火电厂脱硫石膏和粉煤灰综合利用的实验研究(1).pdf

火电厂脱硫石膏和粉煤灰综合利用的实验研究 王方群 1 原永涛 2 杜云贵 1 齐立强 2 曾祥卓 3 1. 中电投远达环保工程有限公司, 重庆 400060; 2. 华北电力大学环境科学与 工程学院, 河北 保定 071003; 3.珠海发电厂, 广东 珠海 519050 摘要 对火电厂两大固体废物烟气脱硫石膏和粉煤灰在空气自然条件下的固结反应进行了实验研究。 结果表明, 粉 煤灰与脱硫石膏的最佳质量比为 3∶ 2; 少量添加剂有助于固结材强度增加, 其中硫酸盐类以 1Na2SO4效果最好, 碱性 添加剂以 1石灰为佳, 添加 1＊的盐酸可大幅增加固结材强度; 此外, 粉煤灰的含碳量和粒径对固结材强度有显著 影响 。粉煤灰-脱硫石膏固结材以电厂两大固废为原料, 可利用工业废渣作添加剂, 在空气自然养护条件下具有良好 固结性能, 可广泛应用于填埋、铺路等对固结性要求不高的领域。 关键词 脱硫石膏 粉煤灰 固结材 添加剂 自然养护 ＊1为纯盐酸添加剂的质量占粉煤灰质量的百分比。 0 引言 近年来我国火电厂烟气脱硫产业迅猛发展,副产 品脱硫石膏产量增长迅速 , 预计到 2010 年末, 全国 年产脱硫石膏将达 850 万 t 左右 [ 1] , 成为继粉煤灰后 火电厂的又一大固体废物 。烟气脱硫石膏目前多用 作水泥 、 石膏板等生产原料 ,但对脱硫石膏品质要求 非常严格 ,如石膏水分。氯离子含量等 。电厂为获得 品质良好的脱硫石膏 ,必须严格设置石膏脱水系统工 艺参数而造成系统运行费用增加。目前我国煤炭资 源紧缺,多数电厂燃煤品质较差且燃煤种类频繁变化 造成脱硫石膏品质不合格和不稳定 ,这些在很大程度 上都制约了脱硫石膏的综合利用, 造成脱硫石膏大量 堆放 ,占用土地且造成二次污染。 本文基于粉煤灰中的活性成分 CaO、 Al2O3 与石 膏反应产生固结强度的原理 ,实验研究了粉煤灰-脱 硫石膏体系在空气自然条件下的固结反应及规律 ,为 探索两大固体废物的处置和综合利用提供了可资借 鉴的依据 。 1 实验部分 1. 1 实验原料及试剂 1 、 2 灰样为 A、B 电厂电除尘器灰斗取灰, 45 μ m筛余分别为 14、 26, 烧失量分别为 0. 94、 12. 16; 脱硫石膏为 A 电厂石灰石 -石膏湿法脱硫副 产品, 主要成分 CaSO42H2O; 石灰成分 CaO; 化学试 剂有 K2SO4、 KAl SO42、 Na2SO4、 NaOH、 HCl 、 H2SO4。 从表 1、 表2 看出 ,1 灰的活性CaO 和Al 2O3分别 为2 的 8 倍、 1. 2 倍,惰性成分SiO 2和含碳量仅为2 的0. 6、 0. 07,且 1 灰细度优于 2 。脱硫石膏化学成 分见表3。石灰化学成分见表 4。 表 1 1灰样化学成分 项目 SiO2Al2O3Fe2O3 CaOTiO含碳量总计 含量 28. 936. 3711. 7916. 931. 590. 9496. 52 表 2 2灰样化学成分 项目SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO含碳量总计 含量 45. 929. 445. 192. 241. 0512. 1695. 98 表 3 脱硫石膏化学成分 项目 碳酸盐 CO2 SO2Na2O Cl- MgOpH纯度水分 含量 10时 ,固 结材强度又开始缓慢回升 。 比较图 4 中 B 0,6. 67 MPa 、 C 0,3. 46 MPa 两点 看出 ,灰膏体系中添加 1 NaOH 后 ,固结材强度增长 了93。曲线2 为灰膏体系中同时添加了 1NaOH 的情况,体系中存在 1 NaOH 时, 再添加石灰固结材 65 环 境 工 程 2008年 2 月第26 卷第1 期 图 4 石灰对固结材强度的影响 强度反而降低 , 且随石灰量增加, 固结材强度持续 下降 。 由此得出结论,NaOH 和石灰虽能有效激发灰膏 体系活性 ,但由于反应体系存在一个利于活性物质释 放的碱性范围, 过量添加会适得其反。 2. 4. 3 硫酸盐与碱性激发剂共同激发实验 表6 为硫酸盐和石灰同时作用于灰膏体系的实 验结果 。比较 C1、 D1数据看出, 灰膏体系中添加 5 石灰后 , 固结材强度增长了 18; 比较 C2、D2, C4、 D4,C6、 D6 三组数据看出 ,灰膏体系中存在硫酸盐时, 再添加 5石灰后, 固结材强度基本不变或有大幅 下降 。 由此得出结论, 石灰和硫酸盐对灰膏体系的激发 作用相互影响和制约 ,不宜同时添加。这主要是由于 SO 2- 4、 氧化钙与粉煤灰中的氧化铝之间存在微妙的反 应平衡 ,外加硫酸盐和石灰改变了反应平衡 ,生成不 同数量的钙矾石 。 表 6 硫酸盐与碱性激发剂共同激发实验 硫酸盐 灰 -SO4-石膏 灰-SO4-石膏体系 中加 5石灰 试样 抗压强度 MPa 试样 抗压强度 MPa 固结材 强度变化 无C12. 94D13. 4718 1 K2SO4C23. 94D23. 970. 8 1KAl SO4 2 C43. 45D43. 29- 4. 6 1Na2SO4 C64. 27D63. 48-18. 5 2. 4. 4 酸激发实验 表7 为盐酸和硫酸对灰膏体系的激发实验,掺量 为粉煤灰质量的 1、2。表 7 表明, 酸能有效激发 灰膏体系活性, 大幅提高固结材强度, 主要是由于酸 促进了粉煤灰中硅铝质玻璃体 Si- O 、 Al-O 键断裂, 使 活性 Al2O3和 SiO2充分释放并与其反应生成了 Al OH3、 H2SiO3胶凝物质, 有助于固结材强度增长; 此外, 盐酸激发效果优于硫酸, 酸量增加反而不利于 固结材强度增长 ,酸激发剂的加量也存在最佳值。 表 7 酸对固结材强度的影响试验 酸14 d抗压强度 MPa 03. 8 1HCl8. 5 2HCl4. 9 1H2SO4 7. 6 2H2SO4 7. 4 2. 5 粉煤灰性能对固结材强度的影响 2. 5. 