nid半干法脱硫灰综合利用蒸压砖的中试研究

nid半干法脱硫灰综合利用蒸压砖的中试研究

半干法硫作为一种重要的香烟硫处理方法之一，具有投资低、占地少、水处理、能耗低、废水排放等优点。随着国家环保要求日益严格,以及国家对多污染协同控制的提倡,以循环流化床烟气脱硫(CFB-FGD)和NID烟气脱硫等为代表的半干法脱硫工艺优势得到充分发挥,应用于火力发电厂(高达660MW)、钢铁烧结机(高达400m2)、循环硫化床锅炉及工业窑炉等。由其所产生的半干法脱硫灰的种类和数量逐年增加,产生的脱硫灰含硫矿物成分主要以半水亚硫酸钙(CaSO3·1/2H2O)为主,其他矿物成分也大致相同,不同在成分分布比例。其综合利用问题引起环保公司及业主的共同关注。蒸压砖作为粘土砖的替代品,目前是主要的建筑材料之一,具有产量大、分布广的特点。NID半干法脱硫灰是一类含水率低、粒径细的粉体材料,其矿物成分含有类似传统粉煤灰蒸压砖原料的矿物成分,诸如氢氧化钙、亚硫酸钙、甚至部分二氧化硅和氧化铝等。因此NID半干法脱硫灰具有作为蒸压砖原材料的可行性,国内研究学者也做了不少研究,但多数为实验室水平。如李佩欣等,利用氧化铁及双氧水作为氧化剂,对脱硫灰进行预处理,然后用于蒸压砖制备;焦作电厂蒋军成等,利用焦作电厂半干法脱硫灰作为原材料用于蒸压砖制备,结果表明,虽然利用焦作电厂脱硫灰代替粉煤灰作为蒸压砖的主要原料会降低蒸压砖的强度,但是仍能满足国家M15标准。关于免烧砖的强度形成机理在闫振甲的《免烧砖生产实用技术》一书中也有较好的阐释。然而,生产线与实验室开发相比,无论在配方控制还是参数控制,都要难得多。笔者在长期跟踪吉林某电厂NID半干法脱硫灰的理化性质,并在实验室开发得到初步配方后,在吉林某蒸压砖厂的粉煤灰生产线进行中试研究。由于半干法脱硫灰矿物成分大致相同,只是在成分分布比例不同,本文可为其他半干法脱硫灰在蒸压砖生产线利用提供参考。1生产线参数调整在长期跟踪该电厂NID半干法脱硫灰的理化性质,并完成实验室配方开发的基础上,利用吉林某粉煤灰蒸压砖生产线的设备进行中试,并针对中试出现的问题,对配方进行优化、对生产线参数进行调整。实验采用间歇式,在完成每天掺量后,腾出一条线,每次配制2t物料。依据现有生产线的流程依次进行,砖坯成型后与当天的产品一起进入蒸压釜。具体流程图如图1所示。现有生产线参数如下:双轴搅拌1.5min;20t消化仓消化时间1.5h;轮碾时间0.5~1.0min;成型压力控制在17~21MPa,现场压机排压时间可调;蒸压压力为0.9~1.0MPa,保压6~8h。2结果与讨论2.1煤质及脱硫塔前预除尘效率除脱硫灰外,其他原料采用原生产线所用物料,其物料化学元素成分(以氧化物为代表)如表1所示。NID半干法脱硫灰的元素成分与锅炉燃煤煤质及脱硫塔前预除尘效率有很大关系,由于后期该电厂的系统改造及燃煤煤质变化较大,其NID半干法脱硫灰的元素成分发生较大变化,尤其体现在SO3含量从0%~4%增加到13%左右,这也直接导致中试时配方需要做出较大的改变。几批NID半干法脱硫灰的中位粒径如图2所示,由图中可以看出,除了个别批次外,其中位粒径在20~30μm,因此对于配方级配无需做更大调整,中沙骨料在30%~40%之间,其余为粉料。2.2在尝试中2.2.1压机参数调控30%NID半干法脱硫灰添加量的中试配方如表2所示。对于较大掺量NID半干法脱硫灰蒸压砖配方,由于NID半干法脱硫灰具有干且颗粒细的特点及实际生产线压机的适应性问题,保证NID半干法脱硫灰与其他配料混合均匀,使得成型砖料具有较好的级配和塑性在实际生产中就显得尤为重要。否则,会引起砖坯质量低,甚至难以成型,如图3所示。其影响因素包括:加水量是否适宜、搅拌效果、消化效果、轮碾效果及压机的成型参数等。(1)加水量过高,一方面可能引起生产线结垢,尤其是消化仓;另一方面会引起砖机压制时出水,无法成型。