流化床燃煤固硫灰渣的综合利用

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流化床固硫渣中含有少量镁、钾、磷成 分, 这些元素是农作物必不可少的养分。此 外, 流化床固硫渣中的铁、锰、钼、硼、铜、 锌等元素, 恰恰也是农作物需求的微量养 分。通常, 农作物都是通过土壤吸收或施加 精细化肥来获取这些微量元素, 施加流化床 固硫渣后, 可以很便宜并较充足地获取这些 养分。
流化床固硫渣可以作为农场、果园、牧 场的土地覆盖材料, 既可以减少农作物周围 杂草的生长, 还可保持土壤水分。此外, 利 用流化床固硫渣的自硬性能, 可以稳定土壤 使之形成混凝土一样的坚实地面, 成为干燥 牢固的堆谷场。
3 流化床固硫渣的综合利用
流化床固硫渣的物理化学性质及矿物组 成结构决定其不仅是一种废弃物, 在某种意 义上可以说是一种资源, 且已被广泛地应用 于许多领域。随着研究的不断深入, 其应用 领域还将不断扩大, 应用水平将不断提高。 3. 1 农业应用
由于 流化床固 硫渣中含 有 CaO 、CaSO 4 及 Ca( OH) 2 成分, 可以提供大 量的钙质原 料, 这些材料可以代替钙肥施于酸性土壤 中, 起到增产的作用。
1. 8 4. 6
SO 3 4. 2~16. 0
<4 0. 1~2
0. 6 3. 3
2. 3 矿物组成与结构 流化 床固硫 渣是在 850~900℃下形成
的, 这一温度远远低于粉煤灰玻璃体形成的 温度, 无机物还未熔融, 不存在离子移动的 可能性, 原料各组分的混合程度很小, 也很 少有球状的玻璃态物质。原煤中的粘土矿物 如高岭土、蒙脱石、绿泥石、云母等在煅烧 过程中历经层间脱水、晶格间脱水、结构破 坏等过 程而形成 处于高能 状态的无 定形物 质, 成为固硫渣活性的来源。
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《粉煤灰综合利用》2000 年第 4 期
在处理城市酸性废液方面, 流化床固硫 渣有很明显的优势, 不但可以固化并中和酸 性废液, 甚至可以将酸性废液的 pH 值提高 至 10 或 11, 析出其中溶解的金属水化物, 然 后再中和废液, 并将剩下的污泥脱水处理成 固体。 3. 4 结构工程
收稿日期: 2000-05-29
图 1 流化床锅炉示意图
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《粉煤灰综合利用》2000 年第 4 期
流化床燃烧技术是一种较为先进的清洁 燃 煤 技 术, 可 分 为 常 压 流 化 床 燃 烧 技 术 ( at mo spheric f luidized bed com bustion AFBC ) 和增压流化床燃烧技术( pressurized fl uidized bed co mbustion PF BC) , 目前工业 应用较为成熟的为常压流化床燃烧技术, 国 外正向大型化发展。根据燃烧工艺的不同, 常压流化床燃烧又分为循环流化床和鼓泡流 化床燃烧。流化床燃烧技术煤种适应性广, 特别是在劣质煤或高硫煤的热值发电方面, 有着明显的优势。在流化床工艺中, 经适当 破碎的燃料悬浮在砂和石灰石的床上, 并随 床底部注入的空气而流动( 如图 1) , 属于燃 烧中脱硫技术, 燃烧效率高, 脱硫率可达 85 ~90% 。为了更有效地吸附硫, 流化床燃烧 温度通常控制在 850~900℃之间, 这一温度 下氮的氧化程度低, 可以减少 N O X 的排放 量。流化床燃烧设备投资和运行费用比烟气 脱硫低, 且在脱硫的同时可以 减少 N O X 的 产生, 大大节约脱氮设备的投资和运行费 用。但流化床脱硫燃烧后副产物-流化床燃 煤固硫灰渣( 简称流化床固硫渣) 的应用不如 脱硫石膏广泛, 虽然流化床固硫渣可以应用 的范围和工程实例已很多[ 1] , 但研究深度和 利用水平都还较低, 特别是在我国, 流化床 固硫渣基本作为废物处理, 严重阻碍了流化 床燃烧技术的推广。
固硫渣因含赤铁矿带有不同程度的紫红
色, 若含碳量高, 则呈黑色或灰色, 比重为 2. 4~2. 8g / cm3, 吸水率较大, 在 10% 以上。 2. 2 化学性质
