半干法脱硫灰资源化利用研究现状

半干法脱硫灰资源化利用研究现状

柳玉，曾宪军

（陕西北元化工集团股份有限公司，陕西 榆林 719319）

摘要：通过对脱硫灰的产生工艺进行介绍，分析脱硫灰利用的难点及现状，根据脱硫灰利用的难点提出生产中如何避免这种现象的产生。

关键词：脱硫灰；资源化利用；脱硫技术；

1 引言

近年来，随着我国对环境污染的重视，燃煤污染的治理力度逐年加大，硫氧化物等污染物排放的法律法规日益严谨，电厂、钢厂等煤炭消费企业都相继装备了脱硫系统。半干法脱硫系统生成的废灰渣较之普通工业废灰，外观、组分、性质都产生较大变化。使之在资源化应用中具有不稳定性，当前多以堆放和抛弃处置为主，造成环境污染。

2 烟气脱硫技术

烟气脱硫技术是通过吸附或者与脱硫剂反应等方式将烧结烟气中的SO₂脱除，避免其扩散至大气中的工艺。依据其脱硫方式以及反应产物的形貌，一般可分为：湿法、半干法、干法三大类。

2.1 湿法烟气脱硫工艺

湿法烟气脱硫工艺是采用石灰石粉（电石渣）制成浆液作为脱硫剂，与经降温后进入吸收塔的烟气接触混合，烟气中的SO₂与浆液中的CaCO₃或Ca(OH)₂以及加入的氧化空气进行化学反应，生成二水石膏的脱硫方式。

2.2 干法烟气脱硫工艺

干法烟气脱硫工艺采取将粉状吸收剂喷入炉膛、省煤器以及烟道中，以充分与烟气中的SO₂反应，生成脱硫灰。

2.3 半干法烟气脱硫工艺

该工艺是将石灰浆液雾化后喷射到烟道中（高钙粉剂与水溶液分别喷入），浆液进入后会吸收烟气中SO₂，同时由于烟气的显热会获得干粉状的脱硫灰。目前，主流半干法烟气脱硫技术包括喷雾干燥法脱硫工艺、CFB-FGD 工艺以及烧结机烟气净化技术等。

3 脱硫灰应用难点

首先，化学成分含量不稳定。受燃煤、预除尘效率、电石渣下料、脱硫效率及运行工况等影响，脱硫灰成分复杂，除了CaSO₃（30%-45%）、CaSO₄（5%-10%）、CaO（10%-15%）、Ca(OH)₂（10%-20%）、SiO₂（5%-15%）等无机物外，还混有未完全燃烧的煤粉和少量氯化物等。其次，CaO和CaSO₃结构不稳定。脱硫灰中CaO含量较高，在长期储存过程中会发生化学反应，生成Ca(OH)₂、CaCO₃，体积膨胀并伴有热量变化，且高温会使CaSO₃分解放出SO₂，造成环境污染。最后，CaSO₃与CaSO₄对水泥熟料矿物中的铝酸三钙(C₃A)和铁铝酸四钙(C₄AF)作用机理的不同^[1]，导致脱硫灰(主要为CaSO₃)不能像脱硫石膏(主要为CaSO₄)一样应用于水泥行业。所以在直接用脱硫灰做水泥混合材、砖瓦块、混凝土等材料的添加物时，会破坏建材的结构，进而影响建筑的安定性。

4 国内半干法脱硫灰的资源化利用研究现状

目前国内还没有关于干法脱硫灰产量及其可行性利用方式的官方统计数据。以下结合干法脱硫灰的相关研究成果介绍几种干法脱硫副产物利用方式。

4.1 制备加气混凝土砌块

脱硫灰蒸压加气混凝土是指以脱硫灰为主要原材料，添加部分粉煤灰并辅以水泥、石灰等材料，通过铝粉发气，采用合适的蒸压养护制度生产制备的加气混凝土。而脱硫灰中含有的粉煤灰、消石灰、半水亚硫酸钙等活性成分恰好适用于生产加气混凝土砌块产品。有研究结果表明^[2]，掺入25%烧结机脱硫灰制得的蒸压加气混凝土砌块的抗压强度为10.8MPa，干密度为682kg/m³，可符合GB11968—2006对B07级的优等品要求。榆林地区每年大约生产50万立方米加气混凝土切块，理论上可消耗脱硫灰8.5万吨。