1 灰中含碳量的影响实验 取2 灰样在 815 10 ℃高温炉中持续煅烧不 同时间 ,获得含碳量为 9. 04、 6. 10和 3. 08的 3 种灰样,以原状 2 灰 含碳量 12. 16 和这 3 种灰样 制备 4种灰膏固结材, 14 d抗压强度如图 6 所示 因 2 灰品质较差 ,为增加固结材强度便于测量, 体系均 加了 5 石灰 。 图 6 灰中含碳量对固结材强度的影响 图 6 显示 ,随灰中含碳量增大 ,固结材强度呈递 减趋势。灰中含碳量为 3. 08时, 固结材强度仅为 0. 66 MPa ,按图 6中虚线部分推断 ,若含碳量为 1 时 固结材强度仅0. 8 MPa左右; 同时由表 1得知, 体系掺 加5石灰时用 1 灰样 含碳量 0. 94 制得的灰膏 固结材14 d强度为 3. 47 MPa。这说明, 用 2 灰样制 成的固结材强度低 ,除了与其含碳量较高有关外, 本 质上与粉煤灰活性成分和活性激发有较大关系,比如 2 灰样的氧化钙含量仅为 2. 24, 不足 1灰样含量 的1 7。 2. 5. 2 灰粒径的影响实验 取1 灰用筛分得到粒径 66 μ m的 3 个灰样, 外加石灰 5制备固结材, 14 d 抗压强度如表 8 所示。 表8 显示 ,灰粒径对固结材强度有明显影响, 灰 粒径在 45 ～ 66 μ m 范围时固结材强度最高 ; 用粒 径 66 μ m的灰制得的固结材强度低于用原状灰制得 的固结材强度, 这说明 , 灰粒径过大或过小都不利于 66 环 境 工 程 2008年 2 月第26 卷第1 期 固结材强度增长 ,分析原因是因为灰粒径过大时, 活 性物质可能包裹在灰颗粒中较难释放出来,灰粒径过 小时灰中的活性物质可能已被破坏 。 表 8 灰的粒径对固结材强度的影响 灰粒径 μ m14 d抗压强度 MPa 662. 19 1原状灰2. 89 3 结论 本研究燃煤脱硫电厂两大固体废物粉煤灰和脱 硫石膏在空气自然条件下的固结反应, 实验结果表 明,粉煤灰与脱硫石膏的质量配比、水固比、添加剂、 粉煤灰性能对固结材的强度影响较大, 得到几个结论 如下 1 粉煤灰与脱硫石膏的最佳质量比为 3∶ 2。 2 随水固比增加 ,固结材强度呈递减趋势 。 3 添加剂对固结材强度影响显著, 硫酸盐类添 加剂以 1 Na2SO4效果最好 ; 碱性添加剂以 1石灰 为佳 ,有工业废烧碱时可添加 1～ 3; 酸性添加剂 能有效增强固结材强度, 有工业废酸时可添加灰质量 的1。 4 粉煤灰性能对固结材强度有明显影响 ,灰中 含碳量增加时相应固结材强度减小 ,灰粒径过大或过 小都不利于固结材强度增长。研究结果表明 ,粉煤灰 和脱硫石膏两大固体废物在空气自然养护条件下可 产生良好的固结性, 少量添加剂可有效激发体系活性 使固结材强度增加。因此 ,利用电厂两大固体废物和 工业废料添加剂在自然条件下制备固结材,不仅成本 低廉, 且具有良好环境和经济效益, 可广泛应用于填 埋、 铺路等对固结性要求不高的领域 。 参考文献 [ 1] 田贺忠, 郝吉明, 赵, 等. 燃煤电厂烟气脱硫石膏综合利用途 径及潜力分析. 中国电力, 2006, 39 2 64 -69 作者通信处 王方群 400060 重庆经济技术开发区青龙路 1号 中 电投远达环保工程有限公司 2007- 09-12 收稿 上接第 50页 后回用。经吸收液处理后的废气经除雾或其他方法 干燥后进行燃烧处理 。该方法可处理大风量 ,缺点是 工艺复杂 ,有二次污染,运行费用高 。 3 生物滤池法处理。主要利用微生物将气体中 的有机污染物降解或转化为无害或低害类物质的过 程。与其他物理化学方法相比 ,用生物法处理废气投 资少 ,运行费用低,污染物不会被转移到其他地方 ,不 产生二次污染。适合处理中、小流量的废气。缺点是 占地较大 。 6 结语 生物过滤法在再生胶动态脱硫 VOCs 废气的运 用为再生胶生产企业另辟一条治理途径 。目前,严格 执行污染物排放标准, 加强对 V0Cs 废气的监测与治 理是再生胶行业今后的发展要求。究竞选择何种处 理方法合适,则要根据再生胶生产使用物质的性质, 废气排放的浓度 、 处理量及来源等因素决定 ,生物过 滤法技术只是一个发展和应用的方向, 对再生胶脱硫 VOCs 废气的处理, 处理的废气量合适, 操作简单、稳 定,处理效率高和运行费用低等优点。但是无论选用 哪一种技术方案 ,都必须由专业人员对整个项目的污 染物的来源 ,特性和现场的具体情况做全面 、 科学的 调查 、 研究和分析,才能做出科学,合理的决策 。 参考文献 [ 1] 都基峻, 季学李, 羌宁. 生物滴滤净化 VOCs 进展. 环境保护科学, 2004 30 123 [ 2] 何厚波, 郑金伟, 金彤, 等. 生物滤池工艺处理污水厂恶臭体. 环 境科学与技术,2006, 29 6 86 -88 [ 3] 王娟, 钟秦, 郑曼曼,等. 生物膜法净化甲苯二甲苯混合废气的研 究. 环境科学与技术,2006, 29 6 91 -97 [ 4] 张春燕, 孙代秋, 王枫, 等. 恶臭气体的生物处理技术. 石油化工 环境保护, 2006 3 24 -27 [ 5] 孙石, 王洁, 吴献花, 等. 生物法净化处理低浓度挥发性有机及 恶臭气体. 环境工程,2006 3 38 -41 [ 6] 罗鹏, 陈富新. 橡胶硫化废气的净化处理. 