由于燃料特性、石灰石特性以及锅炉运
行环境的不同, 流化床固硫渣的化学性质有 较大差异。在煤的燃烧过程中, 有三种主要 化学反应, 即石灰石煅烧后分解、煤中硫化 物氧化和氧化钙吸收二氧化硫:
2 流化床固硫渣的物理化学性质
2. 1 物理性质 流化床固硫渣是含硫煤与脱硫剂按一定
比 例 混 合 后 在 流 化 床 锅 炉 内 经 850℃~ 90 0℃温 度 燃 烧 固 硫 后 排 出 的 残 渣。燃 煤 在 锅炉内不同出口 排出的灰渣分别称为 溢流 渣、冷却渣、沉降灰和飞灰等几种。溢流渣 是 2~10mm 的煤粒在沸 腾段内上下翻腾, 燃烧很充分, 当颗粒移至炉体后墙时从溢流
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口排出的渣, 约占灰渣总量的 35% ; 冷却渣 是指大于 10m m 煤粒 因相对体重较大 而无 法在上部翻腾而层积在流化床上, 定期从炉 床面上的出渣管排出的渣, 约占灰渣总量的 20~25% , 其中未燃的可燃物与溢流渣一样 都非常低; 沉降灰是 0. 5~2mm 的颗粒在床 内燃烧, 受气流上升至悬浮段, 在省煤器和 空气预热器中由于气流速度下降而沉积下来 的灰渣, 其中未燃的可燃物含量较高, 沉降 灰约占灰渣总量的 25% ; 是小于 0. 5mm 的 粉状颗粒因床 层内气流较大很快经过 沸腾 段、悬浮段而进入锅炉尾 部, 燃烧时 间短, 基本上只是表面着火, 未燃的可燃物含量很 大, 且粘土矿物也未来得及分解, 故活性很 低, 约占灰渣总量的 15% 左右。
流化床固硫渣可以作为结构填充材料, 应用于挖掘回填、沟槽、管道垫层、路基等 方面, 与普通回填土材料相比, 具有质量轻, 强度高等优点, 用同等质量的填充材料可以 获得更大的填充范围和更高的硬化强度。流 化床固硫渣加水后还可以作为可流动性填充 材料, 应用于管道垫层或其他用普通回填土 难以施工的地方。
3. 3 城市环境治理 流化床固硫渣具有高 pH 值、高吸水性
和一定的自硬性能, 使得它可以有效地应用 于城市垃圾固化和酸性废物中和固化方面。
在处理城市管道污泥方面, 流化床固硫 渣可以发挥高吸水性和自硬性能, 稳定污泥 不到处流淌; 还可以提 供 CaO 和 CaSO 4 成 分, 水化放热, 并创造碱性环境, 起到杀菌 和除臭作用, 这样处理后的污泥可以象普通 泥土一样应用于农业生产和土地回填方面。
F ENMEIHU I ZONGHE L IYONG
文章编号: 1005-8249( 2000) 04-0053-04
研究综述
流化床燃煤固硫灰渣的综合利用
郑洪伟 王 智 董孟能
( 重庆建筑大学材料科学与工程系, 400045) ( 重庆建筑技术发展中心, 400015)
摘 要: 流化床燃烧与脱硫技术 作为较先进的洁净 燃烧技术, 国外正向大型化发展, 而国内 外对流 化床固硫 渣的性质与 应用研究 工作并不多。本文 简要分析 了流化床 固硫渣 的物理 化学性 质, 并综述了流化床固硫渣的综合利用途径。
40~60 40~60
54. 9 39. 9
A l2O 3 11. 2~18. 5
25~35 17~35
25. 8 16. 7
F e2O3 5. 9~12. 3
5~10 2~15 6. 9 5. 8
CaO 7. 8~19. 5
1~10 1~10
8. 7 24. 3
Mg O 0. 7~5. 9
0. 5~1 0. 5~2
减少 SO 2 排放的 措施有 洗煤、化学 脱 硫、煤的气化或液化等燃烧前脱硫, 采用型 煤脱硫、流化床燃烧脱硫或炉内喷钙等燃烧 中脱硫, 以及燃烧后的烟气脱硫。减少 N O X 排放量可选用控制技术, 目前在工业上已成 功运行的有两类: 一类是改进燃烧技术减少 燃烧过程 N Ox 的产 生量, 以采用 低氮燃烧 技术为宜; 另一类是采用氨选择性催化还原 法净化燃烧尾气, 削减单位 N Ox 排放量, 其 费用高于 SO 2 脱除, 原材料来源也较困难。
