1. 3 结果与讨论

综合对脱硫灰进行的化学成分分析、X 射线荧光光谱分析、远红外高温S/ C 分析和X 射线衍射分析的结果, 考虑到后3 种分析方法不易于普遍使用,本文提出以下方法对脱硫灰的化学成分进行确定:因简便易行, 适宜生产操作, 以化学成分分析结果为基准; 烧失量中水分约计3% ( 或者专门测定) , 其余均认为是CO2; 微量元素总和可计为2% ; 然后, 水分、CO2、微量元素和化学分析法可测的Si、Al、Fe、Ca、Mg 和S 等元素氧化物, 取总和后尚不足100%的部分, 均视为SO2。通过该方法校正后的脱硫灰样的化学成分见表3。可以验证, 通过该方法确定的脱硫灰的化学成份与采用X 射线荧光光谱分析结合远红外高温S/ C 分析获得的数据非常接近。

结合XRD 分析所确定的Ca 元素的主要矿物形式, 根据校正后的化学成份结果, 可以计算出脱硫灰样的矿物组成, 如表4 所示。其中, CaO 为CaSO3、CaSO4、CaCO3 3 种矿物结合后所剩余的CaO 量, 其存在形式是CaO 或Ca( OH) 2; 32. 8% 的其它部分都认为是非含钙矿物。

表4 还将各种含钙矿物均换算为CaO 形式, 可见脱硫剂的所有CaO 中, 化合形成CaSO3、CaSO4 和CaCO3 的比例分别为42. 71%、4. 25%和43. 81%, 没有参加反应的CaO 占9. 24%。CaCO3 和CaO 的总和即为脱硫过程没有得到利用的钙, 显然有50% 强的钙没有得到有效利用, 这也与1. 8 的钙硫比和90%的脱硫效率相符合。

由于该锅炉的半干法脱硫工艺采用的是生石灰在消化器内消化成熟石灰粉, 然后置入脱硫塔并在塔内喷水增湿以脱硫的技术, 因此分析以上钙利用率低的原因可能有两个: 一是生石灰质量低, 可消化的有效成分少, 本身将一部分CaCO3 带入了脱硫产物内; 二是脱硫过程中钙的利用率低, 没有全部参与脱硫反应。

为考察是否是由于石灰质量不好造成脱硫剂利用率低, 对脱硫灰取样时所使用的石灰进行了化学分析, 表5 给出了石灰的化学分析结果和据此换算出的矿物成分含量。换算过程中, 认为H2O 和CO2全部与CaO 化合。可以看出, CaCO3 在石灰中最多占到8. 05%, 占88% 以上的Ca( OH) 2 和CaO 都是属于消化过程中的有效成分, 这说明由生石灰本身带入到脱硫灰中的CaCO3 数量并不多。

因此, 可断定该脱硫工艺中钙利用低的状况是脱硫过程中造成的, 脱硫灰中的CaCO3 绝大部分应是在脱硫过程中或脱硫灰取样后与分析前的时间间隔中与空气接触形成的。脱硫剂的有效利用率低将增加脱硫成本, 给企业造成额外的负担, 必须针对该问题, 寻找相应的策略与措施。

2 脱硫灰的高效综合利用

提高脱硫剂的利用率, 可通过整合反应器内流场、延长液滴存在时间、破坏脱硫产物阻塞层等措施, 实现脱硫系统中化学反应的强化, 从而促使脱硫剂的充分利用[ 6~ 7] 。

另外, 实现脱硫灰的高效综合利用, 充分利用脱硫灰中未反应的钙, 也可以在一定程度上弥补脱硫过程中钙利用率低的缺陷。但由于脱硫灰具有成分复杂和高硫高钙的特性, 迄今为止, 国内外还没有针对脱硫灰的成熟利用途径, 脱硫灰只有很少一部分得到利用, 绝大部分被抛弃或贮存, 已成为一种新型的固体废弃物。

本研究从充分利用脱硫灰中未反应钙的角度出发, 认为用脱硫灰作主要组分生产硫铝酸盐水泥, 是对脱硫灰进行高效利用的一种全新方式。硫铝酸盐水泥是一个新的水泥系列, 通常以石灰石、矾土和石膏为生产原料, 经过1 300~ 1 350 e 煅烧而成, 主要矿物组成是硫铝酸钙( 3CaO#3Al2O3#CaSO4) 和硅酸二钙( 2CaO#SiO2) [ 8~ 9] 。

用脱硫灰作生料生产硫铝酸盐水泥, 脱硫灰中的含硫矿物, 即CaSO3 和CaSO4, 正好可以作为水泥熟料中所需硫元素的来源; 而在脱硫过程中未得到有效利用的钙基矿物, 如CaO、Ca( OH) 2 及CaCO3, 都可以直接作为水泥所需CaO 的来源; 粉煤灰部分则可提供所需的SiO2 和Al2O3; 另外, 灰渣中通常都有一部分未燃烬的残留碳, 其在灰渣的常规利用方式中往往作用都是负面的, 而用脱硫灰作生料则可以使其在高温烧成过程中进一步燃烧, 得到充分利用[ 10] 。因此该方式可实现脱硫灰的物尽其用。