特种橡胶制品, 2006, 27 4 37 -39 作者通信处 杨建明 365500 福建沙县新城中路 100 号 沙县环境 保护局 2007- 08-02 收稿 67 环 境 工 程 2008年 2 月第26 卷第1 期 plantwas done, which will give references for sludge processing and the reasonable comprehensive utilization. Keywords sewage treatment, sludge, resource utilization and compost EXPERIMENTSTUDYONCOMPREHENSIVEUTILIZATIONOFFLYASHAND DESULPHOGYPSUM IN THERMAL POWER PLANTS Wang Fangqun Yuan Yongtao DuYungui et al 64 Abstract The solidifying reaction being cured in the air between fly ash and desulphogypsum, two major solid wastes in coal-fired power plants, have been investigated. The results indicate that optimum reaction mass ratio of fly ash and desulphogypsum is 3∶ 2. Small quantities of exciting agents contribute to increase strength of cementitious materials.Sodium sulfate of 1 is optimum as sulfate excitant, lime of 1 is suitable as alkaline additive, hydrochloric acid of 1increases effectively strength of material. Besides, carbon content and grainsize of fly ash have a remarkable influence on the strength. This material hasgood bonding characteristic taking flyash and desulphogypsum as raw materials and industrial residues as the additives, and can be widely applied to field such as landfill and paving way . Keywords desulphogypsum, fly ash, solidification material, curing -in -air and excitant STUDY ON USING CARBIDE SLAG AS ABSORBENT INDENSE FLOW ABSORBER FLUE GAS DESULPHURIZATION SYSTEMJia Hanzhong Song Cunyi Du Li et al 68 Abstract The article has discussed the principle and characteristic of dense flow absorber desulphurization technology , has analysed the physicochemical characteristics of carbide slag, has studied an impact of water ratio on carbide slag desulphurization function. Hydrated carbide slag and lime had being mixed, under the mixture ratio of 1∶ 1. 4, the product has the best desulphurization perance, the mixture can also apply to flow absorber flue gas desulphurization technology , at the same time, the equipment of which has certain improvement. Keywords desulphurization, carbide slag and dense flow absorber technology THE INFLUENCE OF SAMPLE SOLUTION S pH ON DETERMINATION OF AMMONIA NITROGEN THROUGH NESSLER S REAGENT PHOTOMETRY Pan Benfeng Han Runping Lu Xuesheng et al 71 Abstract The sample solution s pH affects greatly the absorbance and determination result, when determining ammonia nitrogen by Nessler s reagent photometry . In a certain condition, the absorbance increases with the pH, but when the pH exceeds 12. 59, the absorbance tends to stability. Therefore, it is necessary to adjust the pH of sample s solution and let pH be over 12. 59. So the results of determination are accurate. Keywords ammonia nitrogen, Nessler s reagent, pH and absorbance DETERMINATION OF MANGANESE IN WATER FROM THE FUYANG RIVER Zhou Jihong Lian Yanjun ZhaoJunguang 74 Abstract Spectrophotometry, which colored by mixing CAS, PHEN, CTMAB and manganese, was adopted to determine manganese in water from the Fuyang River.The detected limit of this was 0. 