Geldart C类脱硫灰颗粒在环流耦合提升管内稳定流动特性

我国CO_(2)的排放中70%来自工业领域,故工业过程的碳捕集对实现“双碳目标”十分关键。工业烟气中往往含有的硫氧化物会腐蚀设备并使后续脱碳等过程使用的催化剂中毒。因此,工业烟气的深度脱硫技术对后续的CO_(2)捕集或提纯过程至关重要。循环流化床半干法烟气脱硫因具有脱硫效率高、无污染、停留时间可控等优点受到广泛关注。循环流化床脱硫工艺中作为脱硫剂的脱硫灰颗粒为典型Geldart C类颗粒。由于C类颗粒的强黏附性,其在循环流化床操作中容易结块,从而影响装置稳定运行。为了强化脱硫灰颗粒在循环流化床内的流动稳定性,提出了环流强化的耦合提升管反应器的概念,并自行设计搭建了一套导流筒内径100 mm、高度300 mm,外筒内径160 mm、高度760 mm,输送段内径75 mm、总高度12.6 m的环流耦合提升管。在U_(g)=4 m/s、G_(s)=45 kg/(m^(2)·s),U_(g)=7 m/s、G_(s)=25 kg/(m^(2)·s)的操作条件下,考察了环流段的压力分布、标准差以及功率谱密度。当环隙区气速为0.4 m/s时,环流流动能够实现稳定、连续的密相环流流动。在C类颗粒形成稳定流动基础上,讨论了环流耦合提升管内的流动特性分布规律,包括固含率和颗粒速度。实验发现,环流流动的设计可以强化C类颗粒的流动特性,大幅提高耦合反应器内C类颗粒脱硫灰固含率,并实现了C类颗粒循环流态化装置的稳定运行。同时,这些研究结果可以为C类颗粒新型循环流态化反应器设计提供参考。

基于沸腾炉焙烧脱硫灰的复合催化热分解效应

为解决烧结烟气脱硫灰中主要成分亚硫酸钙不稳定等问题,本文利用沸腾炉对脱硫灰的催化分解效应进行了研究,其中,催化剂为硫化亚铁和硫酸亚铁配成的复合催化剂。通过对脱硫灰的催化分解过程进行热重分析,同时探讨复合催化剂配比、保温时间、反应温度、气体流量等因素对沸腾炉中脱硫灰的脱硫率及焙烧产物的影响。热重结果表明,添加复合催化剂后脱硫灰分解温度降低了100℃左右。沸腾炉试验表明,当反应温度为900℃,气体流量为3000 mL/min,复合催化剂配比为2.5∶1,保温时间为30 min时,脱硫率可达91.41%。脱硫灰催化分解生成的SO_(2)可为后续制造硫酸提供原料,焙烧产物可以作为烧结厂的原料,有效地解决了脱硫灰对环境的污染。

循环流化床固硫灰路基动态回弹模量试验研究

【目的】探究循环流化床(CFB)固硫灰用作路基填料时在行车荷载下的动态性能。【方法】基于室内动三轴试验,研究了GF固硫灰与DTH固硫灰在不同养护龄期、压实度、含水率及应力水平条件下动态回弹模量特性,并结合压汞测试分析了CFB固硫灰试样孔隙分布特征与动态回弹模量的关系。【结果】结果表明:在一定范围内,CFB固硫灰的动态回弹模量随f-CaO与SO_(3)含量及养护龄期的提升而增加,在0~7 d内提升显著,7~28 d增长缓慢;压实度、含水率、围压及偏应力的提升均会使CFB固硫灰的动态回弹模量增大,其中随着压实度与含水率的上升,动态回弹模量的提升幅度逐渐下降,偏应力和围压对CFB固硫灰动态回弹模量均有较大影响,且围压的影响更显著。压汞试验的结果表明,同等条件下GF固硫灰试样总孔隙率与大孔径(>2 000 nm)密度低于DTH固硫灰,随着含水率的下降,GF固硫灰试样的总孔隙率与大孔密度增加,动态回弹模量变小。对两种CFB固硫灰不同含水率及压实度成型试件养护28 d后的动态回弹模量结果进行拟合,表明以体应力与八面体剪应力为变量的三参数理论模型预估结果与试验结果具有较高的相关性(R^(2)>0.96),可有效预测CFB固硫灰的动态回弹模量。

