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篇(1)

關(guān)鍵詞：煙氣脫硝；建模與仿真；辨識(shí)；電站運(yùn)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(jìn)口NO的影響，NH3的增加對(duì)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(fù)荷變化時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際運(yùn)行中，升降負(fù)荷時(shí)，需提前增大供氨量，保持氨氮比變化率在0.01以內(nèi)。并隨時(shí)監(jiān)視出口NO和NH3的排放量，防止排放超標(biāo)（該廠出口濃度大于200mg/m3即為超標(biāo)排放）。

（4）溫度與NO共同擾動(dòng)

選取機(jī)組某500MW時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的參數(shù)值。 圖7中，5s時(shí)刻，進(jìn)口NO濃度突然升高至962mg/m3，出口NO的濃度相應(yīng)的增大至68mg/m3 。 15s時(shí)刻，突然增加進(jìn)口煙氣溫度至385℃，催化效應(yīng)增加，出口NO濃度減小，直至25s處，保持溫度385℃，進(jìn)口NO濃度降至924 mg/m3。此時(shí)可見出口NO濃度減小至56 mg/m3。 變化過程和趨勢(shì)符合實(shí)際的變化。

六、結(jié)論

1依據(jù)Langmuir吸附層模型、E-R反應(yīng)機(jī)理、建立反應(yīng)器出口NO濃度變化的模型，其中未知參數(shù)采用多次辨識(shí)的方法獲得，假設(shè)KNO是一個(gè)與氨氮比變化率有關(guān)的函數(shù)，通過擬合得到關(guān)系式 。仿真過程的關(guān)鍵是確定不同階段的負(fù)荷時(shí)起始修正系數(shù) ，負(fù)荷變化時(shí)根據(jù)前后時(shí)間段氨氮比變化率乘以相應(yīng) 。模型能夠較為真實(shí)的反應(yīng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)出口NO濃度的變化趨勢(shì)和相應(yīng)數(shù)值，最大誤差控制在25%以內(nèi)。

2模型驗(yàn)證和仿真過程中，反應(yīng)溫度升高、煙氣流速降低有利于催化反應(yīng)的進(jìn)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?qū)υ撾姀S的脫硝運(yùn)行過程進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，為運(yùn)行中提供指導(dǎo)防止排放超標(biāo)：1）入口NO量（通過煤質(zhì)、負(fù)荷）、反應(yīng)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(yàn)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(yùn)行過程中，機(jī)組在550MW-660MW時(shí)，將煙氣溫度控制在375℃-385℃之間。400MW-550MW時(shí)，應(yīng)將煙氣溫度控制在365-375℃。300MW-400MW時(shí)，將煙氣溫度控制在360℃-365℃；3）控制供氨量是運(yùn)行中保證出口濃度的最主要手段。升降負(fù)荷過程中，進(jìn)口NO濃度變化較大，出口濃度變化劇烈。加入的NH3反應(yīng)有滯后性，負(fù)荷變化時(shí)，應(yīng)提前增減供氨量。確保前后5s內(nèi)氨氮比變化率控制在0.01以內(nèi)，即每分鐘供氨量的增減控制在30kg/h以內(nèi)。

參考文獻(xiàn)：

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篇(2)

關(guān)鍵詞：節(jié)能；鍋爐煙氣利用，改進(jìn)措施

論文主體：

節(jié)能是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，也是當(dāng)前一項(xiàng)極為緊迫的任務(wù)。為推動(dòng)全社會(huì)開展節(jié)能降耗，緩解能源緊張，建設(shè)節(jié)能型社會(huì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)的宏偉目標(biāo)，工業(yè)鍋爐余熱資源的利用是節(jié)約能源的重要措施，工業(yè)鍋爐排煙余熱占鍋爐熱量比重較大。

一、工業(yè)鍋爐排煙余熱的理論依據(jù)

由于工業(yè)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－h(huán)0﹞=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(huán)境溫度，℃

B______工業(yè)鍋爐燃料消耗量，kg/h﹝或m3/h﹞

Vn______單位燃料產(chǎn)生的煙氣量，kJ/m3

hy______煙氣的單位焓kJ/m3

h0______在環(huán)境溫度下煙氣的單位焓，kJ/m3

Hy、H0______煙氣在排氣溫度及環(huán)境溫度下的總焓，k J/h。

如一臺(tái)蒸發(fā)量10T/h的工業(yè)鍋爐引風(fēng)量11078M3/h，排煙溫度180℃，環(huán)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(dāng)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(jìn)、出余熱回收設(shè)備的總焓，kJ/h

Λbr______回收設(shè)備的保熱系數(shù)，

λyr______余熱回收設(shè)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(jìn)、出余熱回收設(shè)備時(shí)的溫度，℃。

當(dāng)余熱回收設(shè)備為空氣預(yù)熱器時(shí)，則可達(dá)到的空氣預(yù)熱溫度tk為

tk= tk0＋﹝VyCy﹙t＇y-t″y﹚﹞×λbr÷VkCk ﹝℃﹞

tk0_____空氣預(yù)熱器的溫度，℃

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

當(dāng)回收余熱用來產(chǎn)生熱水時(shí)，產(chǎn)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(jìn)、出口溫度，℃。

λbr麻石保熱系數(shù)1.32【2】

二、實(shí)際消耗在水膜除塵的熱量

蒸發(fā)量為10T/h的工業(yè)鍋爐，煙氣經(jīng)水膜除塵器后，水所吸收的熱量為

進(jìn)水膜除塵器前煙溫180℃，水膜除塵器后煙溫53℃，水膜除塵器進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)大氣壓下能使1公斤的純水溫度升高1℃。【3】高原地區(qū)1公斤標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所放出的熱量，比平原地區(qū)1公斤標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所放出的熱量要低【4】。

在定壓情況下【5】實(shí)際水所吸收的熱量為

Q水吸/小時(shí)=﹙t1 –t2﹚G=﹙43–22﹚×18.5 =21×18.5×1000=388500 kcal/h以5000大卡的煤計(jì)算每小時(shí)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(xiàn)在的一些工業(yè)企業(yè)對(duì)煙氣余熱都還沒進(jìn)行回收利用，主要考慮的是SO2低溫露點(diǎn)腐蝕，和換熱器安裝問題。

四、采取的預(yù)防措施

在蒸發(fā)量為10T/h的工業(yè)鍋爐，進(jìn)行煙氣余熱綜合利用實(shí)現(xiàn)節(jié)能時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。

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

1．

避開煙氣露點(diǎn)腐蝕溫度

低溫露點(diǎn)防腐蝕的一般方法是通過精心的設(shè)計(jì)，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(diǎn)溫度以上。但是，在低溫部位如空氣預(yù)熱器空氣入口處，由于操作工況的變化，也會(huì)出現(xiàn)低于露點(diǎn)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(huì)使延期露點(diǎn)溫度逐步移向附近未失效的熱管管壁處，依次發(fā)展，直至大部分熱管失效。因此，設(shè)計(jì)上避開煙氣露點(diǎn)腐蝕只能作為一般對(duì)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(diǎn)溫度20~30℃，使排煙溫度在還未降低到露點(diǎn)溫度時(shí)，已經(jīng)從預(yù)熱器中通過了。但是，排煙溫度對(duì)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(xué)性能與碳鋼相當(dāng)。

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(jìn)一步氧化形成SO3在正常的過剩空氣系數(shù)的條件下，全部SO2中有約1﹪~3﹪轉(zhuǎn)化為SO3。在高溫?zé)煔庵械腟O3氣體不腐蝕金屬，但當(dāng)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(yīng)如下。

