量高的粉煤灰。现有的大量研究与应用表明，石膏对粉煤灰来说是一种良好的活性激发剂，脱硫石膏与一般天然石膏的成分几乎一样，因此当这2种物质混合后，在有水的条件下必然发生反应。此种脱硫灰渣在化学成分上比一般的粉煤灰含有更高的Ca、S，如果脱硫石膏没经过洗涤除Cl-，灰渣中还将含有少量Cl-。CaCl2同石膏一样对粉煤灰来说也是一种活性激发剂，粉煤灰在这种条件下将会发生水化反应，使其颗粒表面被水化蚀刻，生成部分水化产物，如C-S-H凝胶、AFt、AFm等，这将降低粉煤灰原灰的火山灰活性。干法干排。干法脱硫如炉内喷钙，是在燃烧过程中向锅炉内喷钙基脱硫剂，经高温燃烧生成的一种高钙高硫型的脱硫渣。在这种灰渣中，脱硫产物和粉煤灰分别以颗粒的形式存在，其中粉煤灰属于高钙颗粒，有较高的反应活性。这种灰渣一般由除尘系统收集下来，当采取干排的形式时，灰渣内部成分不发生化学变化，保持着较高的火山灰活性，在建材方面有较高的利用价值。干法湿排。将收集下来的干态脱硫灰渣用水力输送方式排往灰场堆放。由于其成分的特殊性，这种灰渣在有水的条件下将发生类似于湿法混排灰