半干法脱硫灰膏体制备流态填筑材料及其机制

针对填埋到湖底的脱硫灰含水量较高,脱水干燥后再利用可行性差的问题,本文直接利用填埋半干法脱硫灰膏体制备全固废流态填筑料。研究“半干法脱硫灰-钢渣微粉-粉煤灰”全固废胶凝材料,考察原料配比对抗压强度的影响,通过XRD、FT-IR、SEM等分析手段研究胶凝机制,考察流态填筑料强度的影响因素。结果表明:原料最佳配比为脱硫灰∶粉煤灰∶钢渣微粉=40∶20∶40,28 d抗压强度可以达到13.37 MPa;复合胶凝材料水化产物除常规的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石外,还存在少量的C_(3)A-CaSO_(3)-11H_(2)O,其由脱硫灰中的CaSO_(3)·0.5H_(2)O和体系中的水化铝酸钙(C-A-H)反应生成;当固化剂掺量为8%~20%时,所制备的流态填筑料28 d抗压强度为1.18~2.47 MPa;三乙醇胺可以增加流态填筑料各龄期的抗压强度,最佳用量为固化剂质量的0.04%。

钙基脱硫灰在石灰石-石膏湿法脱硫系统中的应用

钙基脱硫灰的资源化利用一直是行业应用难题。本文为验证钙基脱硫灰替代石灰石-石膏湿法脱硫系统原用脱硫剂(石灰石粉)的脱硫效果,进行在混合脱硫剂中添加不同比例钙基脱硫灰的实验室和工业应用试验,分析脱硫效率、SO_(2)排放质量浓度、吸收塔浆液和石膏的化学成分、脱硫污泥量等主要工艺参数的变化情况,并对钙基脱硫灰添加前、后湿法脱硫系统的生产运行方式变化进行对比分析。结果表明:当钙基脱硫灰替代占比在50%以下时,吸收塔浆液的化学成分基本没有发生变化,系统脱硫效率均在95%以上;SO_(2)排放质量浓度均在10 mg/Nm 3以下,小于35 mg/Nm^(3)的国家排放标准,满足行业超低排放要求;石膏的化学成分基本没有发生变化,满足石膏的社会化应用标准;污泥产生量没有增加,吸收塔内的Cl-浓度有所上升但可通过增大废水排放量来解决;湿法脱硫系统的操作调整变化不大,运行成本没有明显增加。采用钙基脱硫灰替代石灰石粉可为干法、半干法脱硫灰的综合利用提供一种经济、环保的有效途径。

半干法脱硫灰高效转化及资源化利用技术

近年来垃圾发电厂、燃煤电厂、钢铁企业等广泛采用半干法烟气脱硫设施脱硫,产生了大量半干法脱硫灰难以处理和资源化利用。因此。采用“三段内外加热脱硫灰氧化技术”在一定温度下,对富含CaSO3的脱硫灰进行氧化改性处理,将脱硫灰中的CaSO3氧化成CaSO4,通过调整回转窑的转速、热风炉的烟温和注氧量,科学地控制氧化时间、氧化温度以及氧含量,将氧化改性后脱硫灰中CaSO3的含量控制在3%以下,CaSO3的转化率控制在90%以上。将氧化改性后的脱硫灰按一定比例添加到矿渣微粉中应用,可以激发矿渣的活性,增加其7天和28天强度;利用氧化改性后的脱硫灰配制抹灰石膏砂浆,检测其凝结时间、保水率、抗折强度、抗压强度和拉伸粘结强度等技术指标均满足国家标准的要求。因此,采用“三段内外加热脱硫灰氧化技术”氧化改性后的脱硫灰,可以代替天然石膏,应用于建材、建筑等领域,实现资源化综合利用,减少环境污染,为企业增加可观的经济效益。

