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篇(1)

關鍵詞：煙氣脫硝；建模與仿真；辨識；電站運行

Modeling and simulation of SCR reaction in a power plant

Liao Li， Yang Pengzhi

Key Laboratory of Low-grade Energy Utilization Technologies and Systems， Chongqing University， Ministry of Education， Chongqing 400044， PR China

Abstract： The SCR （selective catalytic reduction） technique is an advanced way to removal NOx from the flue gases in coal-fired power plants. Based on the Langmuir adsorption-desorption model and Eley-Rideal reaction mechanism， a dynamic mathematical model is established in this paper to focus on the nitrogen monoxide concentration at the outlet of the SCR reactor . In additional， identification technique is applied to obtain the exact value of certain kinetic parameters based on the data from a power plant and the assumption that the pre-exponential factor for the DeNOx reaction KNO is a variable which is affected by the NH3/NO concentration ratio at the inlet of the SCR reactor. The SCR model is tested in static state situation and dynamic state situation in different loads in the power plant .The result of simulation suggests that： A）these parameters gained from identification and the SCR model can suit the real SCR reaction in this power plant .B） Temperature， ammonia concentration， nitrogen monoxide concentration as well as gas velocity play crucial roles in SCR reaction .C）In the power plant， the amount of ammonia supply， the control of NH3/NO concentration ratio are effective methods to ensure the nitrogen monoxide concentration at the outlet of the SCR reactor stays in an appropriate range especially in the load up process or load down process.

Keywords： SCR； modeling and simulation； identification； power plant operation

τ詬玫緋В相比于溫度和進口NO的影響，NH3的增加對于脫硫效率的提高較為緩慢，如圖3（b）、圖6。表3也可以看出，該廠需要的供氨量也很大，氨氮比偏高，在1.4以上，尤其是在負荷變化時，需要更大的氨量，其氨氣逃逸量控制在0.015PPM-0.03PPM左右，符合排放標準。在實際運行中，升降負荷時，需提前增大供氨量，保持氨氮比變化率在0.01以內。并隨時監視出口NO和NH3的排放量，防止排放超標（該廠出口濃度大于200mg/m3即為超標排放）。

（4）溫度與NO共同擾動

選取機組某500MW時穩定狀態時的參數值。 圖7中，5s時刻，進口NO濃度突然升高至962mg/m3，出口NO的濃度相應的增大至68mg/m3 。 15s時刻，突然增加進口煙氣溫度至385℃，催化效應增加，出口NO濃度減小，直至25s處，保持溫度385℃，進口NO濃度降至924 mg/m3。此時可見出口NO濃度減小至56 mg/m3。 變化過程和趨勢符合實際的變化。

六、結論

1依據Langmuir吸附層模型、E-R反應機理、建立反應器出口NO濃度變化的模型，其中未知參數采用多次辨識的方法獲得，假設KNO是一個與氨氮比變化率有關的函數，通過擬合得到關系式 。仿真過程的關鍵是確定不同階段的負荷時起始修正系數 ，負荷變化時根據前后時間段氨氮比變化率乘以相應 。模型能夠較為真實的反應機組運行時出口NO濃度的變化趨勢和相應數值，最大誤差控制在25%以內。

2模型驗證和仿真過程中，反應溫度升高、煙氣流速降低有利于催化反應的進行，入口NO濃度降低、供氨量增加亦能減小出口NO排放量。

3模型能夠對該電廠的脫硝運行過程進行分析和預測，為運行中提供指導防止排放超標：1）入口NO量（通過煤質、負荷）、反應溫度、供氨量的控制是保證脫硝效率的主要手段；2）從仿真試驗中，該電廠催化劑在360℃-380℃之間溫度的增加使得催化效率能明顯提高。運行過程中，機組在550MW-660MW時，將煙氣溫度控制在375℃-385℃之間。400MW-550MW時，應將煙氣溫度控制在365-375℃。300MW-400MW時，將煙氣溫度控制在360℃-365℃；3）控制供氨量是運行中保證出口濃度的最主要手段。升降負荷過程中，進口NO濃度變化較大，出口濃度變化劇烈。加入的NH3反應有滯后性，負荷變化時，應提前增減供氨量。確保前后5s內氨氮比變化率控制在0.01以內，即每分鐘供氨量的增減控制在30kg/h以內。

參考文獻：

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篇(2)

關鍵詞：節能；鍋爐煙氣利用，改進措施

論文主體：

節能是我國經濟和社會發展的一項長遠戰略方針，也是當前一項極為緊迫的任務。為推動全社會開展節能降耗，緩解能源緊張，建設節能型社會，促進經濟社會可持續發展，實現全面建設小康社會的宏偉目標，工業鍋爐余熱資源的利用是節約能源的重要措施，工業鍋爐排煙余熱占鍋爐熱量比重較大。

一、工業鍋爐排煙余熱的理論依據

由于工業鍋爐排出的煙氣溫度有很大差別，高的超過300℃，低的則在160℃左右。理論上它所具有的余熱為。

Q=VyCy﹝ty－t0﹞=BVn﹝hy－h0﹞=Hy-H0

﹝kJ/h﹞【1】

式中Vy______煙氣量， m3/h

Cy______煙氣平均定壓比熱容，Cy=1．34+0．000163 ty kJ/﹝m3·℃﹞

ty______煙氣溫度，℃；

t0______環境溫度，℃

B______工業鍋爐燃料消耗量，kg/h﹝或m3/h﹞

Vn______單位燃料產生的煙氣量，kJ/m3

hy______煙氣的單位焓kJ/m3

h0______在環境溫度下煙氣的單位焓，kJ/m3

Hy、H0______煙氣在排氣溫度及環境溫度下的總焓，k J/h。

如一臺蒸發量10T/h的工業鍋爐引風量11078M3/h，排煙溫度180℃，環境溫度25℃理論上它所排出的的熱量為：

Q=VyCy﹝ty－t0﹞

Q=11078×﹝180－25﹞=1717090 ﹝kJ/h﹞=410198．28 kcal/h

相當與5000大卡的煤為82．03kg

理論上它可回收利用的煙氣余熱量將小于煙氣的焓。余熱回收量為

Qyr=﹙H＇y－H〞y﹚λbr= H＇y·λyr

﹝kJ/h﹞

H＇y、H〞y ______煙氣進、出余熱回收設備的總焓，kJ/h

Λbr______回收設備的保熱系數，

λyr______余熱回收設備熱效率。

上式可寫為

Qyr=Vy·Cy﹙t＇y-t″y﹚λbr ﹝kJ/h﹞

式中t＇y、t″y煙氣進、出余熱回收設備時的溫度，℃。

當余熱回收設備為空氣預熱器時，則可達到的空氣預熱溫度tk為

tk= tk0＋﹝VyCy﹙t＇y-t″y﹚﹞×λbr÷VkCk ﹝℃﹞

tk0_____空氣預熱器的溫度，℃

Ck____空氣平均定壓比熱容，Ck=1.298+0.000109 tk kJ/ ﹝m3·℃﹞.

