煙氣脫硫副產物資源化利用現狀與發展方向
摘要:簡述了我國燃煤電廠濕法、 半干法煙氣脫硫副產物——脫硫石膏、 脫硫灰渣的利用現狀 ,針對利用過程中所遇到的問題 ,提出了煙氣脫硫副產物資源化利用的新技術方向 ,并對新技術的可行性進行了論證。
關鍵詞:煙氣脫硫副產物,資源化,現狀,發展
煙氣脫硫產業的迅猛發展有效地遏制了SO2污染態勢 ,同時也產生了大量的脫硫副產物。根據脫硫工藝的不同 ,脫硫副產物大致可分為兩類:濕法脫硫石膏、 半干法脫硫灰渣。另據預計 ,至 2010年 ,我國每年將分別排出脫硫石膏、 脫硫灰渣 1 500、 140 余萬噸。目前 ,針對煙氣脫硫副產物的綜合利用研究較少 ,大量的副產物仍然以露天堆放為主 ,不僅占用土地資源 ,還會對環境造成二次污染。此外 , 脫硫副產物未有效利用 ,會造成資源浪費。對脫硫渣進行資源化利用研究 ,既是一個處于國際學術前沿的熱點研究課題 ,也是我國現階段處置燃煤電站脫硫副產物所需要解決的關鍵問題之一。
1 脫硫副產物的特性
脫硫石膏是石灰石 — 石膏濕法脫硫得到的副產物;脫硫石膏顆粒較細 ,平均粒徑在 40～60μm,呈灰、 黃色;其中含二水硫酸鈣 90% ～95% ,游離水 10%～15% ,此外還含有少量飛灰、 有機碳、 碳酸鈣、亞硫酸鈣以及微量鈉、 鉀、 鎂的硫酸鹽或氯化物組成的可溶性鹽等雜質。
脫硫灰渣是干法、 半干法脫硫工藝產生的副產物;它是脫硫產物和粉煤灰的混合物 ,平均粒徑 10 ～20μm,呈青、 灰色;一般由亞硫酸鈣、 硫酸鈣、 碳酸鈣、 氫氧化鈣、 氯化鈣、 氟化鈣以及飛灰組成 ,其中 , CaSO3· 1 /2H2O在 600℃ 或者酸性條件下能夠分解; 因為含有 Ca (OH) 2 ,脫硫灰渣呈堿性;在與潮濕空氣接觸時 ,其中的 CaSO3·1 /2H2O和 Ca (OH) 2可分別轉變為 CaSO4·2H2O和 CaCO3。
2 脫硫副產物資源化利用現狀
2.1 研究現狀
發達國家在采用煙氣脫硫技術減排 SO2 的初期 ,就開始了脫硫副產物的資源化研究。我國引進煙氣脫硫技術的時間不長 ,針對煙氣脫硫副產物資源化利用的研究剛剛起步。但是 ,通過研究人員的努力 ,我國在脫硫副產物資源化利用方面也取得了大批的研究成果。如脫硫石膏制備紙面石膏板、 粉刷石膏、 水泥緩凝劑以及其他石膏制品,目前, 已經有脫硫石膏的產業化項目在運行。脫硫灰渣因其成分復雜 ,利用不當則會造成二次污染 ,因此 ,其資源化利用方向受到限制 ,主要應用于筑路回填、 土壤改良、 水泥建材,尚未形成產業化。
2.2 利用過程中遇到的問題
(1)脫硫石膏應用中存在的主要問題:由于飛灰等雜質含量較高、 顏色偏深 ,從而影響石膏品質, 有必要制定相應的行業技術標準保證石膏的品質; 一般脫硫石膏水分為 10%～15% ,具有一定的黏結性 ,為生產合格石膏需要添加烘干、 煅燒、 拌料設備這需要增加投入。脫硫石膏加工企業為了自身的經濟效益 ,主動將生產線建造在電廠附近 ,但是 ,企業卻面臨著脫硫石膏品質不能滿足生產技術要求 ,必須投資進行設備改造以對脫硫石膏進行深加工使其符合生產要求的問題 ,在一定程度上影響了脫硫石膏加工企業的經濟效益。
