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。

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。

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。

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。

脱硫灰-水泥固化淤泥强度特性与固化-抽滤联合加固应用

采用水泥-脱硫灰复合体系固化淤泥软土,进行液塑限、无侧限抗压强度、扫描电镜、能谱分析等一系列实验,分析多种脱硫灰质量分数下固化土的物理力学行为.鉴于脱硫灰能明显抑制黏土亲水性,引入了真空抽滤工艺,并进行了水泥-脱硫灰就地固化与真空抽滤的现场对比实验.结果表明,脱硫灰的加入会使土的液限和塑性指数显著下降.脱硫灰与水泥质量比为20%时固化土强度最高.脱硫灰质量分数过高时,产生的强碱高钙环境抑制了黏土矿物水膜,导致结合水减少,自由水增多,固化土强度随之下降.真空抽滤工艺配合脱硫灰则可大幅度减少土中自由水含量.脱硫灰与真空抽滤联合具有良好的加固效果,可应用于浅层高含水率淤泥处理中.

电石渣-脱硫灰复掺对流态固化土基本性能及微观特性的影响

流态固化土基本性能指标包括湿密度、泌水率、流动值和抗压强度。为探究电石渣和脱硫灰复掺对流态固化土基本性能及微观特性的影响,使用同掺量的电石渣和脱硫灰单一替代以及同时替代Ca(OH)_(2)和CaSO_(4)(分析纯),测试其对流态固化土的流动值、泌水率、抗压强度等的影响,采用XRD及SEM对比分析两种分析纯试剂和两种固废制备的试件28 d的物相组成及微观形貌。结果表明,使用电石渣和脱硫灰单掺或复掺制备的流态固化土的流动性均优于使用Ca(OH)_(2)和CaSO_(4)复掺流态固化土,泌水率均满足要求,虽然其28 d抗压强度小于Ca(OH)_(2)和CaSO_(4)复掺试样,但是能满足大部分应用场景抗压强度要求。

铁尾矿粉-脱硫灰胶凝材料的制备及性能研究

为提高铁尾矿和脱硫灰等工业固废的综合利用,利用氢氧化钠和硫酸钙作为复合激发剂,铁尾矿粉、脱硫灰和矿渣微粉为原料,制备铁尾矿粉-脱硫灰胶凝材料。开展正交试验分析铁尾矿粉掺量、脱硫灰掺量、氢氧化钠掺量和硫酸钙掺量对胶凝材料抗压强度的影响,并进行配合比优化。结合X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的微观结构进行分析表征。结果表明:对胶凝材料3 d、7 d和28 d抗压强度影响最显著的分别是氢氧化钠掺量、铁尾矿粉掺量和硫酸钙掺量;铁尾矿粉、脱硫灰、氢氧化钠和硫酸钙的最佳掺量分别为20%、10%、1%和9%(质量分数),此时,胶凝材料3 d抗压强度为4.59 MPa,28 d抗压强度为18.44 MPa,微观结构致密,宏观强度最高。

基于模型化合物的脱硫灰催化提质生物质热解气研究

该研究从清洁转化脱硫灰和生物质资源出发,利用自制的碳基固废热解炉研究了低温条件下(<600℃)脱硫灰对棉杆热解的催化效果。研究发现:脱硫灰明显促进了棉杆的热分解,提高了棉杆热解气产率和低位热值,提高了棉杆热解气中H_(2),CH_(4)和C_(2)H_(6)等富氢气的产量,同时,脱硫灰的催化效果降低了热解气中CO和CO_(2)的产量。通过模型化合物法研究发现:脱硫灰对棉杆中的纤维素和木质素成分生成热解气的过程有不同的催化效果;脱硫灰促进了脱硫灰/棉杆催化热解过程中纤维素生成H2和木质素生成CH4的化学反应,抑制了纤维素生成CO和CO_(2)的化学过程。