SO3+H2OH2SO4

如在煤中加入CaCO3、MgCO3 ，SO2轉(zhuǎn)化為SO3的反應(yīng)不起催化作用，相反緩慢、抑制了反應(yīng)的進(jìn)行，【8】同時(shí)它們還會(huì)與凝結(jié)在它們表面上的硫酸發(fā)生反應(yīng)。燃料中含有相同的硫，所形成SO3的數(shù)量卻不同，產(chǎn)生的腐蝕結(jié)果也各有不同。

4、煙氣余熱回收利用實(shí)現(xiàn)節(jié)能主要是在煙氣進(jìn)入水膜除塵器前2m左右的距離內(nèi)增加煙道截面積的同時(shí)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(shí)避免增加風(fēng)機(jī)功率。

由于鍋爐給水都是用軟水，因些在進(jìn)入換熱器內(nèi)的水需從離子交換器的產(chǎn)水口供給軟水經(jīng)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(yīng)選用熱管換熱器。如果被加熱的介質(zhì)是空氣則應(yīng)選用熱管加熱鍋爐助燃空氣，提高鍋爐進(jìn)風(fēng)溫度，鍋爐進(jìn)風(fēng)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(dú)立的傳熱元件，即便是其中一根發(fā)生故障，也不會(huì)影響整個(gè)換熱器的正常工作。煙氣回收流程見后圖

五、投資與回報(bào)

投資材料一覽表

名稱

規(guī)格型號(hào)

數(shù)量

單價(jià)(元)

合計(jì)

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(fèi)

8

60

480

管子閥門

鋁塑管和閥門

50米 閥2個(gè)

4

50

350

其它

200

利潤(rùn)

30﹪

4558．8

合計(jì)

19754。8

回報(bào)

10T/h的工業(yè)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(dá)90﹪，而采用換熱器時(shí)它只能達(dá)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(zhuǎn)貼于 ，當(dāng)?shù)?000kcal的煤價(jià)490元/噸，鍋爐每天運(yùn)行20小時(shí)每年運(yùn)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(yùn)行519天就可收回全部投資，采用煙氣余熱回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能，具有重大的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

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云南省經(jīng)濟(jì)委員會(huì)昆明理工大學(xué)編

篇(3)

關(guān)鍵字 鍋爐;關(guān)鍵環(huán)節(jié);自動(dòng)調(diào)節(jié)

中圖分類號(hào)TK229.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708(2010)20-0044-02

鍋爐是將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)變成其它工質(zhì)熱能,生產(chǎn)規(guī)定參數(shù)和品質(zhì)的工質(zhì)的設(shè)備。工業(yè)燃煤鍋爐是重要的熱能和動(dòng)力設(shè)備,也是能源耗費(fèi)大戶,現(xiàn)階段我國(guó)仍是世界上燃煤鍋爐擁有量和使用量最多的國(guó)家,每年燃煤需求量將近全國(guó)的1/3,如何提高鍋爐熱效率,提高燃燒的經(jīng)濟(jì)性仍是鍋爐運(yùn)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(chǎn)生熱量的部分稱為爐。汽鍋是鍋爐的汽水系統(tǒng),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(shè)備組成。爐子是鍋爐的燃燒系統(tǒng),大型鍋爐的爐子由爐膛、燃燒器、煙道、空氣預(yù)熱器等組成。

1 燃煤鍋爐的工作過程

原煤送入磨煤機(jī)磨制成煤粉,外界冷空氣進(jìn)入鍋爐尾部煙道的空氣預(yù)熱器中,被煙氣加熱成為熱空氣進(jìn)入熱風(fēng)管道。一部分熱空氣是輸送煤粉的介質(zhì),對(duì)煤進(jìn)行加熱和干燥,另一部分熱空氣直接經(jīng)燃燒器進(jìn)入爐膛參與煤粉的燃燒。從磨煤機(jī)排出的煤粉和空氣的混合物經(jīng)燃燒器進(jìn)入爐膛內(nèi)燃燒。煤粉在爐膛內(nèi)迅速燃燒放熱,使?fàn)t膛火焰中心的溫度急劇升高。爐膛內(nèi)的水冷壁和頂棚過熱器等是爐膛的輻射受熱面,其內(nèi)部的工質(zhì)在吸收爐膛的輻射熱的同時(shí),降低火焰溫度以及保護(hù)爐墻。高溫?zé)煔饨?jīng)爐膛上部出口離開爐膛進(jìn)入水平煙道,與布置在水平煙道的過熱器進(jìn)行熱量交換,然后進(jìn)入尾部煙道,并與再熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等受熱面進(jìn)行熱量交換,使煙氣不斷放出熱量而逐漸冷卻下來,低溫?zé)煔庠俳?jīng)過除塵器除去大量的飛灰,最后只有少量的細(xì)微灰粒隨煙氣由引風(fēng)機(jī)送入煙囪排入大氣。由給水泵送向鍋爐的給水,經(jīng)過高壓加熱器加熱后進(jìn)入省煤器,吸收鍋爐尾部煙氣的熱量后進(jìn)入汽包,并通過下降管引入水冷壁下聯(lián)箱再分配給各個(gè)水冷壁管。水在水冷壁中吸收高溫輻射熱,使部分水蒸發(fā)變成飽和蒸汽,從而在水冷壁內(nèi)形成了汽水混合物。汽水混合物向上流動(dòng)并進(jìn)入汽包,通過汽包中的汽水分離裝置進(jìn)行汽水分離,分離出來的水繼續(xù)循環(huán),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(gè)工作過程。

2 燃煤鍋爐運(yùn)行中的自動(dòng)調(diào)節(jié)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(shù)。蒸汽壓力必須維持在正常范圍內(nèi),過高或過低都會(huì)影響鍋爐負(fù)荷設(shè)備以及金屬導(dǎo)管。若壓力太低,則不能夠提供設(shè)備要求的蒸汽品質(zhì),若壓力過高,金屬的蠕變會(huì)加速。鍋爐運(yùn)行工況中,蒸汽壓力降低,表示負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量大于鍋爐的蒸發(fā)量,否則,表明負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量比鍋爐的蒸發(fā)量小?？刂普羝麎毫κ蔷S持負(fù)荷設(shè)備正常工作的前提,也是經(jīng)濟(jì)燃燒的保障。熱平衡的失調(diào)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(nèi)擾和外擾兩種擾動(dòng)則分別是由燃燒熱和蒸汽熱的波動(dòng)而引起的,為弱化這兩種擾動(dòng)對(duì)蒸汽壓力的影響,在各個(gè)基本的單爐蒸汽壓力控制系統(tǒng)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(tài),同時(shí)要依據(jù)蒸汽壓力和壓力給定值之間的偏差來調(diào)節(jié)燃料量用以控制蒸汽壓力的增減?？稍O(shè)計(jì)帶前饋的串級(jí)PID控制模式實(shí)現(xiàn),主環(huán)壓力控制根據(jù)蒸汽壓力與設(shè)定值的偏差來調(diào)節(jié)燃料量以保證壓力的穩(wěn)定,副環(huán)燃料控制器根據(jù)主環(huán)輸出與前饋信號(hào)的合成指令去控制進(jìn)入鍋爐的原煤,克服煤料波動(dòng),使壓力能夠保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