當回收余熱用來產生熱水時，產生的熱水量為

Gs= VyCy﹙t＇y-t″y﹚×λbr ÷Cs﹙t″s-t＇s﹚ ﹝kg/h﹞

Cs____ 水的比熱容，Cs=4.1868 kJ/ ﹝kg·℃﹞

t＇S、t″S____水的進、出口溫度，℃。

λbr麻石保熱系數1.32【2】

二、實際消耗在水膜除塵的熱量

蒸發量為10T/h的工業鍋爐，煙氣經水膜除塵器后，水所吸收的熱量為

進水膜除塵器前煙溫180℃，水膜除塵器后煙溫53℃，水膜除塵器進口水溫度22℃，水膜除塵器出口水溫度43℃，供給水膜除塵器水的流量18.5M3/h。

1千卡的熱量在1標準大氣壓下能使1公斤的純水溫度升高1℃。【3】高原地區1公斤標準煤燃燒所放出的熱量，比平原地區1公斤標準煤燃燒所放出的熱量要低【4】。

在定壓情況下【5】實際水所吸收的熱量為

Q水吸/小時=﹙t1 –t2﹚G=﹙43–22﹚×18.5 =21×18.5×1000=388500 kcal/h以5000大卡的煤計算每小時消耗的煤、焦耳、功率為

388500÷5000=77.7公斤=1626261千焦耳=451.74千瓦特

三、熱量未回收的原因

而現在的一些工業企業對煙氣余熱都還沒進行回收利用，主要考慮的是SO2低溫露點腐蝕，和換熱器安裝問題。

四、采取的預防措施

在蒸發量為10T/h的工業鍋爐，進行煙氣余熱綜合利用實現節能時，應注意以下幾個問題。

低溫露點腐蝕的部位主要在鍋爐的空氣預熱器后，進一步降低排煙溫度和提高熱效率，要從設計，操作和選材安裝等方面采取措施，來防止和減少低溫露點腐蝕。

1．

避開煙氣露點腐蝕溫度

低溫露點防腐蝕的一般方法是通過精心的設計，在熱效率降低不大的情況下，提高換熱面如熱管的壁溫，使之在煙氣露點溫度以上。但是，在低溫部位如空氣預熱器空氣入口處，由于操作工況的變化，也會出現低于露點溫度的情況，造成酸蝕而使熱管失效。煙氣出口處熱管失效后，會使延期露點溫度逐步移向附近未失效的熱管管壁處，依次發展，直至大部分熱管失效。因此，設計上避開煙氣露點腐蝕只能作為一般對策。另外，在日常操作中提高鍋爐的排煙度，即鍋爐的排煙溫度高于煙氣露點溫度20~30℃，使排煙溫度在還未降低到露點溫度時，已經從預熱器中通過了。但是，排煙溫度對鍋爐的熱效率影響較大，排煙溫度每升高10℃，熱效率下降0.5﹪左右【6］。

2．

采用耐蝕金屬材料

ND鋼［7］（09CrCuSb）具有較高的抵抗低溫腐蝕能力，不但能抗硫酸電腐蝕，而且在Cl-1或Cl-+SO-24中也具有較高的耐蝕性，其力學性能與碳鋼相當。

3．

采用低硫煤或在煤中加入CaCO3、MgCO3

燃料中均含有少量的硫，硫燃燒后幾乎全部生成SO2，由于燃燒室中有少量的氧氣存在，所以有部分SO2進一步氧化形成SO3在正常的過剩空氣系數的條件下，全部SO2中有約1﹪~3﹪轉化為SO3。在高溫煙氣中的SO3氣體不腐蝕金屬，但當煙氣溫度降到400℃以下，SO3將與水蒸氣化合生成硫酸蒸氣其反應如下。

SO3+H2OH2SO4

如在煤中加入CaCO3、MgCO3 ，SO2轉化為SO3的反應不起催化作用，相反緩慢、抑制了反應的進行，【8】同時它們還會與凝結在它們表面上的硫酸發生反應。燃料中含有相同的硫，所形成SO3的數量卻不同，產生的腐蝕結果也各有不同。

4、煙氣余熱回收利用實現節能主要是在煙氣進入水膜除塵器前2m左右的距離內增加煙道截面積的同時加入一組換熱器。增加煙道截面積主要是為避免在煙道中加入換熱器后影響鍋爐的排煙流量和排煙阻力，同時避免增加風機功率。

由于鍋爐給水都是用軟水，因些在進入換熱器內的水需從離子交換器的產水口供給軟水經換熱器加熱后再流入軟水箱。換熱器選用翅片ND鋼。也可選用不銹鋼換熱器在條件允許的情況下應選用熱管換熱器。如果被加熱的介質是空氣則應選用熱管加熱鍋爐助燃空氣，提高鍋爐進風溫度，鍋爐進風溫度每升高10℃鍋爐熱效率提高0．5％［2］由于熱管的每根管子是獨立的傳熱元件，即便是其中一根發生故障，也不會影響整個換熱器的正常工作。煙氣回收流程見后圖

五、投資與回報

投資材料一覽表

名稱

規格型號

數量

單價(元)

合計

不銹鋼換熱器

換熱面積18M2

1

12000

12000

金屬板

δ5*1000*12000

468kg

4.5

2106

焊條

CE422*3．2

2包

30

60

安裝人工費

8

60

480

管子閥門

鋁塑管和閥門

50米 閥2個

4

50

350

其它

200

利潤

30﹪

4558．8

合計

19754。8

回報

10T/h的工業鍋爐煙氣在水膜除塵器中，煙氣與水的接觸比較充分效率高達90﹪，而采用換熱器時它只能達到水膜除塵器效率的50﹪左右，煙氣在水膜除塵器中水所吸收的熱量是388500 kcal/h轉貼于 ，當地5000kcal的煤價490元/噸，鍋爐每天運行20小時每年運行180天。

388500×50﹪=194250 kcal/h

194250÷5000=38.85kg/h

38.85×20×180=13986 kg

13986÷1000=13.986t

13.986×490=6853.14元

19754。8÷6853.14×180=518.86天

由此可見鍋爐只需運行519天就可收回全部投資，采用煙氣余熱回收系統實現節能，具有重大的理論與現實意義。

參考文獻

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冶金工業出版社 湯學忠主編

［2］管式加熱爐安全與管理

中國石話出版社 徐木彬主編

［3］熱工基礎

高等教育出版社 王補宣張麥貴主編

［4］煤的燃燒與汽化手冊

化學工業出版社 李芳芹等編

［5］傳熱學

高等教育出版社 楊世銘編

［6］云南省耗能設備崗位陪訓教程

云南省經濟委員會昆明理工大學編

篇(3)

關鍵字 鍋爐;關鍵環節;自動調節

中圖分類號TK229.6文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2010)20-0044-02

鍋爐是將燃料化學能轉變成其它工質熱能,生產規定參數和品質的工質的設備。工業燃煤鍋爐是重要的熱能和動力設備,也是能源耗費大戶,現階段我國仍是世界上燃煤鍋爐擁有量和使用量最多的國家,每年燃煤需求量將近全國的1/3,如何提高鍋爐熱效率,提高燃燒的經濟性仍是鍋爐運行的重要課題。

鍋爐最基本的組成部分是汽鍋與爐子,吸熱的部分稱為鍋,產生熱量的部分稱為爐。汽鍋是鍋爐的汽水系統,大型鍋爐的汽鍋由省煤器、汽包、下降管、水冷壁、過熱器、再熱器等設備組成。爐子是鍋爐的燃燒系統,大型鍋爐的爐子由爐膛、燃燒器、煙道、空氣預熱器等組成。

1 燃煤鍋爐的工作過程

原煤送入磨煤機磨制成煤粉,外界冷空氣進入鍋爐尾部煙道的空氣預熱器中,被煙氣加熱成為熱空氣進入熱風管道。一部分熱空氣是輸送煤粉的介質,對煤進行加熱和干燥,另一部分熱空氣直接經燃燒器進入爐膛參與煤粉的燃燒。從磨煤機排出的煤粉和空氣的混合物經燃燒器進入爐膛內燃燒。煤粉在爐膛內迅速燃燒放熱,使爐膛火焰中心的溫度急劇升高。爐膛內的水冷壁和頂棚過熱器等是爐膛的輻射受熱面,其內部的工質在吸收爐膛的輻射熱的同時,降低火焰溫度以及保護爐墻。高溫煙氣經爐膛上部出口離開爐膛進入水平煙道,與布置在水平煙道的過熱器進行熱量交換,然后進入尾部煙道,并與再熱器、省煤器和空氣預熱器等受熱面進行熱量交換,使煙氣不斷放出熱量而逐漸冷卻下來,低溫煙氣再經過除塵器除去大量的飛灰,最后只有少量的細微灰粒隨煙氣由引風機送入煙囪排入大氣。由給水泵送向鍋爐的給水,經過高壓加熱器加熱后進入省煤器,吸收鍋爐尾部煙氣的熱量后進入汽包,并通過下降管引入水冷壁下聯箱再分配給各個水冷壁管。水在水冷壁中吸收高溫輻射熱,使部分水蒸發變成飽和蒸汽,從而在水冷壁內形成了汽水混合物。汽水混合物向上流動并進入汽包,通過汽包中的汽水分離裝置進行汽水分離,分離出來的水繼續循環,即煤料的燃燒過程、煙氣向水的熱傳遞過程以及水的汽化過程形成鍋爐的整個工作過程。

