我国的固硫灰资源特性分析

我国的固硫灰资源特性分析
作者：郭璞赵晓乐
来源：《价值工程》2011年第22期
摘要：通过采集部分有代表性的，采用循环流化床干法脱硫工艺的电厂的固硫灰，对其化学成分、颗粒组成、颗粒形貌、矿物组成等进行了比较详尽的分析，找出其特性，以期为其大规模资源化利用提供理论和技术上的支持。

Abstract: By collecting part of representative desulfurization ash sample of the power plants which use circulating fluidized bed dry desulfurization process, their chemical composition, particle composition, particle morphology, mineral composition etc. were compared and analyzed to find their characteristics, in order to provide theory and technology support for its large-scale resource-oriented utilization.
关键词：固硫灰；干法脱硫；特性
Key words: desulfurization ash；dry desulfurization；characteristic
中图分类号：TU5 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）２2-0063-02
0引言
我国是燃煤发电大国，随着国家对SO2污染控制的加强，适用于劣质煤的循环流化床锅炉干法脱硫技术近年来得到了迅速推广，因此每年产生大量的脱硫副产物—固硫灰。

但循环流化床固硫灰渣由于其高碳含量、高SO3含量、活性成分低等因素限制，有效利用途径和利用量相当有限。

本文正是针对这个问题，根据我国区域分布中煤资源特性的变化，其中主要是硫含量变化引起，采集部分有代表性的，采用循环流化床干法脱硫工艺的电厂的固硫灰，对其特性进行比较详尽的分析，为其大规模的资源化利用提供理论和技术上的支持。

1固硫灰的颜色
固硫灰的颜色基本呈现为暗红色，通过烧失量分析，颜色较深与其中含有的碳含量有关，含有的碳含量越多，则颜色越深。

引起的主要原因是循环流化床的燃烧温度是850℃～900℃，有相当部分的惰性碳没有完全燃烧，导致这些固硫灰具有相当高的烧失量。

由于碳的含量高，且其片状结构与其它物质的结合力较弱，造成建材制品的稳定性较差，因此固硫灰的高烧失量必然是一大危害。

2化学分析
由表1分析知道，云南大唐国际红河电厂和小龙潭电厂的循环流化床锅炉脱硫进行的比较完善，同时由于云南煤属于高硫煤，固硫灰中硫分含量≥10%。

在同一个电厂的分级固硫灰中，如红河电厂，细灰中含有硫分（以SO3质量计）达到13.46%，而粗灰为10.25%，两者差距达到3.21%。

小龙潭电厂与红河电厂地理位置相距不远，燃煤基本上都属于小龙潭露天煤矿的原煤，两者间具有一定的可比较性，同时小龙潭固硫灰没有经过分级处理，其硫分含量与红河中灰的硫分含量相当，略高于红河中灰的硫分含量。

因此推测云南高硫煤地带火电厂循环流化床锅炉产固硫灰的硫分含量（以SO3质量计）大约在11.60%上下波动。

造成这种现象的主要原因可能是：①华中与华北地带的原煤含有的硫分比较低；②部分电厂落实循环流化床锅炉脱硫的措施进行的不够彻底，加入的脱硫剂量不足或者其它原因。

红河电厂和小龙潭电厂固硫灰的Al2O3含量在10%～15%之间，而其他各个电厂的Al2O3含量在25%上下浮动。

与粉煤灰统计数据比较，含有硫分较高的固硫灰中Al2O3含量明显不在粉煤灰中Al2O3含量范围（16.5%～35.1%）之间。

但是，含硫分高的电厂含有的Fe2O3含量明显高于硫分低的固硫灰，但是仍然在粉煤灰中的Fe2O3含量统计范围之中。

在循环流化床锅炉干法脱硫过程中加入的脱硫剂主要是石灰石或石灰，因此必然引起固硫灰中含有的CaO含量明显增高。

红河电厂和小龙潭电厂的CaO含量在25%～30%之间，而其它各电厂除了石家庄电厂的CaO含量≥10%，都小于10%。

火山灰类物质，1级灰渣的烧失量≤5%，2级灰渣的烧失量≤8%，3级灰渣的烧失量
≤15%。

上述电厂，除了红河电厂的固硫灰能达到1级灰渣标准，其余均接近3级灰渣烧失量标准。

何宏舟i提到高含碳量的灰渣作为掺合料应用时，会使部分外加剂的性能降低或消失，另外由于含碳呈片状结构，具有极性，使得固硫灰与其它物质的结合能力降低，从而影响建材制品的强度和稳定性。

3粒径组成
各燃煤电厂干法固硫的固硫灰的粒径分布大部分不呈正态分布。

红河电厂的固硫灰是经过分级后，其粒径分布呈单峰，但是分布较宽，在15μm～50μm之间。

小龙潭电厂与红河电厂地处同一地域，粒径分布与红河电厂的固硫灰趋势相似。

秦皇岛电厂、白杨河电厂和南定电厂出现三个峰或双峰，粒径集中在较小区域内。

南定电厂灰粒径在1.5μm～10μm，白杨河电厂固硫灰在2μm～20μm之间，秦皇岛电厂固硫灰在2μm～50μm，在粒径较小的分布区域中又集中个别很小的区域，在10μm～50μm范围内分布相对比较平均。

首阳山电厂粒径为单峰，20μm～50μm之间。

石家庄电厂固硫灰大约在4μm～50μm之间，没有出现峰型，分布较均匀。

所以，各个电厂循环流化床锅炉固硫灰粒径分布之间差异较大，同一地域的电厂的固硫灰则较为相似。

引起差异的主要原因可能与干法脱硫时加入的脱硫剂以及脱硫工艺有很大关系。

总体来说，固硫灰的粒径在2μm～50μm之间。

4矿物组成
由图1可知，固硫灰存在的矿物相主要为硫酸钙、二氧化硅、三氧化二铁和碳酸钙。

结合硫酸钙的晶型转变制度，二水石膏在干燥空气条件下脱水，125℃～180℃转变为β半水石膏，在290℃～310℃下转变为β硬石膏Ⅲ，在360℃～1000℃转变为硬石膏Ⅱ。

由于循环流化床的炉内燃烧温度区间在850℃～900℃，因此固硫灰中的SO3是以硬石膏Ⅱ-E的形式赋存的，俗称“死烧石膏”。

5颗粒微观形貌
从图2看到，固硫灰颗粒形状极不规则，表现为无定形物质，而且表面较为疏松，棱角状颗粒的表面或内部可以见到不规则的凹痕或气孔。

这是因为固硫灰在其生成温度范围内难以出现液相，尽管可以产生明显的固相扩散作用，但不会出现较强致密化，从而造成固硫灰渣表面结构疏松。

6结论
6.1 一般固硫灰呈现为暗红色，当固硫灰的烧失量较大，及原煤矿物在循环流化床锅炉内燃烧不充分时为淡黑色。

6.2 我国西南高硫煤地区的固硫灰含硫量明显较其它地区高，固硫灰中的硫分（以SO3质量计）平均大约11.6%，华中及华北部分地区属于低硫煤产区，固硫灰中较低。

6.3 固硫灰存在的矿物相主要为硫酸钙、二氧化硅、三氧化二铁和碳酸钙等，而固硫灰中的SO3是以硬石膏Ⅱ-E的形式赋存的。

6.4 固硫灰颗粒形状极不规则，棱角状颗粒的表面或内部可以见到不规则的凹痕或气孔，表面较为疏松。