2.2 燃燒經(jīng)濟(jì)性控制

空氣和燃料維持適當(dāng)?shù)谋壤兄谔岣咤仩t的效率和經(jīng)濟(jì)性,實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒最佳工況。否則,將會(huì)增加熱量損失,污染環(huán)境、降低經(jīng)濟(jì)型。傳統(tǒng)的采用氧量計(jì)的燃燒控制系統(tǒng)的鍋爐設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的被控對(duì)象。風(fēng)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(tǒng)PID控制模式因其特性直觀,控制迅速,將風(fēng)煤比簡(jiǎn)化視為負(fù)荷的單一函數(shù)并近視擬合為比值關(guān)系,在工業(yè)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中廣泛使用,但因在不同的負(fù)荷下,合適的過?？諝饴首兓^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(dá)到最佳的燃燒狀態(tài)。另外,對(duì)于由不同的煤種和煤粉特性、爐排轉(zhuǎn)速、煤層厚度不均勻等原因引起的燃料方面的擾動(dòng),其最佳過剩空氣率也會(huì)有較大變化,單純的PID控制對(duì)于經(jīng)濟(jì)燃燒的實(shí)現(xiàn)無能為力。采用固定風(fēng)煤比加變氧量校正的方案,可通過風(fēng)煤比曲線粗調(diào)給風(fēng)量,然后由煙氣中含氧量加以校正,由于不同負(fù)荷下的過?？諝庀禂?shù)有所不同,采用變氧量校正方案有效克服傳統(tǒng)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(tǒng)。

2.3 爐膛燃燒負(fù)壓控制

正常運(yùn)行的鍋爐,爐膛負(fù)壓需保持在規(guī)定范圍內(nèi)。爐膛的負(fù)壓必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié),以促其正常和穩(wěn)定。因?yàn)樨?fù)壓過大會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重漏風(fēng)現(xiàn)象,增加總風(fēng)量,同時(shí)會(huì)增加煙氣熱量的損失和引風(fēng)機(jī)的電能損耗,背離經(jīng)濟(jì)燃燒的原則;負(fù)壓如果偏正,會(huì)產(chǎn)生爐膛的向外噴火現(xiàn)象,不利于環(huán)境,影響安全生產(chǎn)。

2.4 汽包水位的控制

水位控制常見的問題是“虛假水位”現(xiàn)象,即當(dāng)鍋爐的蒸汽負(fù)荷突然加大時(shí),給水量小于蒸發(fā)量,從汽包貯水量的角度來講,汽包的水位應(yīng)該是下降的,恰恰相反的是,蒸汽負(fù)荷增加時(shí),蒸發(fā)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(nèi)的汽壓下降,爐水的沸點(diǎn)降低,這使?fàn)t管和汽包內(nèi)的汽水混合物中的汽容積增加,形成體積膨脹,產(chǎn)生了汽包的水位上升。在鍋爐的自動(dòng)控制中,為了克服這種現(xiàn)象,可以設(shè)計(jì)三沖量控制系統(tǒng),以汽包水位為主調(diào)節(jié)信號(hào),蒸汽流量為前饋信號(hào),給水流量為副調(diào)節(jié)信號(hào)的前饋加串級(jí)PID控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳明永.工業(yè)鍋爐控制策略研究與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].中國(guó) 優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù),2009(11).

篇(4)

關(guān)鍵詞：鋁電解煙氣凈化系統(tǒng)；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(hào)：TM535+.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

鋁電解廠在生產(chǎn)過程中,產(chǎn)生大量的含氟煙氣,而氟化鹽高溫時(shí)與水分發(fā)生水解反應(yīng)后產(chǎn)生的氟化氫氣體，其是有害氣體，污染環(huán)境。因此，鋁電解企業(yè)在生產(chǎn)過程中其凈化處理是鋁電解企業(yè)的重要環(huán)保課題。目前,國(guó)內(nèi)外均采用干法凈化技術(shù)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(shù)能夠以較低的反應(yīng)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(tǒng)凈化效率,能有效減少煙氣中有害物的有組織排放減少對(duì)環(huán)境的污染。采用生產(chǎn)原料氧化鋁吸附含有氟化氫煙氣的干法凈化技術(shù)是一種高效、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)成熟的煙氣凈化技術(shù)，使長(zhǎng)期困擾我國(guó)鋁電解工業(yè)的煙氣污染問題基本得到解決.

1.鋁電解煙氣凈化系統(tǒng)的意義

我國(guó)電解鋁工業(yè)已躋身于世界電解鋁工業(yè)先進(jìn)行列,但環(huán)保治理設(shè)施難以穩(wěn)定高效運(yùn)行,不可避免存在著污染物異常生產(chǎn)的情況。而電解煙氣凈化系統(tǒng)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(chǎn)噸鋁氟化鹽單耗，降低生產(chǎn)成本，提高電解煙氣凈化系統(tǒng)凈化效率,又能減少電解鋁生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)電解鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展,必須提高工藝技術(shù)清潔生產(chǎn)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(huán)境污染，符合當(dāng)前企業(yè)“節(jié)能、環(huán)保、高效”的發(fā)展要求。所以，對(duì)鋁電解煙氣中的有害物質(zhì)，必須經(jīng)凈化系統(tǒng)處理，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)后方可排放。

2.影響煙氣凈化系統(tǒng)集氣效率的因素

2. 1凈化系統(tǒng)的煙氣流程

電解槽產(chǎn)生的含氟煙氣主要是通過電解車間天窗和煙氣凈化系統(tǒng)煙囪兩條途徑排放。而對(duì)于電解槽煙氣中污染物的控制是總量的控制,即電解槽產(chǎn)生的含氟含塵煙氣，在凈化系統(tǒng)主排煙機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓作用下，由電解槽集氣罩收集經(jīng)電解槽支煙管進(jìn)入主煙管，到達(dá)水平排煙總管，進(jìn)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(tǒng)加入的新鮮氧化鋁充分混合發(fā)生吸附反應(yīng),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(duì)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(dòng)的煙氣布袋除塵器進(jìn)行沸騰狀混合，載氟氧化鋁和凈氣通過脈沖布袋除塵器進(jìn)行氣固分離，分離后的載氟氧化鋁通過風(fēng)動(dòng)溜槽，一部分進(jìn)入氣力提升機(jī)，提升至載氟氧化鋁貯倉(cāng)，通過超濃相（濃相）輸送系統(tǒng)供電解生產(chǎn)使用。一部分進(jìn)入地下煙道與煙氣進(jìn)行第二次吸附反應(yīng)。

2. 2 影響凈化系統(tǒng)集氣效率的因素

凈化系統(tǒng)煙氣的捕集從電解槽集氣罩開始，到凈化系統(tǒng)的地下煙道，是影響凈化系統(tǒng)集氣效率的主要因素。而鋁電解煙氣凈化系統(tǒng)的集氣效率是指由凈化系統(tǒng)所收集到的煙氣量占電解槽所產(chǎn)生的煙氣總量的百分比。由于電解煙氣凈化系統(tǒng)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，集氣效率的高低不僅與電解煙氣的捕集有關(guān)，而且與凈化系統(tǒng)的正常運(yùn)行、電解作業(yè)有著密切的聯(lián)系，因此，影響凈化系統(tǒng)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(tǒng)布局的影響，電解槽支煙管調(diào)節(jié)閥門開啟角度的影響，凈化系統(tǒng)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(guó)內(nèi)煙氣凈化技術(shù)現(xiàn)狀

長(zhǎng)期以來,“重工藝、輕環(huán)?！钡南敕ㄔ陔娊怃X行業(yè)普遍存在,盡管近年來，我國(guó)電解鋁技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，鋁電解生產(chǎn)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,但對(duì)污染控制、煙氣治理技術(shù)的研究卻相對(duì)滯后。目前原鋁電解煙氣凈化系統(tǒng)存在一些主要問題，少數(shù)鋁冶煉企業(yè)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(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷大，運(yùn)行效率低下,凈化指標(biāo)達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格,雖然我國(guó)的新標(biāo)準(zhǔn)還與國(guó)際主要鋁生產(chǎn)國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差距，但逐步向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靠攏的趨勢(shì)及要求逐步顯現(xiàn)。目前,我國(guó)較為先進(jìn)的電解鋁企業(yè),絕大部分均采用干法凈化技術(shù)進(jìn)行煙氣治理,從而使煙氣排放達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