2 燃煤鍋爐運行中的自動調節問題

2.1 燃燒蒸汽壓力控制

蒸汽壓力是衡量蒸汽狀況的重要參數。蒸汽壓力必須維持在正常范圍內,過高或過低都會影響鍋爐負荷設備以及金屬導管。若壓力太低,則不能夠提供設備要求的蒸汽品質,若壓力過高,金屬的蠕變會加速。鍋爐運行工況中,蒸汽壓力降低,表示負荷設備的蒸汽消耗量大于鍋爐的蒸發量,否則,表明負荷設備的蒸汽消耗量比鍋爐的蒸發量小。控制蒸汽壓力是維持負荷設備正常工作的前提,也是經濟燃燒的保障。熱平衡的失調引起了鍋爐蒸汽壓力的變化,而燃燒熱和蒸汽熱則是影響熱平衡的主要因素,我們所說的內擾和外擾兩種擾動則分別是由燃燒熱和蒸汽熱的波動而引起的,為弱化這兩種擾動對蒸汽壓力的影響,在各個基本的單爐蒸汽壓力控制系統中,輸入到鍋爐的燃燒熱必須能同步蒸汽熱的變化來保持熱量的平衡狀態,同時要依據蒸汽壓力和壓力給定值之間的偏差來調節燃料量用以控制蒸汽壓力的增減。可設計帶前饋的串級PID控制模式實現,主環壓力控制根據蒸汽壓力與設定值的偏差來調節燃料量以保證壓力的穩定,副環燃料控制器根據主環輸出與前饋信號的合成指令去控制進入鍋爐的原煤,克服煤料波動,使壓力能夠保持在穩定的范圍內。

2.2 燃燒經濟性控制

空氣和燃料維持適當的比例有助于提高鍋爐的效率和經濟性,實現鍋爐燃燒最佳工況。否則,將會增加熱量損失,污染環境、降低經濟型。傳統的采用氧量計的燃燒控制系統的鍋爐設備是一個復雜的被控對象。風煤比是空氣與煤粉比例的衡量值,是燃燒效率的重要影響因素。傳統PID控制模式因其特性直觀,控制迅速,將風煤比簡化視為負荷的單一函數并近視擬合為比值關系,在工業鍋爐燃燒控制系統中廣泛使用,但因在不同的負荷下,合適的過剩空氣率變化較大,單純的比值控制特性無法保證鍋爐在任何工況下都能達到最佳的燃燒狀態。另外,對于由不同的煤種和煤粉特性、爐排轉速、煤層厚度不均勻等原因引起的燃料方面的擾動,其最佳過剩空氣率也會有較大變化,單純的PID控制對于經濟燃燒的實現無能為力。采用固定風煤比加變氧量校正的方案,可通過風煤比曲線粗調給風量,然后由煙氣中含氧量加以校正,由于不同負荷下的過剩空氣系數有所不同,采用變氧量校正方案有效克服傳統控制的不足和弊端,但這種方案也不盡完善,目前越來越多的鍋爐采用的是以爐膛溫度為被控量的燃燒控制系統。

2.3 爐膛燃燒負壓控制

正常運行的鍋爐,爐膛負壓需保持在規定范圍內。爐膛的負壓必須實現自動調節,以促其正常和穩定。因為負壓過大會產生嚴重漏風現象,增加總風量,同時會增加煙氣熱量的損失和引風機的電能損耗,背離經濟燃燒的原則;負壓如果偏正,會產生爐膛的向外噴火現象,不利于環境,影響安全生產。

2.4 汽包水位的控制

水位控制常見的問題是“虛假水位”現象,即當鍋爐的蒸汽負荷突然加大時,給水量小于蒸發量,從汽包貯水量的角度來講,汽包的水位應該是下降的,恰恰相反的是,蒸汽負荷增加時,蒸發量比鍋爐給水量大,水位未降反升。虛假水位主要是由于蒸汽流量增加使得汽包內的汽壓下降,爐水的沸點降低,這使爐管和汽包內的汽水混合物中的汽容積增加,形成體積膨脹,產生了汽包的水位上升。在鍋爐的自動控制中,為了克服這種現象,可以設計三沖量控制系統,以汽包水位為主調節信號,蒸汽流量為前饋信號,給水流量為副調節信號的前饋加串級PID控制的調節系統。

參考文獻

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篇(4)

關鍵詞：鋁電解煙氣凈化系統；集氣效率；有效途徑

Abstract: in recent years, in recent years, aluminum smelting industry in China's rapid development, has made important contribution to the growth of the national economy. But the overall level and aluminum industry advanced countries there is a certain gap, environmental protection treatment facilities difficult to stable and efficient operation, inevitably produce large amounts of harmful gas, the destruction of the ecological environment. This paper briefly analyses the factors affecting the efficiency of gas collecting aluminum electrolysis flue gas purification system, and sums up the effective way to improve the efficiency of gas purification system of aluminum electrolysis fume, minimizing pollutant emissions, reduce environmental pollution.Keywords: aluminum electrolysis flue gas purification system; collection efficiency; effective way

中圖分類號：TM535+.1文獻標識碼：A

引言

鋁電解廠在生產過程中,產生大量的含氟煙氣,而氟化鹽高溫時與水分發生水解反應后產生的氟化氫氣體，其是有害氣體，污染環境。因此，鋁電解企業在生產過程中其凈化處理是鋁電解企業的重要環保課題。目前,國內外均采用干法凈化技術治理電解槽排出的含氟煙氣。鋁電解煙氣干法吸附凈化技術能夠以較低的反應段固氣比獲得較高的氟凈化效率，利用氧化鋁吸附煙氣中的氟化氫,凈化煙氣中的有害物,控制氟化物排放量,提高電解煙氣凈化系統凈化效率,能有效減少煙氣中有害物的有組織排放減少對環境的污染。采用生產原料氧化鋁吸附含有氟化氫煙氣的干法凈化技術是一種高效、經濟、先進成熟的煙氣凈化技術，使長期困擾我國鋁電解工業的煙氣污染問題基本得到解決.

1.鋁電解煙氣凈化系統的意義

我國電解鋁工業已躋身于世界電解鋁工業先進行列,但環保治理設施難以穩定高效運行,不可避免存在著污染物異常生產的情況。而電解煙氣凈化系統主要分為煙氣捕集和煙氣凈化兩部分,提高電解槽煙氣集氣效率,減少電解鋁生產噸鋁氟化鹽單耗，降低生產成本，提高電解煙氣凈化系統凈化效率,又能減少電解鋁生產過程中污染物的排放能有效減少電解槽的無組織煙氣的排放,因此，為實現電解鋁工業可持續發展,必須提高工藝技術清潔生產和污染防治措施治理水平,最大限度減少污染物排放量,減輕環境污染，符合當前企業“節能、環保、高效”的發展要求。所以，對鋁電解煙氣中的有害物質，必須經凈化系統處理，達到國家排放標準后方可排放。

2.影響煙氣凈化系統集氣效率的因素

2. 1凈化系統的煙氣流程

電解槽產生的含氟煙氣主要是通過電解車間天窗和煙氣凈化系統煙囪兩條途徑排放。而對于電解槽煙氣中污染物的控制是總量的控制,即電解槽產生的含氟含塵煙氣，在凈化系統主排煙機產生的負壓作用下，由電解槽集氣罩收集經電解槽支煙管進入主煙管，到達水平排煙總管，進入地下煙道。在主煙管中或除塵器入口煙管中煙氣與凈化系統加入的新鮮氧化鋁充分混合發生吸附反應,在地下煙道，由于氧化鋁的孔隙較高,比表面積較大,屬兩性化合物,對酸性氣體(如氟化氫氣體)具有良好的吸附性.通過吸附電解煙氣中的氟化氫來完成的凈化過程.由新鮮氧化鋁吸附煙氣中的HF氣體，與高速流動的煙氣布袋除塵器進行沸騰狀混合，載氟氧化鋁和凈氣通過脈沖布袋除塵器進行氣固分離，分離后的載氟氧化鋁通過風動溜槽，一部分進入氣力提升機，提升至載氟氧化鋁貯倉，通過超濃相（濃相）輸送系統供電解生產使用。一部分進入地下煙道與煙氣進行第二次吸附反應。