加水量过低,一方面生石灰消化不完全,砖坯蒸压过程存在爆裂风险;另一方面砖料搅拌难以均匀,砖料稀松,塑性低,难以成型。(2)搅拌、消化及轮碾时间的控制,对砖料的可压制性能有很大的影响,控制得当,成型时排气顺畅、压制效果好、砖坯密实度和强度较高,有利于产品质量。(3)砖坯成型作为关键环节之一,压机参数的调控影响砖坯的成型速度、排气效果及最终砖坯质量。因此,在中试过程中,本着这些原则对配方及生产线参数进行调控。由于砖厂采用的为多年前陈放的大坝灰(粉煤灰)作为主要原材料之一,其含水率在20%~30%左右,且易波动,这使得对配方的含水率控制更加困难。对中试配方的理论计算含水率及实际成型前含水率进行跟踪如图4所示。由图可以看出,由于大坝灰的含水率变化较大,使得有些配方的实际成型砖料含水率偏离理论成型含水率,如S825、S917、S916、S919等。各批次实验产品情况如表3所示,具体介绍如下:S824为30%NID半干法脱硫灰添加量配方,未改变生产线各参数,结果产品成型是层裂严重,码砖机甚至无法正常工作,如图3所示。这可能是由于现有生产线的各参数难以满足NID半干法脱硫灰蒸压砖配方的需求,砖料塑性不够,压机排气时间不足等原因引起。S825实验对压机参数进行调整,分别延长其一次和二次排气时间,产品的层裂现象有所改善,但仍存在不同程度的层裂,对部分完好的产品抽样检测,其干密度为1.68g/cm3,抗压强度达20.3MPa,这说明该配方的物料配比和级配存是合理的。为了保证砖料均匀性,对生产线参数进行调整(如表4所示),延长搅拌时间至3min和消化时间至2.5h,使得物料混合更均匀、消化更彻底,从而提高成型砖料的可塑性。除了S827、S917实验批次因为水量过高(13.38%)和过低(7.4%),超出液压砖机的适应范围,从而导致砖坯层裂严重、无法成型外,其层裂现象得到大大的改善。其中S916、S919和S922更是没有出现层裂现象。但是,其中S916和S919实验批次在蒸压后靠外侧的成品出现表面龟裂现象,其中S916实验批次还出现制品的强度不均。这可能与2批实验的成型含水率偏低(9.19%和9.45%),虽不影响砖坯成型,但对砖料的消化及搅拌均匀度有影响,同时不利于成型后砖坯在静停时的强度增长,从而导致在蒸压的升温过程中难以承受因升温而导致的砖坯内外温差引起的应力破坏。由此可见,对于该类型NID半干法脱硫灰用于蒸压砖的生产具有可行性,但需要注意控制配方及各工艺参数。由该次中试结果来看,保证足够的搅拌时间和消化时间,同时使成型前砖料的含水率在10.5%~12.0%之间,稍高于正常生产中利用大坝灰为主要原料的配方,这与NID半干法脱硫灰的理化性质与粉煤灰有一定差别有关。2.2.2配合物的制备40%NID半干法脱硫灰添加量的中试配方如表2所示。由于NID半干法脱硫灰细、堆密度小,本身就较难混匀,40%添加量配方利用现场双轴搅拌机难以达到较好的混匀效果,加上后期NID半干法脱硫灰理化性质又出现变化,在NID半干法脱硫灰中检测出氧化钙矿物质,这可能与锅炉燃煤和脱硫吸收剂品质有关。为了解决这两个问题,在利用30%NID半干法脱硫灰的工艺参数基础上,对NID半干法脱硫灰进行室外加湿混匀,并陈放2d,陈放前后NID半干法脱硫灰的含水率从预处理前的6.5%升到17.8%左右。由结果(表5)来看,通过NID半干法脱硫灰现场堆放预处理后,可以得到满足40%NID半干法脱硫灰添加量的配方,同时避免了蒸压过程中出现龟裂现象。产品经过15次抗冻融前后对比如表6所示,抗冻后的强度均能满足M15标准要求,强度损失都在GB50574-2010建材标准中所规定范围内。同时,产品抗冻后的质量损失为负值,意味着其抗冻后质量高于抗冻前,这说明产品强度较好,抗冻阶段并无出现产品剥落等,质量损失范围也在国家标准5%之内。3nid半干法脱硫灰蒸压砖的原料处理由结果可知,在对工艺参数进行调整及配方优化下,可以解决层裂、龟裂、强度低等问题,生产出30%N