4.提高鋁電解煙氣凈化系統(tǒng)集氣效率的途徑

4.1加強(qiáng)對(duì)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(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)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(jī)會(huì),或在電解槽不停產(chǎn)的情況下，清理集氣罩內(nèi)的積灰,除此之外，也要對(duì)槽蓋板破損的要及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)或更換；對(duì)相鄰槽蓋板間的縫隙用石棉布進(jìn)行密封；通過制定電解槽作業(yè)規(guī)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(qiáng)對(duì)槽上部結(jié)構(gòu)水平罩與陽(yáng)極導(dǎo)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(shí)調(diào)量，杜絕料箱冒料現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2合理控制電解槽支煙管閥門的開啟角度，確保每臺(tái)電解槽所需的負(fù)壓

電解廠房中的支煙管道閥門要定期調(diào)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(yuǎn)到近,按照一定的比例逐步減小支煙管調(diào)節(jié)閥門的開啟角度,最終系統(tǒng)中首段電解槽支煙管閥門開啟角度最小，在調(diào)節(jié)過程中要保證所有電解槽集氣罩內(nèi)負(fù)壓均衡，保持在同一個(gè)水平線上。同時(shí)在停槽時(shí)要將槽蓋板蓋嚴(yán)實(shí)，要保證整個(gè)系統(tǒng)的密閉，以減少系統(tǒng)的泄漏，控制漏風(fēng)率在設(shè)計(jì)值 10%的范圍之內(nèi)。

4.3確保凈化系統(tǒng)正常運(yùn)行，為電解槽煙氣的捕集提高足量的風(fēng)量和負(fù)壓

由于電解槽煙氣捕集所需的風(fēng)量和負(fù)壓由凈化系統(tǒng)的主排煙機(jī)提供，而凈化系統(tǒng)不能正常運(yùn)行時(shí)，大量氧化鋁進(jìn)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(tǒng)的集氣效率，必須合理設(shè)計(jì)超濃相輸送系統(tǒng)的排風(fēng)系統(tǒng)和確定輸送系統(tǒng)風(fēng)壓，從而確保排煙機(jī)的正常運(yùn)行。也可以通過合理開啟排煙機(jī)閥門，保證凈化系統(tǒng)集氣所需風(fēng)量；確保除塵器和清灰系統(tǒng)正常工作，降低布袋除塵器的阻力，提高凈化系統(tǒng)的載氟煙氣壓力。

5.結(jié)語(yǔ)

隨著鋁電解槽型日益大型化發(fā)展，環(huán)境污染成為一個(gè)嚴(yán)重的問題，人們對(duì)環(huán)保意識(shí)也越來越強(qiáng)，國(guó)家及各生產(chǎn)單位對(duì)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(duì)煙氣凈化進(jìn)行深入的研究,認(rèn)真實(shí)踐,才能減少電解鋁生產(chǎn)噸鋁氟化鹽單耗，降低生產(chǎn)成本，又能減少電解鋁生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)電解鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展,必須提高工藝技術(shù)清潔生產(chǎn)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(huán)境污染，才能保證凈化效果，實(shí)現(xiàn)電解鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉業(yè)翔.世紀(jì)之交國(guó)際鋁工業(yè)動(dòng)態(tài)及發(fā)展亮點(diǎn)[].全國(guó)鋁工業(yè)新技術(shù)推廣應(yīng)用既交流展示會(huì)論文集,2009,11.

[2]鄧翔,呂維寧.提高鋁電解煙氣凈化效率的探討〔J〕.輕金屬.2006,11,75~77.

[3] 胡傳鼎.通風(fēng)除塵設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2010.

篇(5)

論文摘要:介紹邯鋼西區(qū)燒結(jié)雙壓余熱鍋爐及雙壓補(bǔ)汽式汽輪機(jī)余熱發(fā)電技術(shù)，此發(fā)電技術(shù)不需要消耗一次能源，不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其它有害氣體;且大幅度減少環(huán)冷機(jī)對(duì)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(huán)境的多重意義。

前言

在鋼鐵生產(chǎn)過程中，燒結(jié)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(jié)工序總能耗中，有近50%的熱能以燒結(jié)機(jī)煙氣和冷卻機(jī)廢氣的顯熱形式排入大氣。由于燒結(jié)環(huán)冷機(jī)廢氣的溫度不高，僅150~450℃，加上以前余熱回收技術(shù)的局限，余熱回收項(xiàng)目往往給人以“造價(jià)高，發(fā)電少，回收年限長(zhǎng)”的印象，長(zhǎng)期以來被人們忽略遺忘。

1、邯鋼燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收班義

環(huán)冷機(jī)余熱的回收，是通過環(huán)冷煙氣低溫余熱鍋爐回收煙氣的低品味余熱能源，結(jié)合低溫余熱發(fā)電技術(shù)，用余熱鍋爐的過熱蒸汽來推動(dòng)低參數(shù)的汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電的最新成套技術(shù);其與火力發(fā)電相比，不需要消耗一次能源，不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其它有害氣體;它是當(dāng)前工業(yè)企業(yè)節(jié)能和環(huán)保要求下的必然趨勢(shì)和產(chǎn)物，具有充分利用低溫廢氣、變廢為寶、凈化環(huán)境的多重意義。具體來講環(huán)冷余熱回收的意義體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:

1)利用燒結(jié)環(huán)冷機(jī)煙氣余熱發(fā)電，部分代替來自電網(wǎng)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(jié)工序能耗，促進(jìn)資源節(jié)約，降低邯鋼的單位產(chǎn)值的能耗，增加企業(yè)的效益;

3)有利于企業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，減少當(dāng)?shù)赜沙Ｒ?guī)火電廠帶來的S02， NOX、粉塵之類的大氣污染物，有助于改善當(dāng)?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu)，提高能源安全。

2、邯鋼新區(qū)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)

邯鄲鋼鐵廠邯鋼新區(qū)2條燒結(jié)生產(chǎn)線，每條燒結(jié)生產(chǎn)線配置1臺(tái)360m2燒結(jié)機(jī)和1臺(tái)415m2環(huán)冷機(jī)。每臺(tái)環(huán)冷機(jī)配置5臺(tái)相同的鼓風(fēng)機(jī)，每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量為45. 3~48. 4X 104Nm3/h，風(fēng)壓約為3648~-4070Pa，上述鼓風(fēng)機(jī)的送風(fēng)穿透環(huán)冷機(jī)上礦料料層，礦料被冷卻到150~200℃后送入下一道工序;冷風(fēng)和礦料換熱后變?yōu)?50~150℃的熱煙氣，分別排向大氣，上述熱煙氣中含有的一定數(shù)量的礦物粉塵也隨之排向空中。為利用鋼鐵廠燒結(jié)環(huán)冷機(jī)所產(chǎn)生的廢氣的顯熱，邯鋼新區(qū)燒結(jié)配置2套68t/h雙壓低溫余熱鍋爐，和1套25MW低溫補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，將廢氣通過余熱鍋爐回收熱量而產(chǎn)生的過熱蒸汽，用于汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

2. 1燒結(jié)環(huán)冷機(jī)煙氣系統(tǒng)。燒結(jié)環(huán)冷機(jī)原有22個(gè)相通的風(fēng)室，燒結(jié)余熱發(fā)電工藝將其1 # ~5#風(fēng)室(對(duì)應(yīng)1#風(fēng)機(jī))和6 #~10#風(fēng)室(對(duì)應(yīng)2#風(fēng)機(jī))的煙氣收集起來，分別從通過煙氣系統(tǒng)的1#和2#煙道進(jìn)入余熱鍋爐，作為余熱鍋爐的熱量來源。