2. 2 影響凈化系統集氣效率的因素

凈化系統煙氣的捕集從電解槽集氣罩開始，到凈化系統的地下煙道，是影響凈化系統集氣效率的主要因素。而鋁電解煙氣凈化系統的集氣效率是指由凈化系統所收集到的煙氣量占電解槽所產生的煙氣總量的百分比。由于電解煙氣凈化系統是一項系統工程，集氣效率的高低不僅與電解煙氣的捕集有關，而且與凈化系統的正常運行、電解作業有著密切的聯系，因此，影響凈化系統集氣效率的因素主要有：鋁電解槽槽型的影響，鋁電解煙氣凈化系統布局的影響，電解槽支煙管調節閥門開啟角度的影響，凈化系統密封性能的影響，集氣罩、支煙管的是否暢通，水平煙道、地下煙道是否暢通等。

3.國內煙氣凈化技術現狀

長期以來,“重工藝、輕環保”的想法在電解鋁行業普遍存在,盡管近年來，我國電解鋁技術取得了長足進展，鋁電解生產的主要技術經濟指標已達到國際先進水平,但對污染控制、煙氣治理技術的研究卻相對滯后。目前原鋁電解煙氣凈化系統存在一些主要問題，少數鋁冶煉企業由于投入不足,便縮小煙氣凈化方面的投資,致使煙氣捕集效率低，系統運行負荷大，運行效率低下,凈化指標達不到國家標準。隨著國家對環境保護要求的日益嚴格,雖然我國的新標準還與國際主要鋁生產國的標準存在一定的差距，但逐步向國際標準靠攏的趨勢及要求逐步顯現。目前,我國較為先進的電解鋁企業,絕大部分均采用干法凈化技術進行煙氣治理,從而使煙氣排放達到國家標準。

4.提高鋁電解煙氣凈化系統集氣效率的途徑

4.1加強對電解槽的密封管理，提高電解槽密封性能

電解槽槽上蓋板的結構形式、材質選擇、加工精度直接影響電解槽的密封性。電解車間要確保電解槽槽蓋板的蓋放完好率，減小蓋板間的縫隙，并且要利用電解槽大修機會,或在電解槽不停產的情況下，清理集氣罩內的積灰,除此之外，也要對槽蓋板破損的要及時進行修補或更換；對相鄰槽蓋板間的縫隙用石棉布進行密封；通過制定電解槽作業規程改善電解槽上部密封性能，盡量減少氟化物及氧化鋁的無組織排放。另一方面，電解槽打殼下料錘頭桿處的密封也不能忽視,加強對槽上部結構水平罩與陽極導桿、水平罩與打殼頭周圍的密封，有效減少煙氣上竄，散失，并且氟化鹽料箱蓋子四周加密封氈或及時調量，杜絕料箱冒料現象的發生。

4.2合理控制電解槽支煙管閥門的開啟角度，確保每臺電解槽所需的負壓

電解廠房中的支煙管道閥門要定期調整，電解槽支煙管閥門的開啟角度必須遵循以下原則，末端電解槽的支煙管閥門開到最大,然后由遠到近,按照一定的比例逐步減小支煙管調節閥門的開啟角度,最終系統中首段電解槽支煙管閥門開啟角度最小，在調節過程中要保證所有電解槽集氣罩內負壓均衡，保持在同一個水平線上。同時在停槽時要將槽蓋板蓋嚴實，要保證整個系統的密閉，以減少系統的泄漏，控制漏風率在設計值 10%的范圍之內。

4.3確保凈化系統正常運行，為電解槽煙氣的捕集提高足量的風量和負壓

由于電解槽煙氣捕集所需的風量和負壓由凈化系統的主排煙機提供，而凈化系統不能正常運行時，大量氧化鋁進入排煙干管,從而使排煙干管造成堵塞,影響電解槽的排煙,引起集氣效率下降。因此為了提高系統的集氣效率，必須合理設計超濃相輸送系統的排風系統和確定輸送系統風壓，從而確保排煙機的正常運行。也可以通過合理開啟排煙機閥門，保證凈化系統集氣所需風量；確保除塵器和清灰系統正常工作，降低布袋除塵器的阻力，提高凈化系統的載氟煙氣壓力。

5.結語

隨著鋁電解槽型日益大型化發展，環境污染成為一個嚴重的問題，人們對環保意識也越來越強，國家及各生產單位對污染物的合理排放越來越受重視，提高電解煙氣的集氣效率和凈化效率，對煙氣凈化進行深入的研究,認真實踐,才能減少電解鋁生產噸鋁氟化鹽單耗，降低生產成本，又能減少電解鋁生產過程中污染物的排放能有效減少電解槽的無組織煙氣的排放,因此，為實現電解鋁工業可持續發展,必須提高工藝技術清潔生產和污染防治措施治理水平,最大限度減少污染物排放量,減輕環境污染，才能保證凈化效果，實現電解鋁工業可持續發展。

參考文獻：

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[3] 胡傳鼎.通風除塵設備設計手冊[M].北京:化學工業出版社, 2010.

篇(5)

論文摘要:介紹邯鋼西區燒結雙壓余熱鍋爐及雙壓補汽式汽輪機余熱發電技術，此發電技術不需要消耗一次能源，不產生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其它有害氣體;且大幅度減少環冷機對空排放的熱量，減少熱污染效果顯著，具有充分利用低溫廢氣、變廢為寶、凈化環境的多重意義。

前言

在鋼鐵生產過程中，燒結工序的能耗約占總能耗的10%，僅次于煉鐵工序，位居第二。在燒結工序總能耗中，有近50%的熱能以燒結機煙氣和冷卻機廢氣的顯熱形式排入大氣。由于燒結環冷機廢氣的溫度不高，僅150~450℃，加上以前余熱回收技術的局限，余熱回收項目往往給人以“造價高，發電少，回收年限長”的印象，長期以來被人們忽略遺忘。

1、邯鋼燒結環冷機余熱回收班義

環冷機余熱的回收，是通過環冷煙氣低溫余熱鍋爐回收煙氣的低品味余熱能源，結合低溫余熱發電技術，用余熱鍋爐的過熱蒸汽來推動低參數的汽輪發電機組做功發電的最新成套技術;其與火力發電相比，不需要消耗一次能源，不產生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其它有害氣體;它是當前工業企業節能和環保要求下的必然趨勢和產物，具有充分利用低溫廢氣、變廢為寶、凈化環境的多重意義。具體來講環冷余熱回收的意義體現在如下幾個方面:

1)利用燒結環冷機煙氣余熱發電，部分代替來自電網的以化石燃料為能源的供電量，從而起到減少溫室氣體排放的效果;

2)降低邯鋼燒結工序能耗，促進資源節約，降低邯鋼的單位產值的能耗，增加企業的效益;

3)有利于企業可持續發展目標的實現，減少當地由常規火電廠帶來的S02， NOX、粉塵之類的大氣污染物，有助于改善當地的能源結構，提高能源安全。

2、邯鋼新區燒結余熱發電技術

邯鄲鋼鐵廠邯鋼新區2條燒結生產線，每條燒結生產線配置1臺360m2燒結機和1臺415m2環冷機。每臺環冷機配置5臺相同的鼓風機，每臺鼓風機風量為45. 3~48. 4X 104Nm3/h，風壓約為3648~-4070Pa，上述鼓風機的送風穿透環冷機上礦料料層，礦料被冷卻到150~200℃后送入下一道工序;冷風和礦料換熱后變為450~150℃的熱煙氣，分別排向大氣，上述熱煙氣中含有的一定數量的礦物粉塵也隨之排向空中。為利用鋼鐵廠燒結環冷機所產生的廢氣的顯熱，邯鋼新區燒結配置2套68t/h雙壓低溫余熱鍋爐，和1套25MW低溫補汽凝汽式汽輪發電機組，將廢氣通過余熱鍋爐回收熱量而產生的過熱蒸汽，用于汽輪發電機組發電。