(2)脫硫灰渣的特性對其綜合利用產生較大的影響。首先 ,過高的硫含量使其在用作水泥混和材和混凝土摻和料時受到限制 ,因為在普通水泥的國家標準中規定 ,水泥中 SO3不能超過 3 . 5% ,所以一般脫硫灰渣不能直接作為水泥混和材料使用 ,只能少量摻加;其次 ,如果利用得不合理 ,脫硫灰渣中亞硫酸鈣可能釋放出 SO2 ,造成二次污染;再者 ,脫硫灰中游離氧化鈣含量較高 ,會在長期水化過程中不斷生成 Ca (OH) 2 ,致使含脫硫灰渣材料的制品體積不斷膨脹 ,以至于開裂 ,這是脫硫灰渣在建材領域中應用的一個障礙。
3 脫硫副產物資源化利用新技術
3.1 脫硫石膏利用新技術
3.1.1 自流平石膏砂漿
自流平石膏砂漿是由脫硫石膏制得的無水石膏粉、 骨料及添加劑組成的 ,在攪拌狀態下具有良好的流動性 ,是一種能夠自動流平的地面找平材料, 適合用于室內地面的精度找平 ,可作為室內地坪鋪設瓷磚、 PVC地板、 地毯、 各種地板和環氧自流平等薄層裝飾材料的預澆找平基層 ,也可用于舊地面、 起砂地面和施工不合格地面的修補。自流平石膏砂漿的特點是:具有自流平性和自愈性能 ,可精度找平; 體積穩定性好 ,早期強度高 ,與基層粘結緊密、 牢固、不易空鼓、 開裂;還具有一定的降噪、 調濕功能 ,保溫性能好 ,有利于建筑節能;使用方便 ,施工速度快 ,效率高 ,可降低單項工程造價。
3.1.2 模具石膏
模具石膏是陶瓷生產中常用的重要原料 ,用于制作石膏模型使陶瓷成型。半水石膏經水化、 硬化形成二水石膏 ,干燥后成為具有吸水性和一定強度的石膏模型。目前 ,用于制作模具石膏的半水石膏有α型半水石膏和β型半水石膏兩種。由于二者制作條件不同 ,其制品功能與性能有明顯差異。混摻兩種半水石膏可以克服單獨使用β型半水石膏做模具石膏時軟化系數低、壽命短和單獨使用α型半水石膏時吸水率低的缺陷。利用脫硫石膏制備 α、 β型半水石膏的工藝簡單 ,投入不大。
3.2 脫硫灰渣利用新技術
3.2.1 制貧水泥控制性低強度材料
控制性低強度材料 (CLS M)的開發是工業固體廢物資源化利用的一個主要途徑。CLS M的典型組成為水泥、 粗細集料、 水和以粉煤灰為代表的其他工業廢棄物。CLS M不需要養護或壓實 ,雖然其強度比混凝土低得多 ,但與壓實回填料相當; CLS M通常具有低強度、 高流動性、 大量消耗工業固體廢物等特點 ,且對抗凍融性、 抗磨蝕、 抗化學侵蝕能力要求不高; CLS M比土質或者砂粒回填材料貴 ,但比傳統的回填材料性能優越。美國混凝土協會定義 CLS M的使用范圍廣泛 ,包括開放式涵洞、 露天礦山、 橋梁底部、 涵箱及排水渠或者排水管的內外部、 其他回填應用等。
脫硫灰渣制貧水泥 CLS M的研究可分為兩個技術層面 ,首先是利用脫硫灰渣的潛在膠凝活性 ,配合礦渣復合料、 化學激發劑等外摻材料制備灰渣膠凝材料以替代水泥;其次 ,以未活化的脫硫灰渣、 粉煤灰作為細集料 ,以破碎鋼渣、 廢舊混凝土、 磚石等為粗集料 ,加入適量的水和外加劑制備貧水泥 CLS M 材料。筆者對脫硫灰渣制貧水泥 CLS M的可行性進行了探討 ,認為該技術的優點在于回填過程中無需夯擊搗實 ,施工工作量小、 噪音低;回填區管構受力小、 變形均勻 ,施工面沉降小;強度低 ,方便回填區的二次開挖。因此 ,適合在市政工程中大量應用。