半干法脱硫灰中亚硫酸钙反应动力学研究

本研究以CaSO_(3)·2H_(2)O,10%CaCl2-CaSO_(3)·2H_(2)O,6%Fe_(2)O_(3)-CaSO_(3)·2H_(2)O为对象,利用TC-DSC热分析动力学及Kissnger、Ozawa、Crane和Coasts-Redfern方程等几种非等温动力学分析方法,对CaSO_(3)及其混合物氧化动力学特性进行研究。分析CaSO_(3)氧化反应过程,气-固反应机理,计算反应最概然机理函数和动力学参数。结果显示:CaSO_(3)·2H_(2)O和6%Fe_(2)O_(3)-CaSO_(3)·2H_(2)O在空气中氧化分为两个阶段,属于三维扩散控制的气-固反应,前者E_(a)为205.5kJ·mol^(-1),A为6.791×10^(12)s^(-1),后者E_(a)为195.62kJ·mol^(-1),A为2.51×10^(12),Fe_(2)O_(3)促进氧化反应进行;10%CaCl2-CaSO_(3)·2H_(2)O在空气中氧化与上述两种物质有明显不同,反应分为三个阶段,属三维扩散(球形对称)控制的气-固反应机理,CaCl抑制氧化反应的进行,E_(a)为243.98kJ·mol^(-1),A为5.67×10^(15)s^(-1).

水玻璃固硫灰复合改善氯氧镁水泥强度特性研究

研究固硫灰和水玻璃对氯氧镁水泥强度的影响。研究表明,固硫灰的加入对水泥体强度起到促进作用,固硫灰掺量从0%升至5%,水泥体的抗压和抗折强度分别提升了21.4%和47.2%。水玻璃的添加量在2%以内对抗压和抗折起到一定的促进作用,但当掺量高于2%后,水泥体强度有明显下降,影响7 d和28 d强度因素的主次关系为固硫灰>水玻璃,而当水玻璃的掺量高过一定值后,其作用效果强于固硫灰。研究确定了一般墙体工程的强度设计要求,为研究水玻璃和固硫灰复合外加剂改性氯氧镁水泥在实际工程中的应用提供理论依据和数据支持。

脱硫灰添加用于烧结烟气湿法脱硫研究

为满足我国政府对烟气中二氧化硫(SO_(2))排放的严格政策,众多钢铁企业广泛采用干法脱硫工艺。然而,这一工艺在脱硫灰的处理和综合利用方面面临挑战。本研究旨在解决干法脱硫的氧化条件相对较差,导致脱硫灰中亚硫酸钙含量较高等问题。我们还探讨了将脱硫灰添加到石灰石中进行湿法脱硫的实验,结果表明,掺杂25%的脱硫灰能够有效氧化脱硫灰中的亚硫酸钙,最大程度地延长了突破时间,减少了石灰石的使用量。同时,稳定的脱硫石膏可以供其他行业如水泥生产进行资源化利用。这些发现为钢铁行业和其他高排放行业提供了一种有前景的方式,以更好地满足环保标准,同时减少资源浪费。

干法脱硫灰制备高纯硫酸钙的实验研究

为了实现干法脱硫灰的资源化利用,通过亚硫酸钙氧化等工艺制备出了高纯硫酸钙粉体,并确定了最佳实验方法:将70 g脱硫灰投入300 mL水中,加入45 g过氧化氢,反应90 min,再加入550 g稀硫酸反应60 min。亚硫酸钙的转化率为97.86%,产品中硫酸钙的含量为98.84%。该工艺技术方法对干法脱硫灰的资源化利用具有较高的借鉴价值。