2. 1燒結環冷機煙氣系統。燒結環冷機原有22個相通的風室，燒結余熱發電工藝將其1 # ~5#風室(對應1#風機)和6 #~10#風室(對應2#風機)的煙氣收集起來，分別從通過煙氣系統的1#和2#煙道進入余熱鍋爐，作為余熱鍋爐的熱量來源。

在1#風機范圍內的排氣煙道上設置1座沖擊擋板沉降式除塵器，1#和2#鼓風機范圍內煙氣共用1臺循環風機(液力偶合器調速)和1座備用排空煙囪，并在每套余熱鍋爐的煙氣系統上分別設置3套三通擋板門，以利于余熱回收系統故障時隨時隔離余熱回收系統，保證燒結生產的正常進行。

循環風機出口風(I#， 2#環冷風機作備用)通過環冷機被加熱到4000C左右后，分別通過擋板門引入到余熱鍋爐，(當余熱爐故障時擋板風門可切換到排空)，1#， 2#被加熱的煙風在進入余熱爐之前先以簡易擋板式除塵器簡單除塵(除塵50%)。通過余熱爐熱后煙氣被降為1500 C左右。通過除塵器除塵之后，經循環風機通過閘板門再次進入環冷機，當余熱爐故障時閘板門關閉，環冷機需要的冷卻風仍從原1#. 2#環冷風機入口。

循環風機入口前需要再補充15%的冷風進入，以使進入環冷風的風量能達到原來的數值。

2. 2燒結余熱發電工藝參數:邯鋼新區燒結配置2套68t/h雙壓低溫余熱鍋爐QC400 (400) /450

本鍋爐采用塔式布置(緊身密封)，當鍋爐進入工作狀態時，煙氣水平流向鍋爐頂部的入口轉角煙道，依次流經本體各受熱面，經換熱后的煙氣從鍋爐底部排出。

本鍋爐的汽水系統由前述各受熱面管箱、高壓鍋筒、低壓鍋筒、減溫器、過熱器集汽集箱所組成。鍋爐的給水(凝結水)經各自的給水操縱臺進入省煤器加熱后，接近飽和溫度的水進入鍋筒，鍋筒內的水經下降管進入蒸發器，在蒸發器內受熱后成為汽水混合物又回到鍋筒(分離器)，在鍋筒(分離器)內進行汽水分離，分離下來的水回到鍋筒的水空間，飽和蒸汽則通過飽和蒸汽引出管被送到過熱器，飽和蒸汽在過熱器內被加熱成過熱蒸汽，然后經減溫器調溫，達到規定的蒸汽溫度后，經主汽管送入汽輪機。

3、燒結余熱發電環保節能效益

燒結冷卻風機目前共有10臺，按以前工藝流程，廢氣均不經處理，直接向大氣排放。燒結余熱發電工藝的廢煙氣排放由開式改為閉式，進入余熱爐的煙塵原則上不排放，燒結余熱發電工藝上馬后，每臺每小時可減排7. 7t/h，按年運行8000小時計算，2套燒結機每年可減排12. 32萬t煙塵。

燒結余熱發電工藝為了減少循環風機的的磨損，環冷機排出的冷卻風進入了循環風機前均進行了除塵，綜合除塵效率大約為80，按鍋爐含塵量lOg/m3，總煙氣量770100m3/h計算，2臺余熱鍋爐煙塵(主要為鐵砂)收集量12. 32t/h。每年可收集鐵砂9. 856萬噸。

4、邯鋼燒結余熱發電工藝兵.如下特點和優勢

1)燒結余熱發電工藝采用環冷機廢煙氣余熱回收發電，不但不需要消耗任何化石燃料，而且邯鋼集團燒結環冷機余熱發電工程大幅度減少環冷機對空排放的熱量，減少熱污染效果顯著。

2)余熱鍋爐尾氣返送進環冷機循環利用，一方面提高了鍋爐的進口煙溫，增大了鍋爐的蒸發量，增加了汽輪發電機組的發電量:另一方面阻止了環冷廢氣中礦塵的向空排放，對環境保護起到重要作用。

3)余熱利用煙氣系統帶100%旁路系統，若余熱鍋爐發電機組出現故障，控制系統可快速的啟動原1#， 2#環冷風機，同時關閉煙囪上煙氣切換擋板門，切換到原有工況下運行，充分保證燒結主工藝的安全和正常運行。

篇(6)

關鍵詞：燒結機；煙氣脫硫；SD-FGD；

1 前言

我國“十一五”規劃綱要明確提出：要建設資源節約型、環境友好型社會，把單位GDP能耗降低20%，主要污染物排放總量減少10%，這是具有法律效力的約束性指標。當前，SO2的減排呼聲最高，壓力最大。鋼鐵企業是SO2排放的第二大戶，存在巨大的減排空間，在電廠脫硫已取得較大成效的情況下，減排的壓力正日益突出。煙塵主要來自燒結機的燒結過程及冷卻機的冷卻過程，SO2 主要來自燒結機頭煙氣。而燒結機頭煙氣中SO2 仍然采用煙囪高空排放，如果不對這些污染源加以控制，勢必造成污染物的肆意排放，仍然會嚴重污染廠區環境，影響正常的生產，危害職工身體健康。

本文以濟鋼鑄管集團公司為例，介紹了一種新型的SD-FGD系列噴射旋流曝氣脫硫塔技術。

2 工程概述

2.1 工程簡述

濟鋼鑄管公司現有兩臺52m2燒結機，燒結機工藝設計分為兩條主抽風煙道，配備有多管除塵器，排放煙氣含塵濃度

2.2 燒結機煙氣的特點

（1）煙氣溫度較高，隨工藝操作狀況的變化，煙氣溫度一般在120～180℃之間。

（2）煙氣挾帶粉塵多。粉塵主要由金屬、金屬氧化物或不完全燃燒物質等組成，一般濃度達10g/Nm3。

（3）含濕量大。為了提高燒結混合料的透氣性，混合料在燒結前必須加適量的水制成小球，所以含塵煙氣的含濕量較大，按體積比計算，水分含量在10%左右。

（4）含有腐蝕性氣體。高爐煤氣點火及混合料的燒結成型過程，均產生一定量的HCl、SOx、NOx等。

（5）CO含量較高。

（6）含SO2平均濃度較低，根據原料和燃料差異而變化，一般在1000～3000mg/Nm3。

（7）重金屬污染物。

（8）含二噁英類。目前鋼鐵行業的二噁英排放居世界第2位，僅次于垃圾焚燒行業。

3 燒結機脫硫技術

3.1 脫硫工藝的選擇

目前國內外的脫硫方法主要有干法脫硫、半干法脫硫及濕法脫硫。除塵技術主要有電除塵、機械除塵、過濾式除塵等，根據除塵過程中是否用水或其他液體，還可將除塵器分為干式和濕式兩大類。2006年石鋼3#、4#燒結機新上的脫硫系統采用的是密相干塔工藝，即干法脫硫，除塵系統采用的是電除塵器；2007年福建三鋼的180m2燒結機脫硫采用的是循環流化床干法脫硫，除塵系統采用布袋除塵器；2008年5月梅鋼180m2燒結機采用的是噴旋沖濕式石灰石-石膏法脫硫工藝，屬于濕法脫硫；2008年12月邯鋼400m2燒結機采用的是氣固再循環半干法脫硫，除塵系統為布袋除塵器。

由于燒結煙氣具有前述的特點，必須采用適合燒結煙氣特點的煙氣凈化裝置；而且應具有脫硫效率高、投資運行費用低、可靠性高、占地面積小、無廢水產生、副產物易處理等特點。山東球墨鑄鐵管有限公司所提供場地面積較小，因次對工藝的選擇必須考慮到系統占地面積等因素，在本項目中我公司選擇了雙堿法作為脫硫主要工藝。