002 mg L, the mark -on recovery ranged from 85. 0 to 96. 0 and relative standard deviation was 1. 7, in addition, some advices of instrument and monitoring were posed in this paper. Keywords spectrophotometry , water analysis and manganese AN ENVIRONMENTAL IMPACT ASSESSMENT MODEL BASED ON MATERIAL AND ENERGY FLOWSWang Jingfang Wang Lu 75 Abstract On the basis of analyzing LCA, combining the management thought of material and energy flows, an environmental impact assessment model was introduced. And relative indices in the modelwere explained subsequently . The indices are used as a basis for determining an integrated index for overall environmental assessment of products and cleaner production technologies.Which can be employed to uate environmental nuisance of implemented, modernized and modified products plans and technological processes easily and objectively . Keywords material flows, energy flows, environmental impact assessment and environmental impact index ENVIRONMENTAL RISKASSESSMENTON SYNTHETICAMMONIA-UREAPRODUCING PROJECTYue Bobo Ma Junjie Wang Boduo et al 78 Abstract The environmental risk assessment is an important content of environmental impact assessment for chemical industry project. Taking synthetic ammonia -urea production as an example, this paper identifies environmental risk and analyses source items according to procedures and s of technical guidelines for environmental risk assessment on projects, and points out that liquid ammonia tank exploding, tank leaking or valve rupture, medium pressure ammonia tank exploding and leaking are critical risk accidents, meanwhile, more puff model is applied to analyse risk influences and calculate the environmental risk value on the most critical risk accidents of liquid ammonia tank exploding and leaking . The results show that environmental risk value is far more below the statistics according to the references, at last it is proposed that precautionmeasures and emergency program for accidents. Keywords chemical industry, accident, environmental risk assessment and risk value THE APPLICATION AND THE FUTURE OF THE LIFE CYCLE ASSESSMENT IN THE STEEL INDUSTRYLiu Yinghao Sha Gaoyuan Huang Zhijia et al 81 Abstract After introducing the eco -product, the paper brings in the life cycle assessment s keystone and connotation. The application of 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 1,Feb. , 2008