在1#風(fēng)機(jī)范圍內(nèi)的排氣煙道上設(shè)置1座沖擊擋板沉降式除塵器，1#和2#鼓風(fēng)機(jī)范圍內(nèi)煙氣共用1臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)(液力偶合器調(diào)速)和1座備用排空煙囪，并在每套余熱鍋爐的煙氣系統(tǒng)上分別設(shè)置3套三通擋板門，以利于余熱回收系統(tǒng)故障時(shí)隨時(shí)隔離余熱回收系統(tǒng)，保證燒結(jié)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

循環(huán)風(fēng)機(jī)出口風(fēng)(I#， 2#環(huán)冷風(fēng)機(jī)作備用)通過環(huán)冷機(jī)被加熱到4000C左右后，分別通過擋板門引入到余熱鍋爐，(當(dāng)余熱爐故障時(shí)擋板風(fēng)門可切換到排空)，1#， 2#被加熱的煙風(fēng)在進(jìn)入余熱爐之前先以簡(jiǎn)易擋板式除塵器簡(jiǎn)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(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)通過閘板門再次進(jìn)入環(huán)冷機(jī)，當(dāng)余熱爐故障時(shí)閘板門關(guān)閉，環(huán)冷機(jī)需要的冷卻風(fēng)仍從原1#. 2#環(huán)冷風(fēng)機(jī)入口。

循環(huán)風(fēng)機(jī)入口前需要再補(bǔ)充15%的冷風(fēng)進(jìn)入，以使進(jìn)入環(huán)冷風(fēng)的風(fēng)量能達(dá)到原來的數(shù)值。

2. 2燒結(jié)余熱發(fā)電工藝參數(shù):邯鋼新區(qū)燒結(jié)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(dāng)鍋爐進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，煙氣水平流向鍋爐頂部的入口轉(zhuǎn)角煙道，依次流經(jīng)本體各受熱面，經(jīng)換熱后的煙氣從鍋爐底部排出。

本鍋爐的汽水系統(tǒng)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(jié)水)經(jīng)各自的給水操縱臺(tái)進(jìn)入省煤器加熱后，接近飽和溫度的水進(jìn)入鍋筒，鍋筒內(nèi)的水經(jīng)下降管進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)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(nèi)進(jìn)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(nèi)被加熱成過熱蒸汽，然后經(jīng)減溫器調(diào)溫，達(dá)到規(guī)定的蒸汽溫度后，經(jīng)主汽管送入汽輪機(jī)。

3、燒結(jié)余熱發(fā)電環(huán)保節(jié)能效益

燒結(jié)冷卻風(fēng)機(jī)目前共有10臺(tái)，按以前工藝流程，廢氣均不經(jīng)處理，直接向大氣排放。燒結(jié)余熱發(fā)電工藝的廢煙氣排放由開式改為閉式，進(jìn)入余熱爐的煙塵原則上不排放，燒結(jié)余熱發(fā)電工藝上馬后，每臺(tái)每小時(shí)可減排7. 7t/h，按年運(yùn)行8000小時(shí)計(jì)算，2套燒結(jié)機(jī)每年可減排12. 32萬t煙塵。

燒結(jié)余熱發(fā)電工藝為了減少循環(huán)風(fēng)機(jī)的的磨損，環(huán)冷機(jī)排出的冷卻風(fēng)進(jìn)入了循環(huán)風(fēng)機(jī)前均進(jìn)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(jì)算，2臺(tái)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(jié)余熱發(fā)電工藝兵.如下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

1)燒結(jié)余熱發(fā)電工藝采用環(huán)冷機(jī)廢煙氣余熱回收發(fā)電，不但不需要消耗任何化石燃料，而且邯鋼集團(tuán)燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱發(fā)電工程大幅度減少環(huán)冷機(jī)對(duì)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(jìn)環(huán)冷機(jī)循環(huán)利用，一方面提高了鍋爐的進(jìn)口煙溫，增大了鍋爐的蒸發(fā)量，增加了汽輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量:另一方面阻止了環(huán)冷廢氣中礦塵的向空排放，對(duì)環(huán)境保護(hù)起到重要作用。

3)余熱利用煙氣系統(tǒng)帶100%旁路系統(tǒng)，若余熱鍋爐發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)可快速的啟動(dòng)原1#， 2#環(huán)冷風(fēng)機(jī)，同時(shí)關(guān)閉煙囪上煙氣切換擋板門，切換到原有工況下運(yùn)行，充分保證燒結(jié)主工藝的安全和正常運(yùn)行。

篇(6)

關(guān)鍵詞：燒結(jié)機(jī)；煙氣脫硫；SD-FGD；

1 前言

我國(guó)“十一五”規(guī)劃綱要明確提出：要建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，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(biāo)。當(dāng)前，SO2的減排呼聲最高，壓力最大。鋼鐵企業(yè)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(jié)機(jī)的燒結(jié)過程及冷卻機(jī)的冷卻過程，SO2 主要來自燒結(jié)機(jī)頭煙氣。而燒結(jié)機(jī)頭煙氣中SO2 仍然采用煙囪高空排放，如果不對(duì)這些污染源加以控制，勢(shì)必造成污染物的肆意排放，仍然會(huì)嚴(yán)重污染廠區(qū)環(huán)境，影響正常的生產(chǎn)，危害職工身體健康。

本文以濟(jì)鋼鑄管集團(tuán)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(shù)。

2 工程概述

2.1 工程簡(jiǎn)述

濟(jì)鋼鑄管公司現(xiàn)有兩臺(tái)52m2燒結(jié)機(jī)，燒結(jié)機(jī)工藝設(shè)計(jì)分為兩條主抽風(fēng)煙道，配備有多管除塵器，排放煙氣含塵濃度

2.2 燒結(jié)機(jī)煙氣的特點(diǎn)

（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(zhì)等組成，一般濃度達(dá)10g/Nm3。

（3）含濕量大。為了提高燒結(jié)混合料的透氣性，混合料在燒結(jié)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(jì)算，水分含量在10%左右。

（4）含有腐蝕性氣體。高爐煤氣點(diǎn)火及混合料的燒結(jié)成型過程，均產(chǎn)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(jù)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(yè)的二噁英排放居世界第2位，僅次于垃圾焚燒行業(yè)。

3 燒結(jié)機(jī)脫硫技術(shù)

3.1 脫硫工藝的選擇

目前國(guó)內(nèi)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(shù)主要有電除塵、機(jī)械除塵、過濾式除塵等，根據(jù)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(jié)機(jī)新上的脫硫系統(tǒng)采用的是密相干塔工藝，即干法脫硫，除塵系統(tǒng)采用的是電除塵器；2007年福建三鋼的180m2燒結(jié)機(jī)脫硫采用的是循環(huán)流化床干法脫硫，除塵系統(tǒng)采用布袋除塵器；2008年5月梅鋼180m2燒結(jié)機(jī)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(jié)機(jī)采用的是氣固再循環(huán)半干法脫硫，除塵系統(tǒng)為布袋除塵器。

由于燒結(jié)煙氣具有前述的特點(diǎn)，必須采用適合燒結(jié)煙氣特點(diǎn)的煙氣凈化裝置；而且應(yīng)具有脫硫效率高、投資運(yùn)行費(fèi)用低、可靠性高、占地面積小、無廢水產(chǎn)生、副產(chǎn)物易處理等特點(diǎn)。山東球墨鑄鐵管有限公司所提供場(chǎng)地面積較小，因次對(duì)工藝的選擇必須考慮到系統(tǒng)占地面積等因素，在本項(xiàng)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(yè)的煙氣具有粉塵細(xì)，易黏附結(jié)垢的特點(diǎn)，而濕式除塵器利用水與含塵氣體作用，在凈化粉塵的同時(shí)，具有凈化有毒氣體的作用，且設(shè)備體積較小、投資較省，考慮到現(xiàn)場(chǎng)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(xì)塵粒，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，而且還能用于除霧、降溫等方面，符合燒結(jié)機(jī)煙氣的特點(diǎn)，因此在本項(xiàng)目中我們選擇了文丘里管濕式除塵法。