3.2 除塵方案的選擇

由于冶金行業的煙氣具有粉塵細，易黏附結垢的特點，而濕式除塵器利用水與含塵氣體作用，在凈化粉塵的同時，具有凈化有毒氣體的作用，且設備體積較小、投資較省，考慮到現場的情況我們選擇濕式除塵方案。濕式除塵方法中文丘里管除塵器具有除塵效率高，能消除1：m以下的細塵粒，結構比較簡單，而且還能用于除霧、降溫等方面，符合燒結機煙氣的特點，因此在本項目中我們選擇了文丘里管濕式除塵法。

除塵射流器應用原理是依據文丘里原理開發出的一種產品，文丘里除塵的工作原理是靠高速運動的氣流及流經的管道截面發生變化，使氣溶膠與洗滌液或吸收液在高速氣流中發生相對運動，從而達到氣溶膠與空氣分離的目的，文丘里洗滌器凈化原理圖如圖1所

圖一 文丘里洗滌器凈化原理圖

3.3 工藝流程

我公司與日本住友金屬工業（株）和歌山製鉄所環境部合作，結合我國冶金行業的特點，對日本及歐洲冶金行業的脫硫成熟技術進行引進與消化吸收。共同開發出了SD-FGD系列噴射旋流曝氣脫硫塔。該設備集脫硫、除塵于一體，脫硫、除塵效率均較高，投資低、占地少，在國內處于先進水平該技術在日本冶金行業得到廣泛應用。該技術吸取了我公司在濟南庚辰鋼鐵有限公司24平米燒結機應用石灰石法脫硫工藝中的不足，解決了塔內及管道結垢缺陷，解決了出風含水量大的問題。我公司針對山東球墨鑄鐵管有限公司實際情況，對52平米燒結機進行專項設計，除塵、脫硫工藝中所配備的SD-PS80-Ⅱ噴射旋流曝氣脫硫塔，具有氣液傳質好、脫硫除塵效率高、液氣比小、裝置內無活動部件、工程造價低、節省運行費用等優點。

本系統主要包括除塵系統、脫硫系統、脫硫液循環系統、除塵液循環系統。

4、 設計參數

4.1 文丘里洗滌器的最佳操作條件

（1）.喉管面積A0=2.83m2

（2）.喉管直徑D0=1.7m

（3）.喉管長度L0=1.6m

（4）.收縮管的進氣截面積A1=7.6m2

（5）.收縮管的進氣端直徑D1=3.2m

（6）.收縮管的長度L1=2.3m

（7）.漸擴管出口直徑D2=3.2m

4.2 脫硫方法

由雙堿法的原理可以看出氧化反應主要是將SO32-和CaSO3氧化，而H++SO32-（HSO3-，故系統pH的高低也決定著氧化反應發生的程度。

對于脫硫效果來講，塔進口pH越高，吸收液脫硫能力也就越強。但pH過高后，可能會增加系統中Ca2+的濃度，從而增加系統中CaSO4的過飽和度，引起系統的結垢和堵塞。為了防止系統的結垢和堵塞，下面對系統運行各個階段的pH進行研究。

圖1 清液池pH與再生池pH變化規律

圖2 混漿池pH=11時再生池各階段pH

由圖1可知，隨著清液池pH升高，無論是低pH運行還是高pH運行，再生液的pH都會升高。當低pH運行時，由于塔出口pH較低，且塔出口中大部分為HSO3-，HSO3-+OH-（SO32-，快速消耗OH-，故在開始階段上升幅度較大，在pH=11.0左右時，再生液pH上升趨勢才趨于平緩，此時再生液的pH也接近于7。高pH運行時，塔出口pH較高，隨著清液池pH值升高，再生液pH繼續升高，但上升的幅度整體趨于平緩。如果不斷提高混漿池的pH值，即增加投入Ca（OH）2的量，可以增強脫硫液的脫硫效率，但一方面增加了系統的運行花費，另一方面投入Ca（OH）2的量增加，Ca2+也隨著增加，將有可能引起系統結垢和堵塞。

4.3 脫硫液循環系統

脫硫液與煙氣接觸反應后，經塔體底部水封口由排水溝流入循環水池，循環水池由再生反應池、氧化池、沉淀池和清水池四部分組成。從脫硫裝置底部出來的脫硫液首先進入再生反應池，與石灰漿液發生再生反應，然后進入氧化池，通過攪拌并鼓入空氣將水池中的CaSO3氧化為CaSO4，經沉淀后的池底濃漿由濃漿泵將CaSO4抽出，送到板框壓濾機，制成脫硫渣濾餅綜合利用或拋棄，濾液流到循環水池。在清水池旁設有pH值檢測儀，并補充NaOH溶液，調節pH值后，由循環水泵抽送到脫硫裝置進行脫硫。

4.4 除塵液循環系統

除塵液與燒結煙氣接觸后，經管道流到后面的慣性分離器，固液分離后，除塵液經底部水封口流入循環池，循環池由泥漿池和清液池組成。從分離器底部出來的除塵液首先進入泥漿池沉淀，停留一段時間后，上清液進入清液池，由循環水泵抽送到除塵裝置進行除塵；池底泥漿則由濃漿泵抽送到板框壓濾機，壓縮脫水后，定期由運渣車外運。

以上四個單元是本系統的主要單元，除此之外，本系統還包括脫硫劑制備系統及電氣和自控系統等。

4.5 SD-FGD曝氣脫硫塔原理

應用文丘里除塵、慣性分離等原理設計的高效噴射旋流曝氣除塵脫硫塔，高效旋流曝氣脫硫塔為圓柱形塔體，塔外有高效射流器，塔內安裝有若干層高負荷旋流裝置和高效除霧裝置。脫硫工作時，煙氣由塔底切向進入，形成旋轉氣流上升，煙氣通過塔板旋流葉片的導向作用使煙氣呈旋轉上升。經二次擴散，使得氣體里所含的二氧化硫散發，并與上部兩層噴淋的脫硫漿液充分接觸，從而增大氣液間的接觸面積；液滴被氣流帶動旋轉，產生的離心力強化氣液間的接觸，最后液滴被甩到塔壁上沿壁流下，經過溢流裝置到下層塔板上，再次被氣流霧化而進行氣液接觸。如上所述，液體在與氣體充分接觸后得到有效分離，避免霧沫夾帶，其氣液負荷比常用塔板大一倍以上。又因塔板上液層薄，開孔率大而使壓降較低，比達到同樣效果的一般旋流板塔的壓降約低50%，因此，綜合性能優于常用的旋流板塔。

由于裝置內部提供了良好的氣液接觸條件，氣體中的SO2被堿性液體吸收的效果好；采用較低的液氣比是1：0.8～1.2。高效噴射旋流脫硫除塵裝置上部裝有高效除霧裝置，安裝兩層折板除霧器，從而使氣流帶出塔的霧滴很少。減少出口煙氣帶水的危害。

煙氣進入射流器，由于有降塵水及煙塵里有燒結機煙塵帶出來的氧化鈣，可以作為一級脫硫處理，效率在30%左右。在旋流脫硫塔內進行二級脫硫處理，效率在65%以上，總的脫硫效率在95%以上。

5 存在不足

由于此工程為老廠改造，因此可用場地面積較小，該系統整體的設備與管路布局不夠理想，造成系統阻力稍大。另外由于工程指標要求該技術沒有涉及到脫硝的內容，以后的應用中將逐步完善技術，使其應用范圍更加廣泛。

6 結論

1. 在鋼鐵行業燒結機脫硫塔主體材料采用玻璃鋼塔為國內首創。脫硫塔采用玻璃鋼整體制造，密封性能好，無跑冒滴漏現象，耐腐蝕性比其它材料強，使用壽命長達25年不用維護。