利用循环流化床锅炉脱硫灰制备注浆材料

CFB锅炉脱硫灰中不含有球形玻珠,且含有较高的fCaO和SO3,不利于应用。通过对CFB锅炉脱硫灰制备的注浆材料的性能研究表明,CFB锅炉脱硫灰能够改善浆液的稳定性和结石率,但对流动性和结石体强度不利。通过掺入外加剂能够明显地改善浆液的性能,满足注浆工程的要求。

脱硫灰理化性质及其氧化膨胀特性分析

随着阴霾问题的加剧,对PM2.5具有协同净化效率的干法脱硫工艺,尤其是具有高效、多污染协同控制的循环流化床干法脱硫(CFB-FGD)工艺,得到了重视和进一步推广,脱硫灰的数量日益增多,已经步入大宗固废行列,其处置方式也引发众多关注。本文通过对循环流化床干法脱硫工艺在几大领域下应用所产生的脱硫灰的理化性质及亚硫酸钙化学反应特性的分析,结合国内外相关研究,结果表明:脱硫灰中的亚硫酸钙在自然条件下和做成产品后皆不会有氧化膨胀问题。但是,如果未能正确使用脱硫灰,可能因为可能含有未水化氧化钙或在后期形成钙矾石引起产品膨胀破坏。因此,只有充分了解和掌握脱硫灰的理化性质,有针对性的预处理及选用合适的综合利用途径和配方,就不会出现“膨胀”问题。

水泥固硫灰稳定碎石制备路面基层材料的研究

为了有效利用固硫灰资源,研究利用水泥固硫灰稳定碎石制备路面基层材料。通过保持水泥用量不变,改变固硫灰与集料的比例,采用无侧限抗压强度试验确定结合料与集料的配合比;通过保持集料含量和级配不变,改变水泥与固硫灰比例的方法,研究了不同配合比混合料强度随龄期的变化规律,并通过180 d与28 d抗压强度比值来反映水泥与粉煤灰比例的优劣;测试了混合料的膨胀率、冲刷性能及抗冻性能。结果表明,水泥固硫灰稳定碎石路面基层前期强度发展较快,后期强度高,体系膨胀性较小,性能良好。

烧结烟气半干法脱硫灰理化特性

以钢铁厂烧结烟气半干法脱硫灰为研究对象,采用国标水泥化学分析方法、国标石膏化学分析方法及碘量法,利用SEM,BET,XRD以及粒径分布仪、差热热重分析仪和红外分光光度计对脱硫灰的理化特性进行跟踪监测分析。分析结果表明:脱硫灰在常温干燥的环境下较稳定,其物理特性及化学成分均无明显变化;化学组成中亚硫酸钙和三氧化硫的含量比电厂脱硫灰含量高,为高钙高硫灰;脱硫灰颗粒表面光滑,结构疏松,呈多孔状;晶相成分主要有亚硫酸钙、硫酸钙、碳酸钙、刚玉及莫来石,另外,还含有无定形物质玻璃体和未燃碳份等;脱硫灰粒径主要分布在3.42～13.77μm,中位径为4.18μm,比表面积为7.94m2/g,颗粒粒径较小。

电厂脱硫灰烧成硫铝酸盐水泥的试验研究

电厂脱硫灰由于成分复杂和高硫高钙的特点,为其综合利用造成了很多困难。试验证明,只需添加部分CaO或CaCO3,用脱硫灰作生料即可在1 300℃左右烧成硫铝酸盐水泥。这种方式可以完全利用脱硫灰中的游离CaO,CaCO3,Ca(OH)2和含硫矿物CaSO3与CaSO4,使其转化为水泥熟料矿物,如硫铝酸钙(Ca4Al6O12SO4)、硅酸二钙(Ca2SiO4)等,还能完全利用脱硫灰中的未燃烬碳,因而能达到物尽其用,是一种全新高效的利用方式,具有广阔的应用前景。