高掺量半干法烧结脱硫灰制备轻质墙材的研究

针对半干法烧结脱硫灰因成分复杂且含CaSO3较高,综合利用难度大的问题,本文基于多源固废协同利用思想,在非蒸压养护条件下以半干法烧结脱硫灰和粉煤灰为主要原料制备高附加值的轻质节能墙材,考察了原料配比、粉煤灰细度、初期养护温度、激发剂种类与用量等因素对产品强度性能的影响。结果表明:当粉煤灰、半干法烧结脱硫灰、石灰、水泥熟料间的质量比为40∶40∶5∶15,玻璃纤维、三乙醇胺用量分别为1%和0.06%,经40℃、7 d的初期养护及随后的自然养护,得到密度为803 kg/m^(3),28 d抗压强度可达8.64 MPa的轻质墙材,其主要性能指标均满足《建筑隔墙用保温条板》(GB/T 23450—2009)的要求。该工艺无需对半干法脱硫灰进行预氧化处理,为其简易、高值化利用提供了技术支持。

基于拟水平法的脱硫灰混凝土配合比试验研究

采用拟水平法研究了脱硫灰掺量、粗骨料掺量和水胶比对脱硫灰混凝土抗压强度的影响。结果表明:水胶比对试件抗压强度的影响最显著,脱硫灰掺量次之,粗骨料掺量影响最小;随着水胶比的增加,试件的抗压强度下降;粗骨料掺量为0的试件抗压强度较粗骨料掺量为64%的试件低;随着脱硫灰掺量的增加,试件的抗压强度先增大后减小。脱硫灰混凝土的最佳配合比为:水胶比0.34、脱硫灰掺量20%、粗骨料掺量64%。

烧结半干法脱硫灰中亚硫酸钙氧化特性

针对烧结半干法脱硫灰中CaSO_(3)在不同反应条件下干热氧化的变化规律,研究了温度、气体中O_(2)含量与流速、钙类化合物、铁氧化物(Fe_(2)O_(3))、水蒸汽含量与流速等对CaSO_(3)氧化的影响.结果表明:反应遵循阿累尼乌斯方程,在空气氛围,升温速度为10℃·min^(–1)的条件下,450℃、75 mL·min^(–1)的气体流速为经济性干热氧化的最佳工艺条件,水汽对CaSO_(3)氧化反应具有两面性;钙的氧化物对CaSO_(3)氧化反应通过抑制O_(2)-、SO_(3)-自由基的生成而抑制反应进行,3种钙类氧化物对CaSO_(3)氧化抑制作用从弱到强为:CaCO_(3)<Ca(OH)_(2)<CaCl_(2);Fe_(2)O_(3)对CaSO_(3)的催化作用随温度、浓度变化而改变,温度小于450℃,Fe_(2)O_(3)质量分数大于0.2%时,对氧化反应起到一定催化作用,温度大于450℃及催化剂质量分数低于0.2%时,由温度占主导地位.微观形貌表征显示随着CaSO_(3)被氧化为CaSO_(4),形貌由团簇状转变为柱状,CaCl_(2)即抑制氧化反应也抑制CaSO_(4)的晶型,Fe_(2)O_(3)促进CaSO_(4)结晶的形成.实验室升温较快,温度大于400℃时,脱硫灰5 min内部温度大于500℃,此时,CaSO_(3)转化率超过85%,中试升温较慢,没有这一特征;吉布斯自由能计算结果表明最有可能发生的是CaSO_(3)氧化反应,600℃以下钙的分解反应不可能发生;CaSO_(3)氧化过程中活性位点的数量与温度有关,当温度在623~723 K时,该反应为一级反应,当温度大于723 K时,反应在5 min左右迅速完成,无法确定其反应级数.