除塵射流器應(yīng)用原理是依據(jù)文丘里原理開發(fā)出的一種產(chǎn)品，文丘里除塵的工作原理是靠高速運(yùn)動(dòng)的氣流及流經(jīng)的管道截面發(fā)生變化，使氣溶膠與洗滌液或吸收液在高速氣流中發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)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(yè)（株）和歌山製鉄所環(huán)境部合作，結(jié)合我國(guó)冶金行業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)日本及歐洲冶金行業(yè)的脫硫成熟技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)與消化吸收。共同開發(fā)出了SD-FGD系列噴射旋流曝氣脫硫塔。該設(shè)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(guó)內(nèi)處于先進(jìn)水平該技術(shù)在日本冶金行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。該技術(shù)吸取了我公司在濟(jì)南庚辰鋼鐵有限公司24平米燒結(jié)機(jī)應(yīng)用石灰石法脫硫工藝中的不足，解決了塔內(nèi)及管道結(jié)垢缺陷，解決了出風(fēng)含水量大的問題。我公司針對(duì)山東球墨鑄鐵管有限公司實(shí)際情況，對(duì)52平米燒結(jié)機(jī)進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，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(zhì)好、脫硫除塵效率高、液氣比小、裝置內(nèi)無活動(dòng)部件、工程造價(jià)低、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。

本系統(tǒng)主要包括除塵系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、脫硫液循環(huán)系統(tǒng)、除塵液循環(huán)系統(tǒng)。

4、 設(shè)計(jì)參數(shù)

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(zhǎng)度L0=1.6m

（4）.收縮管的進(jìn)氣截面積A1=7.6m2

（5）.收縮管的進(jìn)氣端直徑D1=3.2m

（6）.收縮管的長(zhǎng)度L1=2.3m

（7）.漸擴(kuò)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(yīng)主要是將SO32-和CaSO3氧化，而H++SO32-（HSO3-，故系統(tǒng)pH的高低也決定著氧化反應(yīng)發(fā)生的程度。

對(duì)于脫硫效果來講，塔進(jìn)口pH越高，吸收液脫硫能力也就越強(qiáng)。但pH過高后，可能會(huì)增加系統(tǒng)中Ca2+的濃度，從而增加系統(tǒng)中CaSO4的過飽和度，引起系統(tǒng)的結(jié)垢和堵塞。為了防止系統(tǒng)的結(jié)垢和堵塞，下面對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行各個(gè)階段的pH進(jìn)行研究。

圖1 清液池pH與再生池pH變化規(guī)律

圖2 混漿池pH=11時(shí)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(yùn)行還是高pH運(yùn)行，再生液的pH都會(huì)升高。當(dāng)?shù)蚿H運(yùn)行時(shí)，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(shí)，再生液pH上升趨勢(shì)才趨于平緩，此時(shí)再生液的pH也接近于7。高pH運(yùn)行時(shí)，塔出口pH較高，隨著清液池pH值升高，再生液pH繼續(xù)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(qiáng)脫硫液的脫硫效率，但一方面增加了系統(tǒng)的運(yùn)行花費(fèi)，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(tǒng)結(jié)垢和堵塞。

4.3 脫硫液循環(huán)系統(tǒng)

脫硫液與煙氣接觸反應(yīng)后，經(jīng)塔體底部水封口由排水溝流入循環(huán)水池，循環(huán)水池由再生反應(yīng)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(jìn)入再生反應(yīng)池，與石灰漿液發(fā)生再生反應(yīng)，然后進(jìn)入氧化池，通過攪拌并鼓入空氣將水池中的CaSO3氧化為CaSO4，經(jīng)沉淀后的池底濃漿由濃漿泵將CaSO4抽出，送到板框壓濾機(jī)，制成脫硫渣濾餅綜合利用或拋棄，濾液流到循環(huán)水池。在清水池旁設(shè)有pH值檢測(cè)儀，并補(bǔ)充NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH值后，由循環(huán)水泵抽送到脫硫裝置進(jìn)行脫硫。

4.4 除塵液循環(huán)系統(tǒng)

除塵液與燒結(jié)煙氣接觸后，經(jīng)管道流到后面的慣性分離器，固液分離后，除塵液經(jīng)底部水封口流入循環(huán)池，循環(huán)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(jìn)入泥漿池沉淀，停留一段時(shí)間后，上清液進(jìn)入清液池，由循環(huán)水泵抽送到除塵裝置進(jìn)行除塵；池底泥漿則由濃漿泵抽送到板框壓濾機(jī)，壓縮脫水后，定期由運(yùn)渣車外運(yùn)。

以上四個(gè)單元是本系統(tǒng)的主要單元，除此之外，本系統(tǒng)還包括脫硫劑制備系統(tǒng)及電氣和自控系統(tǒng)等。

4.5 SD-FGD曝氣脫硫塔原理

應(yīng)用文丘里除塵、慣性分離等原理設(shè)計(jì)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(nèi)安裝有若干層高負(fù)荷旋流裝置和高效除霧裝置。脫硫工作時(shí)，煙氣由塔底切向進(jìn)入，形成旋轉(zhuǎn)氣流上升，煙氣通過塔板旋流葉片的導(dǎo)向作用使煙氣呈旋轉(zhuǎn)上升。經(jīng)二次擴(kuò)散，使得氣體里所含的二氧化硫散發(fā)，并與上部?jī)蓪訃娏艿拿摿驖{液充分接觸，從而增大氣液間的接觸面積；液滴被氣流帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力強(qiáng)化氣液間的接觸，最后液滴被甩到塔壁上沿壁流下，經(jīng)過溢流裝置到下層塔板上，再次被氣流霧化而進(jìn)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(fù)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(dá)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(yōu)于常用的旋流板塔。

由于裝置內(nèi)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(jìn)入射流器，由于有降塵水及煙塵里有燒結(jié)機(jī)煙塵帶出來的氧化鈣，可以作為一級(jí)脫硫處理，效率在30%左右。在旋流脫硫塔內(nèi)進(jìn)行二級(jí)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(chǎng)地面積較小，該系統(tǒng)整體的設(shè)備與管路布局不夠理想，造成系統(tǒng)阻力稍大。另外由于工程指標(biāo)要求該技術(shù)沒有涉及到脫硝的內(nèi)容，以后的應(yīng)用中將逐步完善技術(shù)，使其應(yīng)用范圍更加廣泛。

6 結(jié)論

1. 在鋼鐵行業(yè)燒結(jié)機(jī)脫硫塔主體材料采用玻璃鋼塔為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。脫硫塔采用玻璃鋼整體制造，密封性能好，無跑冒滴漏現(xiàn)象，耐腐蝕性比其它材料強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)達(dá)25年不用維護(hù)。

2.該工藝采用的兩段法工藝，在預(yù)處理部分采用的除塵液為高爐沖渣水，該水呈堿性，除對(duì)煙氣的潤(rùn)濕作用外也提高了對(duì)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(chuàng)的噴射旋流曝氣脫硫塔（SD-FGD），塔底部設(shè)有導(dǎo)氣旋流裝置，使煙氣在塔內(nèi)流動(dòng)均勻，并且通過控制脫硫塔進(jìn)口的pH值解決了塔內(nèi)的結(jié)垢問題。

參考文獻(xiàn)：

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19（1）：53-54.

