煙氣脫硫石膏
以石灰石為脫硫劑的煙氣脫硫技術
石灰石/石膏濕法工藝是目前應用最廣泛、技術最成熟的煙氣脫硫技術,約佔已安裝FGD機組容量的70%。該方法是以石灰石為脫硫劑,通過向吸收塔內噴入吸收劑漿液,與煙氣充分接觸混合,並對煙氣進行洗滌,使得煙氣中的SO2與漿液中的CaCO3以及鼓入的強氧化空氣反應,1噸SO2就能副產脫硫石膏2.7噸,一個30萬KW的燃煤電廠,如果燃煤含硫1%,每年就要排出脫硫石膏3萬噸。
煤炭占我國一次能源消耗量的75%,其中火電燃煤又佔了1/3,1997年全國工業SO2排放為1852萬噸,國內6MW以上的火電排放的SO2為600多萬噸。2000年全國火電廠裝機約為22000萬KW,同年在建脫硫機組總容量為1000萬KW。火電廠大規模脫硫的技術條件已經成熟,今後幾年,我國將加快推進這一工程。目前已經建成投產脫硫裝機容量530萬KW,在建脫硫機組總容量為1800萬KW。到2010年末,全國火電廠煙氣脫硫機組總容量約為4500~5000萬KW,以70%採用濕法脫硫,含硫量2%的煤,平均應用基Qdw=20.93Mj/kg(5000Kcal/kg),年運行5000h(210天),年平均發電煤耗350g/kwh,平均脫硫率90%,則年產生FGD為760~950萬噸。因此副產脫硫石膏的量十分巨大。
2.1水化動力學、凝結特徵、產出過程與天然石膏相同,只是速度快;
2.2轉化后的五種形態、七種變體物化性能一致,可以代替天然石膏作建材;
2.3無放射性,不污染和危害健康。
天然石膏粘合在一起,脫硫石膏以單獨的結晶顆粒存在。脫硫石膏主要礦物相為二水硫酸鈣,主要雜質為碳酸鈣、氧化鋁和氧化硅,其他成分有方解石或α石英、α氧化鋁、氧化鐵和長石、方美石等。煙氣脫硫石膏部分晶體內部有壓力存在,而天然石膏主要以韻態存在。脫硫石膏雜質與石膏之間的易磨性相差較大,天然石膏經過粉磨后的粗顆粒多為雜質,而脫硫石膏其顆粒多的卻為石膏,細顆粒為雜質,其特徵與天然石膏正好相反。顆粒大小與級配:煙氣脫硫石膏的顆粒大小較為平均其分佈帶很窄,顆粒主要集中在30-60μm之間,級配遠遠差於天然石膏磨細后的石膏粉。
煙氣脫硫石膏的脫水溫度在120-160℃左右,脫硫石膏脫水時為脫遊離水,其物料溫升速率較慢,排潮量大;後過程為脫結晶水,其物料溫度上升速率較快,排潮量小。我們通過試驗所確定的熟石膏炒制最佳溫度為160-180℃,經過陳化后,在此溫度內得到的建築石膏強度最高、性能最優。脫硫熟石膏粉的強度遠遠超出GB9776-88優等品建築石膏強度要求,但其加水后的流變性不好,顆粒離析、分層現象嚴重,製品容重較大。用這種石膏作紙面石膏板,一方面難以控制其乾粉的流動、運輸、喂料性能,另一方面由於離析分層,會導致板面強度和容重不勻,板芯和護面紙粘接出現問題;用作粉刷石膏時,其施工性能也較差。因此,煙氣脫硫石膏應考慮粉磨問題。由於石膏結晶體呈柱狀,顆粒結構緊密,使水化硬化體有較高的強度。表面強度比天然石膏高10-20%,也證明了兩種石膏結構緻密程度的差異。煙氣脫硫石膏硬化體表面強度比天然石膏高。
特別是雜質成分上的差異,導致其脫水特性、易磨性及煅燒后的熟石膏粉在力學性能、流變性能等宏觀特徵上的不同。
近年來,石膏製品以其特有的優勢獲得了極大的發展,尤其是紙面石膏板在我國輕質裝飾裝修材料中占居了最大比重,並主要作為吊頂和隔牆板材料被廣泛的應用。近幾年來,我國紙面石膏板的生產獲得了長足的發展,市場統計資料:1996為5000萬㎡,1999年達到了1億㎡,2002年1.73億㎡,2003年2.15億㎡,2004年超過了3.5億㎡。摺合石膏資源應用總量350萬噸。泰和的發展勘稱為典範,憑藉自身管理、技術、市場等若干綜合競爭優勢,就占居了這其中的1/3強。2003年9600萬㎡,2004年實現產銷近1.29億㎡。
㎡。進入90年代以來,美國石膏板需求增加了48%,達到創記錄水平,約25.8億㎡,人均年用量已接近10
㎡。1998年的石膏板消費量明顯大於其生產量。1998年加拿大生產了約3.25億㎡石膏板,其中有1/3出口到美國,1%出口到北美以外的國家。中國的泰和和北新也有少量出口。按1999年1月1日計,美國紙面石膏板的生產能力(折算為δ12.7mm厚度)約26.75億㎡,加拿大生產能力約3.59億㎡。預計今後4年之內,美國將有9家新建石膏板廠投產和一些老廠擴容,總生產能力可望提高近20%,達到約31.5億㎡。其中最大的一家新廠的年生產能力將達到約8350萬㎡。紙面石膏板的生產佔用了全美90%的石膏資源。
工業發達國家比較好的解決了脫硫石膏運輸、乾燥、改性、應用等技術性難題,石膏工業都在大規模採用脫硫石膏,應用技術也比較成熟。日本是世界上最早大規模應用脫硫裝置的國家,每年排放脫硫石膏近200萬噸。FGD品質高,利用最好,平均達到97.5%以上,1977年利用量達到214.5萬噸,幾乎全部用於生產石膏板,近年還採用粉煤灰和FGD並添加少量石灰作成具有火山灰反應強度的“波造特”濕潤性粉狀材料,作為沙土替代料。德國FGD技術最先進且數量最大,並全部利用,主要在產地建廠生產石膏板,另外用作替代高齡土和方解石生產紙的填料和塗膠料。英國和荷蘭生產α和Α,用於自流平地面和砌塊。美國70年代后發展迅猛,2000年的產量已經達到900萬噸。目前主要和天然石膏一起用於生產石膏板。按照目前的趨勢,預計2010年,全世界的脫硫石膏排放將達到5000多萬噸。
脫硫石膏是資源,要珍惜利用。我國現在每年排放的脫硫石膏在50萬噸以上,大多露天棄置或用來鋪路、填溝。堆存等佔據大量的土地,對環境造成了二次污染,也浪費了大量優質資源。國內脫硫石膏產生的歷史很短,綜合利用也是剛剛起步,對其應用價值和市場競爭力普遍認識不夠。天然石膏的處理工藝和設備也並不完全適合脫硫石膏,更增加了應用上的難度。導致國內現在還沒有很好的展開應用。脫硫石膏品位高、適合作為建材生產的原料。但需要突破大量應用在工業化生產時的若干技術性難題:開發先進適用的技術進行脫硫石膏烘乾處理、磨細改性、連續煅燒,有針對性的攻克應用時的過程式控制制等專有技術。綜合利用也要選准方向和產業,附加值高、先進生產方式的產業才能適合。並且由於脫硫石膏料性、化學成分、脫水特徵、易磨性以及煅燒后的建築石膏力學性能、流變性等差異,原料附著水烘乾能耗高,如果不能採用先進適用的技術勢必得不償失。