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半干法脱硫副产物烧制硫铝酸盐水泥的试验研究

作　者: 任丽
导　师: 马春元
学　校: 山东大学
专　业: 工程热物理
关键词: 半干法脱硫副产物综合利用硫铝酸盐水泥高温稳定性硫元素迁移
分类号: X773
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

我国煤炭占主导地位的能源消费结构决定了我国以火电为主要发电方式的格局,同时致使二氧化硫的排放量大量增加。目前我国主要的脱硫方式包括燃烧前脱硫、燃烧中脱硫及燃烧后烟气脱硫,其中烟气脱硫工艺根据脱硫剂及脱硫产物的形态又分为湿法、干法及半干法三种。半干法脱硫以其投资低、占地小、工艺简单、无腐蚀结垢等优势,推广应用速度不断加快,半干法脱硫副产物资源化综合利用的问题随之而来,但其成分复杂、硫钙含量高的组成特性大大限制了其在建材等传统领域的应用范围。在充分研究脱硫副产物特性的基础上,本课题组对脱硫副产物用作烧结砖原料、水泥缓凝剂等利用方式进行了尝试性探索研究,但并未取得良好的预期效果。基于硫铝酸盐水泥与脱硫副产物具备相同元素组成的事实上,本课题组提出了利用脱硫副产物烧制硫铝酸盐水泥的全新途径,并针对该方式的可行性展开了相关的探索性试验研究。首先探索性的使用配制脱硫灰在高温电阻炉上进行固定床高温煅烧,成功地得到了硫铝酸钙和硅酸二钙两种具备水硬性的有用矿物;继而使用电厂半干法脱硫工艺后产生的脱硫副产物,分别在高温电阻炉以及高温回转炉中进行煅烧试验,通过一系列试验探索了不同的生料配比、不同的煅烧温度及不同的煅烧氛围对熟料烧成、组成及强度的影响,证明电厂脱硫灰与粉煤灰、石灰石以适宜的生料配比经1300℃有氧煅烧可以得到以硅酸二钙和硫铝酸钙为主要矿物组成的硫铝酸盐水泥,另外熟料中硫铝酸钙的含量可通过在生料中增加适量的含铝矿物来增加。硅酸二钙作为熟料后期强度的来源,而硫铝酸钙主要提供熟料的早期强度,通过测试可知,试验所得熟料表现出良好的机械强度性能,可满足建筑业的需求。为将该技术推广至工业化生产提供,在进一步的试验研究中利用脱硫灰、粉煤灰及石灰石为生料在水泥回转窑生产线上进行了工业化试生产,水泥厂无需进行任何设备新增或改变,只需改变生产原料即可连续稳定的烧成硫铝酸盐水泥,而且生产能耗及成本大幅降低,高效易施;熟料以硅酸二钙和硫铝酸钙为主要矿物组成,强度性能可满足建筑业的需求。考虑到脱硫灰利用过程中含硫矿物的不稳定性可能造成二氧化硫的二次释放,针对脱硫灰中硫元素的迁移规律进行了更深入的试验研究。试验主要采用不同的煅烧氛围,具体研究电厂脱硫灰煅烧过程中亚硫酸钙及硫酸钙的热稳定性,结果证明:只要保证煅烧的有氧环境,脱硫灰中的亚硫酸钙可在700℃左右全部被氧化成硫酸钙。因此工业生产中,在旋风预热器的有氧环境下生料被加热至800℃左右,其中以亚硫酸钙形式存在的硫元素可全部被氧化,再与生料中原本存在的硫酸钙一起,在进一步的高温固相反应中固化于硫铝酸钙等矿物中,硫铝酸钙是一种高温稳定型矿物,在低于1400℃时不会发生分解。因此控制得当的情况下,该利用过程中不会出现二氧化硫的释放问题,脱硫灰中含硫含钙矿物固化于硫铝酸钙等矿物是可行的。对电力企业和水泥企业而言,该项技术的实施都会带来显著的经济效益:首先电力企业可变废为宝,通过脱硫灰的销售实现一定的脱硫成本补偿,其次水泥企业可通过降低生料成本、粉磨电耗、煅烧能耗等方式降低生产成本。利用脱硫副产物烧成硫铝酸盐水泥,不仅是对资源的节约利用;更可以解决固体废弃物的闲置占地问题,解决了一大环境问题;还可解决半干法脱硫技术的后续难题,以间接地促进半干法脱硫工艺的推广应用。因此,该项目的工业化实施,具有广阔的市场应用前景。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-13