4.2 制备蒸压砖

将经过处理达到使用要求的粉煤灰、激发材料、胶凝材料、骨料、外加剂等，按照不同的比例混合、搅拌、消化、混碾、成型、高温高压蒸汽养护制得的成品即为蒸压砖。脱硫灰中Ca(OH)₂和CaSO₄成分可以增加体系碱度，激发矿渣等废渣的活性，为脱硫灰应用于粉煤灰蒸压砖提供了基础。

4.3 沥青混合料

沥青混合料用矿粉是由石灰岩或岩浆岩等碱性石料经磨细加工的粒径小于75μm的矿物质粉末所组成。石灰石矿粉为非塑性粉末，沥青的粘结力偏小，而脱硫灰中含有一定比例未完全反应的消石灰(5%-20%），可作为沥青混凝土的抗剥落剂，提高沥青的粘结力，改善沥青混合料的质量^[3]。

4.4 其他方面应用研究

（1）脱硫灰氧化研究。安徽工业大学宋月采用H₂O₂氧化剂以CuSO₄为催化剂对脱硫灰进行了氧化研究^[4]，得出：脱硫灰中CaSO₃与H₂O₂摩尔比n(CaSO₃):n(H₂O₂)=20:1、每百克脱硫灰中滴加2.5×10^-5mol CuSO₄，25℃下反应1h，CaSO₃氧化率达到51.27%，满足脱硫灰规模化应用的要求。并研究了以氧化脱硫灰为原料制备免烧砖和胶凝材料的可行性研究，并得出最佳掺入值。

（2）作区填充料

北京科技大学与金川集团股份有限公司联合研发的利用脱硫灰渣与粉煤灰制备胶凝材料

^[5]已经在金川龙首矿应用，此胶凝材料中脱硫灰渣配比达到18%，可有效处理脱硫灰废渣，并获得经济效益和环保效益。2020年4月15日，陕西省自然资源厅和陕西煤业矿山生态修复产业合作框架协议签约仪式成功举行，矿山生态修复可能会成为脱硫灰资源化利用的新途径。

5 结论与建议

半干法脱硫灰作为脱硫技术发展过程中的新型固体废物，目前仍处于实验室阶段，国内无相关使用案列。脱硫灰复杂的化学成分和不稳定性使得其在资源化利用研究过程中具有多向性。不同行业及领域均可利用其中的部分化学成分或元素，但又因其成分的复杂使得其再利用受到限制。在目前脱硫灰不能有效回收利用的情况下，热电厂应从以下几方面降低脱硫灰造成的经济费用。

第一，加强生产管理，严控工艺操作制度，减少因操作、设备原因造成的脱硫剂给料阀门关不严、关闭不及时等情况，使得脱硫灰品质不稳定、产生量波动。

第二，加强生产管理，确保电收尘器的收尘效率，减少因收尘效率低而造成粉煤灰混入脱硫灰。

第三，通过更换、改造等技术手段改善脱硫工艺与设备，增加脱硫效率，降低脱硫剂的使用量，从源头上减少脱硫灰的产生量，从而减少固废处理费用。

参考文献

[1] 刘进强，刘姚君，王澜，等．干法脱硫灰对C₃A/C₄AF水化的影响研究[J]．新型建筑材料，2018(7)：20-23．

[2] 郭幻，宋存义．烧结脱硫灰制备蒸压砖加气混凝土切块的研究[J]．环境工程学报，2011（3）：689-695．

[3] 陈海湘，林婵华．脱硫灰替代沥青混合料填料应用研究 [J]．道路工程，2019，(5)：18-21．

[4] 宋月．半干法烟气脱硫氧化与应用研究 [D]．安徽：安徽工业大学，2019．

[5] 杨晓炳，王永定，等．利用脱硫灰渣和粉煤灰开发充填胶凝材料及在金川矿山应用 [J]．矿产综合利用，2019，(4)：130-134．

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