2.該工藝采用的兩段法工藝，在預處理部分采用的除塵液為高爐沖渣水，該水呈堿性，除對煙氣的潤濕作用外也提高了對硫化物的吸收率，并且提高了水資源的利用率，減少了水資源的消耗。脫硫部分采用的雙堿法濕式脫硫。

3.脫硫塔為我公司自創的噴射旋流曝氣脫硫塔（SD-FGD），塔底部設有導氣旋流裝置，使煙氣在塔內流動均勻，并且通過控制脫硫塔進口的pH值解決了塔內的結垢問題。

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篇(7)

關鍵詞:廢棄物;脫硫石膏;合理利用;發展前景

Analysis for Prospect of Comprehensive utilization and cigarette

and Waste desulfurate made by The heating and power plant

SUN Liang-shun GUO Shan-ji ZHAOMan-man SU Qiao WANG Dan

(School of Chemistry&Environmental Science,Shanxi University of Technology,Hanzhong 723001,China)

Abstract:The article analyzed the harmfulness of flue gas desulphurization wastes of thermal power plant to the environment, and illustrated the basic causes of Gypsum of flue gas desulphurization waste of thermal power plant .According to a comprehensive re-use of the research situation for Gypsum in many countries in recent years, it also analyzed the utility and developing space for Gypsum and drew on the theories of foreign technology. According to the characteristics about Gypsum and the reality of usage of our country, it put cycled economic concept of resource utilization forward as well as specific measures and advice. Conclusion: Theoretical studies have shown that the Gypsum which is fully applied to the construction industry, agriculture, mining, roads, and many other fields not only can reduce the cost of materials in their respective sectors, but also can effectively solve the problem of environmental pollution caused by flue gas gypsum for producing long-term environmental and social benefits as well as economic benefits.

Keywords:Waste; Gypsum; the rational use; prospects

在經濟迅猛發展的今天,環境污染已成為世界各國共同面臨的一項重大問題,各國對環保日益重視。據世界衛生組織報道:全球每年來自熱電廠和供暖設備的S02高達2億噸,已成為空氣的重要污染物。然而,根據我國能源現狀分析,以煤電為主(占總發電量的80 %)的電力格局在短時期內難以改變[1],預計2010年S02排放量將高達 3 300 萬噸,居世界第一[2],因此減少S02的排放量,防治S02污染已成為我國主要社會問題之一。為解決該問題,政府相繼出臺了一系列規定,嚴格限制S02的排放。據統計,我國90%的S02源于熱電廠。而隨著煙氣脫硫系統的誕生,明顯降低了SO2的排放量。然而,在減少大氣污染的同時,卻又形成了大量的煙氣脫硫廢棄物――脫硫石膏。預計未來幾年我國石膏的年產量將達850萬噸[3]。大量的脫硫石膏,如果不合理開發利用,不但占用大量土地資源而且還會污染環境,將形成嚴重的二次污染。因此,如何合理利用脫硫石膏將成為現階段一項重要的研究內容。

21世紀是綠色物流時代,在減少物流對環境造成危害的同時,實現對物流環境的凈化,使物流資源得到最充分的利用。綠色物流管理觀念要求有效控制污染并建立廢棄物處理和回收再利用的物流系統,加強對廢棄物物流的管理和控制[4]。盡管我國目前已采取相應措施對廢棄物進行管理。但從總體上看,相對于西方發達國家還有很大差距,對經濟和社會發展仍存在嚴重的消極影響。合理利用脫硫石膏,不僅對我國的的環境尤其是生態環境保護有著重要意義,而且具有良好的經濟效益和社會效益。

1 脫硫石膏定義及其發展歷程

1.1 脫硫石膏的定義及產生過程

1.1.1 對脫硫石膏的定義,雖然各國略有差異, 如歐洲定義為:來自煙氣脫硫過程、具有高分散度的濕態晶體,是高品位的二水硫酸鈣。美國測試學會對脫硫石膏的定義是煙氣脫硫過程中產生的副產物,主要由含2個結晶水的硫酸鈣組成[5]等等,但究其主要成分均為二水硫酸鈣(CaSO4•2H2O) 。

1.1.2 隨著對SO2污染危害性的認識,國家的有關環保法規也愈來愈嚴格, 2005年5月,國家發展和改革委員會印發了《關于加快火電廠煙氣脫硫產業化發展的若干意見》,明確要求要加快熱電廠煙氣脫硫工作的進程。因此,熱電廠實施煙氣脫硫生產勢在必行,而且也已成為當前解決環境中SO2污染問題的最有效途徑。在眾多的煙氣脫硫工藝中,由于濕式石灰石法以其穩定、高效等優點成為世界上最成熟、應用最廣泛的脫硫工藝,然而伴隨著該工藝的發展與全面的應用也產生了大量副產物――脫硫石膏。

1.2 摘要及關鍵詞脫硫石膏的發展歷程

脫硫石膏的利用研究始于20世紀70年代末80年代初,目前一些發達國家對脫硫石膏的應用已形成較為完善的研究、開發、應用體系[6]。特別是歐、美、日等國家非常重視對工業副產品石膏的綜合利用,脫硫石膏利用率達80%～90%,脫硫石膏不但在建筑行業得到應用,而且也被廣泛的用于生產熟石膏粉、石膏制品、水泥添加劑等,通過解決脫硫石膏的成塊、干燥、煅燒、運輸等問題,其生產工藝設備已達專業化、系列化[7]。然而,我國對脫硫石膏的利用研究目前仍很少,主要用于水泥緩凝劑、制石膏板等,利用的范圍非常局限,使得部分熱電廠的脫硫石膏仍未能得到利用,尤其在我國西部地區對脫硫廢棄物的利用研究幾乎仍舊處于空白狀態。脫硫石膏的堆放不僅浪費大量的土地,而且對生態環境也會產生新的污染,其程度很可能要超過SO2所帶來造成的污染,形成更為嚴重的二次污染。

2 脫硫石膏的綜合利用

根據檢測結果,脫硫石膏性能與普通石膏并無差別,且無安全隱患。目前我國脫硫石膏主要用作水泥緩凝劑等材料,部分應用于建材等(例如生產紙面石膏板、粉刷石膏、石膏砌塊、石膏空心條板[8]以及用于礦山的充填、農田改良等)。由于石膏建材質輕、節能、變形小、對人體無害、可循環利用等特點, 被稱為綠色環保的建筑材料[9],因而,對其綜合的應用研究顯得極為重要。

2.1 脫硫石膏在水泥生產中的應用

脫硫石膏其主要成分和天然石膏一樣,都是二水硫酸鈣(CaS02•2H20),與天然石膏相比,經煅燒后得到的熟石膏粉在水化動力學、凝結特征、物理性能上無顯著的差別[10]。石膏作為水泥生產中重要的緩凝劑,加到熟料中可以調節水泥的凝結過程。張麗萍通過對煙氣脫硫石膏和天然石膏的對比研究,發現脫硫石膏用作水泥緩凝劑,在相同的粉磨時間內,與天然石膏相比,制成的水泥比表面積偏大、強度稍高。試驗表明脫硫石膏能夠延長硅酸鹽水泥的凝結時問,并且對水泥其它性能幾乎沒有影響,工業試生產結果同樣表明,脫硫石膏作為添加劑生產的水泥各項質量指標均能達標準。因此,研發一種低能耗技術,克服脫硫石膏在工業生產中的缺陷,使脫硫石膏更好的應用于水泥生產工業,在合理利用廢棄資源的同時確保產品最好的品質。

2.2 脫硫石膏在其它建筑材料的應用

2.2.1 脫硫石膏板:石膏板是一種新型輕質墻體材料, 被廣泛用于一般建筑的非承重內隔墻材料,以脫硫石膏替代天然石膏進行生產,不但可以解決環境問題,同時也可以降低生產成本。由于質輕、施工便利、美觀大方等一系列優點,應用十分廣泛[11]。