流化床固硫渣具有一定的自硬性和火山 灰活性。流化床炉内燃烧温度一般在 850~ 900℃之间, 此 温度范围恰处于 粘土矿物加 热中温活性区内( 600~950℃) , 粘土矿物中 的高岭石变成无定型偏高岭石、水云母、绿 泥石、蒙脱石、伊利石等矿物, 开始转变成 活性状态。
由 于 流 化 床 固 硫 渣 含 SiO 2、A l2 O 3 及 Fe2O 3 量较低, 且含有较高的 CaO 和过多的 SO 3, 一般来说, 作为水泥混凝土的混合材料 并不适宜。但它可以作为熟料组分引入水泥 制造工 艺过程中, 生产 火山灰 水泥。另外, 流化床固硫渣还可作为水泥生产助磨剂, 甚 至还可以代替石 膏以调节凝结时间。此外, 还可以有目的地利用流化床固硫渣中的 SO 3 和 CaO 作为水泥或混凝土材料的膨胀组分, 配制微膨胀水泥或混凝土。
F ENMEIHU I ZONGHE L IYONG
研究综述
表 1 流化床固硫渣、煤 渣、粉煤灰化学成分比较( % )
化学成分
烧失量
流化床固硫渣[ 2] 0. 5~10. 3
常用煤渣
2~18. 5
我国低钙粉煤灰[ 3] 1~26
典型低钙粉煤灰[ 3] -
典型高钙粉煤灰[ 3] -
S iO 2 Hale Waihona Puke Baidu6. 5~54. 9
目前, 我国大量原有和新建燃煤电厂和
大中型燃煤工业锅炉等还是采用烟气脱硫的 技术及其革新 方法来解决燃煤污染防 治问 题, 脱其硫率可达 95% 以上, 燃烧副产物粉 煤灰已在建材、农业等领域得到广泛应用, 脱硫后得到的脱硫石膏也可作为商品出售, 如生产石膏墙板等制品, 代替天然石膏作水 泥组分以及生产特种混凝土等。但是, 烟气 脱硫技术投资费用约占发电厂总投资的 12 ~15% , 日常运行费用也较高, 同时, 为了 减少 N Ox 的排放量, 还要增加脱氮设备, 也 是一笔较大的投资。
3. 2 矿山和矿井治理 目前, 露天开采是开采煤矿的最常见方
法, 开采后留下露天坑洞和废尾矿。这些尾 矿往往会造成土壤酸化, 而矿井则成为酸性 污水的储藏场。流化床固硫渣具有自硬 性, 可以作为废坑井的填充材料, 又由于其呈碱 性, 可以作为类似石灰材料来中和矿井中的 酸性污水, 有效地治理酸性污水溢流问 题。 另外, 流化床还可以作为灌浆材料与这些废 尾矿混合, 彻底固化废尾矿, 防治环境污染, 为了增加固化物强度, 有时可以适当加入其 他激发材料或胶凝材料。可见, 流化床固硫 渣可以减轻矿山土壤酸化, 恢复露天剥离开 采后的土地。
CaCO 3 —— →CaO + CO 2 硫化物氧化→SO 2 2CaO + 2SO 2+ O 2 ——→2CaSO 4 所 以, 流化 床 固硫 渣 中含 有 CaSO 4、CaO 、 CaCO 3 、CaSO 4 以及烧结粘土、石英和铁的 化合物。与传统的的沸腾炉粉煤灰和炉底渣 相比, 流化床固硫渣具有更高的钙和硫含 量, 而 SiO 2、A l2O 3 和 F e2O 3 的含量较低( 见 表 1) 。一般来说, 流化床固硫渣的火山灰活 性比粉 煤灰低, 但由 于 SiO 2、A l2 O 3、F e2O 3 和大量 CaSO 4、CaO 的存在, 因而具有一定 的 自 硬性, 且 明 显呈 碱 性, pH 值 一 般 在 11. 5~12. 5 之间。
关键词: 流化床固硫渣, 脱硫, 综合利用 中图分类号: X705 文献 标识码: B
1 我 国 燃 煤污 染 控 制 技术 概 况 及副 产 物 利 用情况
到 1995 年, 我国火电装机容量已达 1. 2 亿千瓦, 根据国家电力发展规划, 到 2010 年 火电装机容量将达 3. 7 亿千瓦, 在我国现有 火电机组中, 燃煤机组约占 93% 。燃煤造成 的环境污染主要包括向大气排放 SO 2 、N O x 等有害气体, 以及粉煤灰、炉底灰、脱硫后 剩余物等燃煤副产物, 它成为制约我国国民 经济和社会可持续发展的重要因素之一。
另外, 利用流化床固硫渣的胶凝性能可 以生产胶凝材料和建材制品, 只要选择适当 的激发剂, 完全可以在常温下激发流化床固 硫渣的活性, 满足胶凝材料和制品的要求。 3. 5 交通工程
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