烧结半干法脱硫灰资源化利用研究与实践

烧结半干法脱硫副产物脱硫灰因其成分复杂,组分含量波动大,一直未能得到充分利用。本文提出将脱硫灰替代部分熔剂返回烧结,新生成的含硫烟气导入活性炭脱硫塔后制取硫酸的新方法,并开展了工业试验。结果表明:在烧结过程中,脱硫灰主要发生分解还原反应,脱硫灰带入的硫97%进入烧结烟气中。脱硫灰的加入对烧结矿成分和质量以及成品率影响不大,固体燃料消耗略微升高,但当加入量大于0.15%后,烧结机利用系数下降明显;活性炭脱硫脱硝系统因设计富余能力较大,对系统脱硫效率影响不大,但后续制酸系统余量不足,当脱硫灰加入量超过0.15%后,实际硫酸产量下降25%;脱硫灰进入烧结处理完全可行,但加入量不宜超过原料配比的0.15%。

脱硫灰烧制陶粒装置烟气处理工艺

利用循环流化床的脱硫灰、干法或半干法脱硫工艺的副产物脱硫灰作为原料,与黏土等其他配料进入炉窑烧制成陶粒的装置,是综合利用资源化的一种新技术、新工艺。该装置排放烟气温度高、污染物具有二氧化硫、氮氧化物、灰尘浓度高等特点。本环保装置根据烟气特点,采用烟气余热回收与脱硫脱硝的联合工艺,达到烟气排放要求和余热回收节能环保目的,同时也为同类烟气治理提供了一种新的思路和参考。

干法脱硫灰对水泥稳定再生骨料混合料性能的影响

在水泥与脱硫灰总掺量(15.00%)不变的情况下,研究了脱硫灰的种类(重钢脱硫灰、鄂钢脱硫灰)和掺量(11.25%、12.00%)对水泥脱硫灰稳定再生骨料混合料力学性能和耐久性能的影响。结果表明:随着脱硫灰掺量的增加,混合料的无侧限抗压强度、间接抗拉强度、抗压回弹模量均降低;相同脱硫灰掺量下,水泥重钢脱硫灰稳定再生骨料混合料的无侧限抗压强度、间接抗拉强度、抗压回弹模量均比水泥鄂钢脱硫灰稳定再生骨料混合料的低;与纯水泥稳定再生骨料混合料(对照组)相比,水泥脱硫灰稳定再生骨料混合料的抗冻性能较差,但干缩性能有明显改善;水泥脱硫灰稳定再生骨料混合料的重金属浸出毒性符合相关标准要求。

脱硫灰替代水泥生料的研究及工业应用

浮法玻璃企业干法脱硫所产生的脱硫灰成分复杂,且含有一定量的亚硫酸钙,难以无害化处置,给玻璃企业带来严重的环保压力。本文通过分析脱硫灰的特性,结合水泥生产线的特点,开展脱硫灰替代水泥生料的研究及工业应用,实现了脱硫灰的资源化处置,具有良好的社会经济效益。

脱硫灰作为路基填筑材料的应用研究

国内的钢铁厂在生产过程中会产生大量的脱硫灰,但并未对其进行有效的利用,因此占用了大量土地,也对环境造成了严重的影响。将脱硫灰代替石灰应用到路基土改性中,对2%、4%、6%和8%掺量的脱硫灰改性土进行了室内试验,包括液塑限试验、击实试验和加州承载比(CBR)试验等;并将脱硫灰应用于现场填筑中,与石灰改性路段对比,从压实度测试、轻型动力触探、落锤弯沉与回弹模量的角度对其性能进行了评价。结果表明:土体的塑限会随着脱硫灰含量的增加而增加,液限和塑性指数反而随之降低。当脱硫灰含量达到8%时,路基改性土的CBR值最大,约为135%。现场填筑路段中,脱硫灰改性土路段的压实度、弯沉值和回弹模量皆满足设计要求,轻型动力触探的测试结果略低于石灰改性路段,但随着时间的增加,脱硫灰路基的表现与石灰改性路基的表现更加接近。