篇(7)

關(guān)鍵詞:廢棄物;脫硫石膏;合理利用;發(fā)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(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的今天,環(huán)境污染已成為世界各國(guó)共同面臨的一項(xiàng)重大問題,各國(guó)對(duì)環(huán)保日益重視。據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)道:全球每年來自熱電廠和供暖設(shè)備的S02高達(dá)2億噸,已成為空氣的重要污染物。然而,根據(jù)我國(guó)能源現(xiàn)狀分析,以煤電為主(占總發(fā)電量的80 %)的電力格局在短時(shí)期內(nèi)難以改變[1],預(yù)計(jì)2010年S02排放量將高達(dá) 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(guó)主要社會(huì)問題之一。為解決該問題,政府相繼出臺(tái)了一系列規(guī)定,嚴(yán)格限制S02的排放。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)90%的S02源于熱電廠。而隨著煙氣脫硫系統(tǒng)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(shí),卻又形成了大量的煙氣脫硫廢棄物――脫硫石膏。預(yù)計(jì)未來幾年我國(guó)石膏的年產(chǎn)量將達(dá)850萬噸[3]。大量的脫硫石膏,如果不合理開發(fā)利用,不但占用大量土地資源而且還會(huì)污染環(huán)境,將形成嚴(yán)重的二次污染。因此,如何合理利用脫硫石膏將成為現(xiàn)階段一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容。

21世紀(jì)是綠色物流時(shí)代,在減少物流對(duì)環(huán)境造成危害的同時(shí),實(shí)現(xiàn)對(duì)物流環(huán)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(tǒng),加強(qiáng)對(duì)廢棄物物流的管理和控制[4]。盡管我國(guó)目前已采取相應(yīng)措施對(duì)廢棄物進(jìn)行管理。但從總體上看,相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大差距,對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展仍存在嚴(yán)重的消極影響。合理利用脫硫石膏,不僅對(duì)我國(guó)的的環(huán)境尤其是生態(tài)環(huán)境保護(hù)有著重要意義,而且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 脫硫石膏定義及其發(fā)展歷程

1.1 脫硫石膏的定義及產(chǎn)生過程

1.1.1 對(duì)脫硫石膏的定義,雖然各國(guó)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(tài)晶體,是高品位的二水硫酸鈣。美國(guó)測(cè)試學(xué)會(huì)對(duì)脫硫石膏的定義是煙氣脫硫過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物,主要由含2個(gè)結(jié)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(duì)SO2污染危害性的認(rèn)識(shí),國(guó)家的有關(guān)環(huán)保法規(guī)也愈來愈嚴(yán)格, 2005年5月,國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)印發(fā)了《關(guān)于加快火電廠煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的若干意見》,明確要求要加快熱電廠煙氣脫硫工作的進(jìn)程。因此,熱電廠實(shí)施煙氣脫硫生產(chǎn)勢(shì)在必行,而且也已成為當(dāng)前解決環(huán)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(wěn)定、高效等優(yōu)點(diǎn)成為世界上最成熟、應(yīng)用最廣泛的脫硫工藝,然而伴隨著該工藝的發(fā)展與全面的應(yīng)用也產(chǎn)生了大量副產(chǎn)物――脫硫石膏。

1.2 摘要及關(guān)鍵詞脫硫石膏的發(fā)展歷程

脫硫石膏的利用研究始于20世紀(jì)70年代末80年代初,目前一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)脫硫石膏的應(yīng)用已形成較為完善的研究、開發(fā)、應(yīng)用體系[6]。特別是歐、美、日等國(guó)家非常重視對(duì)工業(yè)副產(chǎn)品石膏的綜合利用,脫硫石膏利用率達(dá)80%～90%,脫硫石膏不但在建筑行業(yè)得到應(yīng)用,而且也被廣泛的用于生產(chǎn)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(yùn)輸?shù)葐栴},其生產(chǎn)工藝設(shè)備已達(dá)專業(yè)化、系列化[7]。然而,我國(guó)對(duì)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(guó)西部地區(qū)對(duì)脫硫廢棄物的利用研究幾乎仍舊處于空白狀態(tài)。脫硫石膏的堆放不僅浪費(fèi)大量的土地,而且對(duì)生態(tài)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)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(yán)重的二次污染。

2 脫硫石膏的綜合利用

根據(jù)檢測(cè)結(jié)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(guó)脫硫石膏主要用作水泥緩凝劑等材料,部分應(yīng)用于建材等(例如生產(chǎn)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(nóng)田改良等)。由于石膏建材質(zhì)輕、節(jié)能、變形小、對(duì)人體無害、可循環(huán)利用等特點(diǎn), 被稱為綠色環(huán)保的建筑材料[9],因而,對(duì)其綜合的應(yīng)用研究顯得極為重要。

2.1 脫硫石膏在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)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(jīng)煅燒后得到的熟石膏粉在水化動(dòng)力學(xué)、凝結(jié)特征、物理性能上無顯著的差別[10]。石膏作為水泥生產(chǎn)中重要的緩凝劑,加到熟料中可以調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)過程。張麗萍通過對(duì)煙氣脫硫石膏和天然石膏的對(duì)比研究,發(fā)現(xiàn)脫硫石膏用作水泥緩凝劑,在相同的粉磨時(shí)間內(nèi),與天然石膏相比,制成的水泥比表面積偏大、強(qiáng)度稍高。試驗(yàn)表明脫硫石膏能夠延長(zhǎng)硅酸鹽水泥的凝結(jié)時(shí)問,并且對(duì)水泥其它性能幾乎沒有影響,工業(yè)試生產(chǎn)結(jié)果同樣表明,脫硫石膏作為添加劑生產(chǎn)的水泥各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均能達(dá)標(biāo)準(zhǔn)。因此,研發(fā)一種低能耗技術(shù),克服脫硫石膏在工業(yè)生產(chǎn)中的缺陷,使脫硫石膏更好的應(yīng)用于水泥生產(chǎn)工業(yè),在合理利用廢棄資源的同時(shí)確保產(chǎn)品最好的品質(zhì)。

2.2 脫硫石膏在其它建筑材料的應(yīng)用

2.2.1 脫硫石膏板:石膏板是一種新型輕質(zhì)墻體材料, 被廣泛用于一般建筑的非承重內(nèi)隔墻材料,以脫硫石膏替代天然石膏進(jìn)行生產(chǎn),不但可以解決環(huán)境問題,同時(shí)也可以降低生產(chǎn)成本。由于質(zhì)輕、施工便利、美觀大方等一系列優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用十分廣泛[11]。

2.2.2 脫硫石膏制作輕質(zhì)石膏砌塊:石膏砌塊是以石膏為主要原料,根據(jù)不同型號(hào)和種類的要求,摻加適量水泥、珍珠巖、纖維、礦渣、粉煤灰、無機(jī)和有機(jī)增強(qiáng)劑、防水劑等輔助原料,經(jīng)澆筑、壓制成型、自然固結(jié)等工藝制成的輕質(zhì)建筑材料。與傳統(tǒng)材料的建筑材料相比,具有低能耗、低污染、質(zhì)輕、防火、隔熱、隔音、收縮率小、可釘、可鋸、可粘結(jié)等優(yōu)點(diǎn)[12]。目前,由于建筑用磚的生產(chǎn)嚴(yán)重浪費(fèi)了土地等資源,對(duì)生態(tài)產(chǎn)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(fā)前景,在國(guó)外,尤其是歐洲地區(qū)的建筑業(yè)中已經(jīng)成為傳統(tǒng)材料的替代產(chǎn)品,而我國(guó)在石膏砌塊的生產(chǎn)研究該領(lǐng)域的研究尚處于初級(jí)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(yīng)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(fā)生火災(zāi),火焰和有毒煙氣等會(huì)通過這些縫隙向鄰近場(chǎng)所蔓延,加大了火災(zāi)的危害性。因此,對(duì)孔口和縫隙進(jìn)行防火處理,對(duì)提高建筑預(yù)防火災(zāi)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(duì)孔口和縫隙進(jìn)行密封,阻止火、熱、以及煙氣的擴(kuò)散,從根本上阻止火災(zāi)的蔓延,以減少火災(zāi)事故損失。目前常用的無機(jī)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(huán)境溫濕度的動(dòng)態(tài)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(dòng)的場(chǎng)所,在施工和火災(zāi)中無毒無味、不產(chǎn)生有害氣體,屬于環(huán)保綠色建材。石膏具有凝結(jié)硬化快、防火隔熱性能好等特點(diǎn),是一種在建筑工程中廣泛應(yīng)用的建筑材料。