2.2.2 脫硫石膏制作輕質石膏砌塊:石膏砌塊是以石膏為主要原料,根據不同型號和種類的要求,摻加適量水泥、珍珠巖、纖維、礦渣、粉煤灰、無機和有機增強劑、防水劑等輔助原料,經澆筑、壓制成型、自然固結等工藝制成的輕質建筑材料。與傳統材料的建筑材料相比,具有低能耗、低污染、質輕、防火、隔熱、隔音、收縮率小、可釘、可鋸、可粘結等優點[12]。目前,由于建筑用磚的生產嚴重浪費了土地等資源,對生態產生不良影響,石膏砌塊作為取代紅磚的理想材料,具有廣闊的開發前景,在國外,尤其是歐洲地區的建筑業中已經成為傳統材料的替代產品,而我國在石膏砌塊的生產研究該領域的研究尚處于初級階段,仍有許多問題急需解決。

2.2.3 脫硫石膏在防火材料中的應用:建筑物中樓板與墻體間往往留有大量的管道口以及建筑縫隙,一旦發生火災,火焰和有毒煙氣等會通過這些縫隙向鄰近場所蔓延,加大了火災的危害性。因此,對孔口和縫隙進行防火處理,對提高建筑預防火災事故的能力具有十分重要的意義。目前一般采用防火封堵的方法對孔口和縫隙進行密封,阻止火、熱、以及煙氣的擴散,從根本上阻止火災的蔓延,以減少火災事故損失。目前常用的無機防火材料主要是石膏粉[13](與水拌和后使用,能快速固化,施工方便,且耐火極限高,水密性和氣密性好,能維持環境溫濕度的動態平衡),既能承載一定的重量,又有一定的可拆性,特別適用于較大的孔洞和樓層間孔洞的封堵以及線路基本不變動的場所,在施工和火災中無毒無味、不產生有害氣體,屬于環保綠色建材。石膏具有凝結硬化快、防火隔熱性能好等特點,是一種在建筑工程中廣泛應用的建筑材料。

2.3 脫硫石膏的農業應用

2.3.1 用脫硫石膏制硫酸銨:由于碳酸鈣在氨溶液中的溶解度遠小于在氨溶液中的溶解,硫酸鈣易轉化為碳酸鈣,經過轉化,可以將價值較低的碳酸銨轉化為價值較高的、營養成分較多的硫銨肥料。

2.3.2 脫硫石膏對土壤的改良:脫硫石膏不但在建筑領域有著很多的應用,而且還可以用于土壤的改良。脫硫石膏的主要成分是CaS04,性質與天然石膏相似,并含有豐富的S、Ca、Si等植物必需的礦物營養,在土壤改良有著很好的前景。發達國家利用脫硫石膏改良土壤的研究始于20世紀90年代,大多集中在美國[5],而國內在該領域的研究涉及的范圍很小,關于利用脫硫石膏改良土壤的研究報道也較少,該項研究主要通過對植物的促生長效應和對環境的影響兩個方面進行研究,農業應用目前還處于實驗室研究水平,田間大規模的應用還比較少,這是今后研究的重要方向。

2.4 脫硫石膏用于路基及礦山的充填

礦山是排放固體廢料最多的行業之一,占工業固體廢物總量的80%左右。冶金礦山年排尾礦量達百億噸。目前不少礦山面臨著無地建設尾礦庫,尾礦處理無出路的難題。通過試驗證明,利用煙氣脫硫石膏取代50%的水泥膠結成具有一定強度的膠結體,無論是理論上還是試驗中均具可行性[6],以此充填地下采空區,露天坑或塌陷區,既解決了尾礦的出路問題,又解決了采空區存在的安全隱患及其塌陷造成的地表生態破壞等問題,該方法不僅可以節約礦山充填成本,還能促進礦山膠結充填采礦工藝的發展,加快濕式煙氣脫硫工藝的發展,為充填膠凝材料的研究開辟了新的思路。

胡術剛、牛海麗等人研究發現,用脫硫石膏制備半水石膏,證明用半水石膏代替部分水泥的方法是可行的,而且用脫硫石膏代替50%的水泥(即水泥∶脫硫石膏=1∶1),其膠結充填體的抗壓強度可以滿足尾礦充填要求;王方群、原永濤等人通過一系列研究發現:粉煤灰和脫硫石膏兩大固體廢物在空氣自然養護條件下可產生良好的固結性,少量添加劑可有效激發體系活性使固結材強度增加[14]。利用電廠兩大固體廢物和工業廢料添加劑在自然條件下制備固結材料,不僅成本低,且具有良好環境和經濟效益,可廣泛應用于填埋、鋪路等對固結性要求不高的領域。不僅可以節省水泥用量,降低路基和尾礦回填成本,而且綜合利用了熱電廠固體廢棄物――脫硫石膏。

3 添加劑對脫硫石膏性能的影響

石膏建材因質輕、節能、防火、變形小、施工高效、對人體無害等優點, 被國際上推崇為節能型綠色建材。煙氣脫硫石膏的主要成分是結晶硫酸鈣, 顏色微黃, 其酸堿度與天然石膏相當, 呈中性或略偏堿性。歐洲國家研究發現:脫硫石膏與天然石膏性質無明顯區別,從質量上看脫硫石膏純度較高, 成分較為穩定, 但是含水量較高, 粒度較小[15]。由于我國脫硫石膏品位高、雜質少,尤其可溶性雜質少,可以代替天然石膏作建筑材料。目前,我國對傳統建材,尤其是墻體材料的結構調整,建筑節能、可持續發展戰略的實施為石膏材料的發展帶來了前所未有的發展機遇。使用外加劑是提高石膏建材性能的核心技術[16],隨著對外加劑研究的深入,必將對石膏工業及相關領域產生積極而深遠的影響。

3.1 緩凝劑對石膏性能的影響

通過國內外對石膏緩凝劑研究的研究發現:通常在石膏膠結料中廣泛使用的緩凝劑主要有三類:堿性磷酸鹽類、有機酸及其可溶性鹽類、以及蛋白質類等。試驗證明,大多數緩凝劑在發生緩凝作用的同時,會不同程度的破壞石膏的結構與強度,大大制約了緩凝劑在石膏基材料中的應用。而檸檬酸及其堿鹽摻量較小時就能產生較強的緩凝作用,是常用的石膏高效緩凝劑,但在摻量較大時將導致建筑石膏強度劇烈下降[17]。緩凝劑的加入,使石膏凝結時間延長,水化放熱變緩,早期水化率大大降低,但終期水化率不受影響[18]。

3.2 減水劑對石膏性能的影響

石膏制品由于含水量大,制品烘干能耗高,硬化后制品強度較低,從而影響了制品的成本、質量與檔次。由于減水劑可以保持相同流動度的情況下降低石膏拌合的用水量,在生產石膏制品時,常根據不同的需要摻加一些石膏減水劑(減水率通常在10 %～20 %)[19]。目前,國外尤其是德國、日本等國家對石膏減水劑進行了較細致的研究,不僅研究了減水劑對石膏晶體形貌、硬化體孔結構以及力學強度等性能的影響,而且相繼開發出一系列適用于石膏體系的減水劑。我國目前石膏減水劑尚處在起步階段,因此,石膏減水劑的研究與開發對建筑石膏(特別是脫硫石膏) 的應用與發展至關重要。

4 結論

與發達國家相比,我國煙氣脫硫石膏產生的歷史還較短暫,煙氣脫硫技術研究進展緩慢,大部分脫硫石膏尚未被合理利用,尤其我國的西部地區,熱電廠大量的脫硫石膏不僅未能實現資源的合理開發利用,而且嚴重浪費土地資源。

4.1 根據熱電廠脫硫廢物利用的性質,可將其廣泛應用于建筑基材的生產、路基和礦山的回填以及土地改良等方面;

4.2 國內在該領域的研究尚處于初級階段,對如何更好的利用脫硫石膏還沒有形成統一的見解;

4.3 該文章在理論上強調并支持將脫硫石膏廣泛應用于建筑、公路、礦山、以及農業等領域,尤其是對新型石膏砌塊的研究,將推進國內脫硫石膏再利用的進程;

總之,深入研究并開發利用熱電廠廢棄物資源,不但可以降低其生產成本,而且也能保證良好的環境和經濟效益。

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