1 绪论  13-19
  1.1 前言  13
  1.2 烟气脱硫工艺的简介  13-15
  1.3 半干法脱硫灰的性质及利用  15-18
    1.3.1 脱硫灰的形成  15-16
    1.3.2 脱硫灰的组成及特性  16-17
    1.3.3 脱硫灰的利用现状  17-18
  1.4 本章小结  18-19
2 半干法脱硫副产物用作水泥缓凝剂的试验研究  19-27
  2.1 脱硫灰用作水泥缓凝剂的研究现状  19-20
  2.2 试验介绍及结果分析  20-26
    2.2.1 试验原料的组成分析  20-21
    2.2.2 试验方法  21-22
    2.2.3 试验结果及分析  22-26
  2.3 本章小结  26-27
3 利用半干法脱硫灰烧制硫铝酸盐水泥的试验研究  27-53
  3.1 硫铝酸盐水泥介绍  27-31
    3.1.1 硫铝酸盐水泥的组成及特性  27-28
    3.1.2 硫铝酸盐水泥熟料的制备流程  28-31
  3.2 脱硫副产物烧制硫铝酸盐水泥技术的提出  31
  3.3 以固定床为主要试验载体的试验研究  31-46
    3.3.1 以配制脱硫灰为煅烧原料的试验研究  32-37
    3.3.2 以电厂脱硫灰为试验原料的试验研究  37-46
    3.3.3 固定床试验小结  46
  3.4 高温回转炉为主要试验载体的试验研究  46-53
    3.4.1 试验原料及试验方法  47
    3.4.2 试验结果分析  47-52
    3.4.3 高温回转炉试验小结  52-53
4 脱硫副产物烧制硫铝酸盐水泥的工业试生产  53-59
  4.1 工业试生产的原料制备及组成  53
  4.2 工业试生产的过程控制  53-55
  4.3 工业试生产的熟料分析  55-58
    4.3.1 熟料的矿物组成分析  55-56
    4.3.2 熟料的矿物含量分析  56-57
    4.3.3 水泥性能分析  57-58
  4.4 工业试生产小结  58-59
5 脱硫灰高温处置过程中硫元素迁移规律的试验研究  59-68
  5.1 纯亚硫酸钙的热稳定性研究  59-62
    5.1.1 试验设备的工作原理  59-60
    5.1.2 试验物料及方法  60-61
    5.1.3 试验结果分析  61-62
  5.2 脱硫灰中亚硫酸钙的热稳定性研究  62-63
  5.3 脱硫灰高温悬浮状态下亚硫酸钙分解率的试验研究  63-66
    5.3.1 试验设备及方法  63-64
    5.3.2 熟料的化学组成  64-66
  5.4 脱硫灰烧制硫铝酸盐水泥的高温固相反应机理  66-67
  5.5 脱硫灰高温处置过程中硫迁移规律的结论  67-68
6 技术优势及效益分析  68-72
  6.1 技术优势  68
  6.2 经济效益分析  68-70
    6.2.1 电力企业效益  68-69
    6.2.2 水泥企业效益  69-70
  6.3 环境效益分析  70
  6.4 市场前景及推广价值  70-72
7.结论  72-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
攻读硕士学位期间发表的论文  79-80
学位论文评阅及答辩情况表  80

半干法脱硫副产物烧制硫铝酸盐水泥的试验研究

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