2.3 脫硫石膏的農(nóng)業(yè)應(yīng)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(yuǎn)小于在氨溶液中的溶解,硫酸鈣易轉(zhuǎn)化為碳酸鈣,經(jīng)過轉(zhuǎn)化,可以將價(jià)值較低的碳酸銨轉(zhuǎn)化為價(jià)值較高的、營(yíng)養(yǎng)成分較多的硫銨肥料。

2.3.2 脫硫石膏對(duì)土壤的改良:脫硫石膏不但在建筑領(lǐng)域有著很多的應(yīng)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(zhì)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(yíng)養(yǎng),在土壤改良有著很好的前景。發(fā)達(dá)國(guó)家利用脫硫石膏改良土壤的研究始于20世紀(jì)90年代,大多集中在美國(guó)[5],而國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的研究涉及的范圍很小,關(guān)于利用脫硫石膏改良土壤的研究報(bào)道也較少,該項(xiàng)研究主要通過對(duì)植物的促生長(zhǎng)效應(yīng)和對(duì)環(huán)境的影響兩個(gè)方面進(jìn)行研究,農(nóng)業(yè)應(yīng)用目前還處于實(shí)驗(yàn)室研究水平,田間大規(guī)模的應(yīng)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(yè)之一,占工業(yè)固體廢物總量的80%左右。冶金礦山年排尾礦量達(dá)百億噸。目前不少礦山面臨著無地建設(shè)尾礦庫(kù),尾礦處理無出路的難題。通過試驗(yàn)證明,利用煙氣脫硫石膏取代50%的水泥膠結(jié)成具有一定強(qiáng)度的膠結(jié)體,無論是理論上還是試驗(yàn)中均具可行性[6],以此充填地下采空區(qū),露天坑或塌陷區(qū),既解決了尾礦的出路問題,又解決了采空區(qū)存在的安全隱患及其塌陷造成的地表生態(tài)破壞等問題,該方法不僅可以節(jié)約礦山充填成本,還能促進(jìn)礦山膠結(jié)充填采礦工藝的發(fā)展,加快濕式煙氣脫硫工藝的發(fā)展,為充填膠凝材料的研究開辟了新的思路。

胡術(shù)剛、牛海麗等人研究發(fā)現(xiàn),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(jié)充填體的抗壓強(qiáng)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(fā)現(xiàn):粉煤灰和脫硫石膏兩大固體廢物在空氣自然養(yǎng)護(hù)條件下可產(chǎn)生良好的固結(jié)性,少量添加劑可有效激發(fā)體系活性使固結(jié)材強(qiáng)度增加[14]。利用電廠兩大固體廢物和工業(yè)廢料添加劑在自然條件下制備固結(jié)材料,不僅成本低,且具有良好環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益,可廣泛應(yīng)用于填埋、鋪路等對(duì)固結(jié)性要求不高的領(lǐng)域。不僅可以節(jié)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(duì)脫硫石膏性能的影響

石膏建材因質(zhì)輕、節(jié)能、防火、變形小、施工高效、對(duì)人體無害等優(yōu)點(diǎn), 被國(guó)際上推崇為節(jié)能型綠色建材。煙氣脫硫石膏的主要成分是結(jié)晶硫酸鈣, 顏色微黃, 其酸堿度與天然石膏相當(dāng), 呈中性或略偏堿性。歐洲國(guó)家研究發(fā)現(xiàn):脫硫石膏與天然石膏性質(zhì)無明顯區(qū)別,從質(zhì)量上看脫硫石膏純度較高, 成分較為穩(wěn)定, 但是含水量較高, 粒度較小[15]。由于我國(guó)脫硫石膏品位高、雜質(zhì)少,尤其可溶性雜質(zhì)少,可以代替天然石膏作建筑材料。目前,我國(guó)對(duì)傳統(tǒng)建材,尤其是墻體材料的結(jié)構(gòu)調(diào)整,建筑節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施為石膏材料的發(fā)展帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。使用外加劑是提高石膏建材性能的核心技術(shù)[16],隨著對(duì)外加劑研究的深入,必將對(duì)石膏工業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。

3.1 緩凝劑對(duì)石膏性能的影響

通過國(guó)內(nèi)外對(duì)石膏緩凝劑研究的研究發(fā)現(xiàn):通常在石膏膠結(jié)料中廣泛使用的緩凝劑主要有三類:堿性磷酸鹽類、有機(jī)酸及其可溶性鹽類、以及蛋白質(zhì)類等。試驗(yàn)證明,大多數(shù)緩凝劑在發(fā)生緩凝作用的同時(shí),會(huì)不同程度的破壞石膏的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度,大大制約了緩凝劑在石膏基材料中的應(yīng)用。而檸檬酸及其堿鹽摻量較小時(shí)就能產(chǎn)生較強(qiáng)的緩凝作用,是常用的石膏高效緩凝劑,但在摻量較大時(shí)將導(dǎo)致建筑石膏強(qiáng)度劇烈下降[17]。緩凝劑的加入,使石膏凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng),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(duì)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(qiáng)度較低,從而影響了制品的成本、質(zhì)量與檔次。由于減水劑可以保持相同流動(dòng)度的情況下降低石膏拌合的用水量,在生產(chǎn)石膏制品時(shí),常根據(jù)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(guó)外尤其是德國(guó)、日本等國(guó)家對(duì)石膏減水劑進(jìn)行了較細(xì)致的研究,不僅研究了減水劑對(duì)石膏晶體形貌、硬化體孔結(jié)構(gòu)以及力學(xué)強(qiáng)度等性能的影響,而且相繼開發(fā)出一系列適用于石膏體系的減水劑。我國(guó)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(fā)對(duì)建筑石膏(特別是脫硫石膏) 的應(yīng)用與發(fā)展至關(guān)重要。

4 結(jié)論

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)煙氣脫硫石膏產(chǎn)生的歷史還較短暫,煙氣脫硫技術(shù)研究進(jìn)展緩慢,大部分脫硫石膏尚未被合理利用,尤其我國(guó)的西部地區(qū),熱電廠大量的脫硫石膏不僅未能實(shí)現(xiàn)資源的合理開發(fā)利用,而且嚴(yán)重浪費(fèi)土地資源。

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

4.2 國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的研究尚處于初級(jí)階段,對(duì)如何更好的利用脫硫石膏還沒有形成統(tǒng)一的見解;

4.3 該文章在理論上強(qiáng)調(diào)并支持將脫硫石膏廣泛應(yīng)用于建筑、公路、礦山、以及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,尤其是對(duì)新型石膏砌塊的研究,將推進(jìn)國(guó)內(nèi)脫硫石膏再利用的進(jìn)程;

總之,深入研究并開發(fā)利用熱電廠廢棄物資源,不但可以降低其生產(chǎn)成本,而且也能保證良好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

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