活化方式对CFBC脱硫灰自硬化性能的影响

通过物理粉磨、化学激发和物理-化学联合激发3种方式系统研究了循环流化床锅炉燃烧脱硫灰(CFBC脱硫灰)物理力学性能的变化规律,并采用水化热,FTIR,XRD和SEM测试方法分析了活化方式对CFBC脱硫灰自硬化水化历程及性能的影响机理.结果表明:物理粉磨、化学激发和联合活化均提高了脱硫灰的自硬强度及水化反应程度,且降低了需水量比.与原状CFBC脱硫灰相比,粉磨后试样需水量比降低了13%(质量分数),7,28d抗压强度分别提高了210.0%,25.4%;改性剂A,B加入后混磨试样需水量比降低了19%,7,28d抗压强度各自提高了337.0%,96.5%.在相同的A掺量下,CFBC脱硫灰与A混合后混磨试样的强度效果优于粉磨后A的外加.CFBC脱硫灰的主要水化产物为AFt,Ca(OH)2,CaSO4.2H2O,C-S-H凝胶.

利用矿渣和脱硫灰制备新型胶凝材料的试验研究

以矿渣和脱硫灰为主要原料,并掺入少量石膏,在外加剂的作用下,可制备出一种具有较高活性的胶凝材料。研究了石膏、激发剂和脱硫灰掺量对复合胶凝胶凝材料强度的影响,并对较优配合比的胶凝材料的水化产物进行了XRD与SEM分析。结果表明:当矿渣、脱硫灰、二水石膏和激发剂的质量比为85∶5∶6∶4时可制备出满足现行国家标准的胶凝材料,这对矿渣和脱硫灰的综合利用具有一定的参考价值。

利用烧结脱硫灰制备胶凝材料的研究

研究了烧结烟气半干法脱硫灰复掺矿渣、钢渣，辅之外加剂，制备胶凝材料的可行性。结果表明，采用改性脱硫灰（GXTLH）、钢渣、矿渣及水泥熟料再混磨制备的复合胶凝材料，具有良好的安定性等水化性能和力学性能；当GXTLH掺入量为20％、CFII1．5％、减水剂0．5％及水泥熟料23％时，矿渣掺量在12％～44％、钢渣掺量11％～44％之间制备的胶凝材料初凝时间、终凝时间、力学性能满足GB13592．92《钢渣矿渣水泥标准》；矿渣与钢渣比、水泥熟料及外加剂等掺量一定，GXTLH掺量超过30％时，GXTLH胶凝材料的抗压抗折强度均有所下降。

NaOH激发对固硫灰微观结构的影响

采用NaOH改性固硫灰,通过X射线荧光衍射(XRF)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜/X射线能量色散谱(FESEM/EDS)和X射线光电子能谱(XPS)分析碱激发对固硫灰微观结构的影响。结果表明,碱激发固硫灰中无水石膏含量减少,石灰石含量增多。碱激发促使固硫灰中Al-O/Si-O发生重排,主要生成远程无序、近程有序的胶凝物质,凝胶中的细小晶体可能是沸石和石灰石的混合物。

循环流化床燃烧产物固硫灰的细度对水泥性能的影响

为探讨磨细处理改善固硫灰水泥胶砂物理力学性能和膨胀性能的可行性,利用实验室气流磨对流化床固硫灰进行了磨细处理,研究了细度对固硫灰水泥凝结时间、胶砂强度和线性膨胀率影响。试验结果表明:经磨细处理后固硫灰水泥净浆标准稠度需水量降低,但初凝时间提前;细度对固硫灰水泥胶砂前期强度影响很大,掺加30%中位径为15μm的原灰时28d水泥胶砂抗压强度只有纯水泥对比样的47%,而掺加30%中位径为3μm的磨细灰时水泥胶砂28d抗压强度可以达到纯水泥对比样的85%以上,但在90d时掺加固硫灰的水泥胶砂抗压强度均可达到对比样的82%以上。磨细处理能降低固硫灰水泥净浆的总膨胀能,并能将膨胀能提前释放。结果证明磨细处理是利用固硫灰的重要手段。