摘 要: 从新颖的视角, 即脱硫灰的化学、矿物组成角度分析研究了该问题, 进一步证明了以循环流化床技术为代表的干法/ 半干法烟气脱硫工艺中的脱硫剂利用率偏低的问题。采用脱硫灰作原料生产硫铝酸盐水泥技术可实现干法/ 半干法脱硫产物的高效利用, 一方面, 通过强化脱硫反应可以实现提高脱硫剂利用率; 另一方面, 实现脱硫产物的高效综合利用, 也可弥补脱硫剂利用率低的缺陷, 实现了脱硫技术向资源化方向发展, 是一种极有潜力的途径。

引 言

烟气脱硫技术是燃煤电厂控制SO2 排放的主要手段, 按照脱硫剂和脱硫产物的形态特点, 烟气脱硫工艺通常分为湿法、干法和半干法三类。各种烟气脱硫以使用钙基脱硫剂最为普遍。湿法烟气脱硫工艺以石灰/ 石灰石- 石膏法为代表, 技术成熟程度高, 脱硫效率稳定, 可达90% 以上, 目前是国外工业化烟气脱硫的主要方法。干法、半干法烟气脱硫工艺以循环流化床半干法烟气脱硫技术最为先进, 具有系统简单、投资费用低、占地面积小、适宜老机组改造等优点, 脱硫效率也可达90% 以上, 能与湿法相媲美, 近年来得到较多的推广和应用[ 1] 。

但是, 脱硫剂利用率低是干法/ 半干法脱硫技术中存在的重要问题, 脱硫剂利用率是指与SO2 发生反应得到有效利用的脱硫剂占所有脱硫剂的质量百分比。同样是达到90% 以上的脱硫效率, 石灰/ 石灰石- 石膏法脱硫工艺钙硫比在1. 01~ 1. 05 即可,而循环流化床脱硫工艺钙硫比一般要设计在1. 2~1. 5[ 2] 。当钙硫比达到1. 5, 而脱硫效率为90% 时,就意味着有40% 的脱硫剂不能被有效利用, 问题非常突出。

目前, 对干法/ 半干法脱硫工艺中脱硫剂利用率问题, 研究者主要从化学反应过程着手进行分析和探究, 如GAREA 等人研究了脱硫过程中的化学反应竞争机制[ 3],WEN, 陈兵等人通过提出或完善缩核模型阐述了脱硫剂反应的机理[ 4~ 5] ; 但是, 还没有从脱硫工艺终端产物入手研究脱硫剂利用率问题的先例。实际上, 从终端产物入手, 能够更直观地反映出脱硫剂的利用情况并凸现问题, 因此, 本研究将从脱硫灰的实际成分组成角度分析干法/ 半干法脱硫工艺中的脱硫剂利用问题, 并从终端处理角度提出相应的应对策略。

1 脱硫剂利用率分析

1. 1 原料

针对干法/ 半干法脱硫技术中的脱硫剂利用率问题, 将以实际脱硫灰为研究对象, 从脱硫产物的成分分析入手, 采用反推手段, 探究脱硫剂的利用情况、问题形成原因和应对措施。

研究所使用的脱硫灰取自河北某电厂135 MW机组, 该机组采用典型的循环流化床半干法烟气脱硫系统, 设计钙硫比为1. 3, 而实际运行过程中钙硫比高出设计值较多, 通常在1. 8~ 2. 2 之间, 受负荷、煤种以及脱硫剂品质的影响而波动。脱硫灰取样时, 脱硫系统运行的实际Ca/ S 摩尔比为1. 8: 1, 脱硫效率为90% , 所用脱硫剂品质为优质, 该脱硫灰样可视为该脱硫系统较佳工况下的产物, 具有典型性。现对该脱硫灰样进行了下面一系列分析测试。

1. 2 分析方法与过

程首先采用国家标准GB/T 176- 1996 所规定的化学分析方法对脱硫灰样进行了化学成分测定, 该方法是粉煤灰成分测定的一般方法, 表1 为分析结果。其中, 测定烧失量的灼烧温度为960 e , SO3 的测定采用氯化钡溶液沉淀硫酸盐的重量法进行。可以看出, 通过该方法测定的SO3 含量很低, 这是因为亚硫酸盐不能被测出, 也因此使得成份总量只有80. 77%。因此, 该方法的结果不能完全表征脱硫灰的化学成分。

于是, 又采用X 射线荧光光谱分析结合远红外高温S/ C 分析对脱硫灰样进行了测定, 表2 为测得的成份数据。该方法通过高温纯氧燃烧的方式使脱硫灰中的硫全部转化为气态SO2, 再通过远红外光谱的形式检测, 测出的是样品中的全部硫分。可以看出, 该方法与化学分析方法测出的SO3 差别很大,但Si、Al、Fe、Ca、Mg 等主要金属元素的结果非常接近。

另外, 为便于确定脱硫灰样的矿物组成, 还对其进行了X 射线衍射分析, 图1 为脱硫灰样的XRD 图谱。图谱显示, 脱硫灰的主要矿物组成为亚硫酸钙(A) 、碳酸钙( B) 和莫来石( C) 、石英( D) , 其中亚硫酸钙和碳酸钙属于脱硫产物部分, 莫来石和石英属于粉煤灰的组份。XRD 图谱中CaSO4 的衍射峰非常不明显, 说明其含量很少, 这也与化学分析法所测的硫含量很低相互印证。