3.2.2 作填埋場防滲材料
封閉型垃圾填埋場要求人工改性防滲材料具有良好的空隙結構、 能吸附滲濾液中的污染物質 ,能與滲濾液中的部分物質發生化學反應。同時,大多數重金屬在堿性環境中不易析出 ,另外 ,防滲材料的自膠凝特性可以使襯層底部防滲透特性大為改善。因此 ,筆者認為脫硫灰渣用作填埋場防滲材料具有可行性。一方面 ,脫硫灰渣中含有相當一部分飛灰 ,而飛灰已被證明具有極強的吸附重金屬能力;脫硫灰中的游離 CaO、 Ca (OH) 2 及 CaCO3 等成分都可以直接與酸性垃圾滲濾液發生化學反應, 具有較強的酸中和能力;經過適當改性后 ,脫硫灰渣具有自膠凝特性。另一方面 ,填埋場考慮的首要問題是滲濾液中的有毒、 有害污染物質的去除與穩定化。筆者曾利用脫硫灰渣作為吸附材料 ,對模擬垃圾滲濾液中的屬于優先需要控制的污染物如重金屬、 CODCr、 BOD5、 總磷和氨氮、 以及濾液 pH值進行了室內吸附試驗 ,結果表明:吸附后的濾液中污染物濃度滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準 》 (GB 16889 - 2008)的限值要求;以脫硫灰渣摻合天然黏土材料以及一定比例的石灰、 粉煤灰合成的人工改性防滲材料可以滿足滲透率不大于 1 ×10 - 7 cm / s,抗壓強度大于 0 . 6MPa的要求。
3.2.3 脫硫灰渣淤泥固化
淤泥是一種流變性很強的飽和軟粘土 ,次固結變形在總變形中占有很大的比重 ,經過固化處理的淤泥 ,物理、 力學性質發生變化可形成土工材料 ,并可廣泛應用于市政建設中。脫硫灰渣改性淤泥一是可在制備灰渣膠凝材料中作為膠結料使用; 其次 ,由于脫硫灰渣自身具有很強的親水性以及微集料效應 ,可以作為淤泥固化改性的摻合料。利用正交試驗 ,根據固化后材料的含水率、 干密度、 干縮性和抗壓強度等指標確定最佳配合比 ,脫硫灰渣改性淤泥的抗剪強度達到:粘聚力 C ≥30 kPa、 內摩擦角φ > 25° 、 滲透系數為 1 × 10 - 6 cm / s。可以滿足市政工程中對回填土方性能的要求。
4 結語
利用對燃煤電廠而言 ,煙氣脫硫副產物的資源化可以增加其經濟效益 ,降低廢物處置成本 ,延長灰場使用年限 ,降低環境污染風險;對其他以脫硫副產物為原材料的企業而言 ,可以降低產品的成本 ,部分提高產品的使用性能 ,增強產品的競爭力。因此 ,要結合產品的“性價比 ” 來評價脫硫副產物的綜合利用 ,對性能好但成本高的產品考慮用含脫硫副產物等低成本產品替代。在脫硫副產物應用的傳統領域 ,應繼續加大推廣力度 ,使其產品迅速形成產業化規模;對于某些資源化新領域 ,研究成果要能夠有針對性地切實解決經濟發展中遇到的問題 ,這樣才能形成產業化。
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