电厂烟气半干法脱硫灰资源化利用方法研究

论文摘要

煤炭是我国最主要的一次能源,大量煤炭直接燃烧导致严重的烟尘和二氧化硫污染及酸雨等环境问题。随着国家节能减排要求的日趋严格,我国各地燃煤电厂纷纷建设烟气脱硫工程。与湿法脱硫相比,半干法脱硫因其占地面积小,投资少,无废水产生,操作维护简便等优点比较适合当前我国国情,正在得到广泛应用。然而由半干法脱硫产生的副产品高钙脱硫灰与普通粉煤灰在成分与性质上有所不同,又成为新的固体废物。随着各地电厂半干法烟气脱硫装置的不断安装与运行,如果不能及时地对脱硫灰渣进行合理利用,被抛弃的脱硫灰会造成二次污染,并将占用大量宝贵的土地资源,甚至会影响脱硫工程的正常运转。因此对半干法烟气脱硫灰的处理和资源化利用已成为当前急需研究解决的问题。本文针对某钢铁公司发电厂由NID （Novel Integrated Desulphurization）半干法烟气脱硫工艺产生的高钙脱硫灰,在对其进行成分、物相和形貌分析的基础上,寻求其适宜的资源化利用途径。本文探讨了通过选择适宜的浸取液和碳化剂,利用脱硫灰中的钙合成轻质碳酸钙的可行性,分别研究了钙浸取和碳酸钙合成中有关条件因素的影响,优化工艺参数,确定出适宜的工艺条件。本文同时还研究了利用脱硫灰和浸取钙后的剩余脱硫灰残渣处理废水的可行性。在脱硫灰浸取实验中,重点考察了氯化铵溶液浓度、浸取时间、氯化铵过量程度及温度等因素对钙镁浸取率的影响。在单因素实验基础上,通过正交实验确定影响因素主次顺序为：温度、氯化铵溶液浓度、时间、氯化铵过量程度,最佳条件为：温度20℃、氯化铵溶液浓度2.0mol·L-1、氯化铵过量程度15%、浸取时间40min。在最佳条件下,钙离子浸取率达到82.14%,镁离子浸取率为6.44%。利用在最佳钙浸取条件下得到的脱硫灰浸取液,分别以碳酸铵和CO2两种碳化剂,通过液液反应和气液反应制备碳酸钙。对液液反应考察了温度、（NH4）2CO3溶液浓度、CaCl2/（NH4）2CO3摩尔比、pH值等因素对合成碳酸钙品质的影响,通过正交实验确定影响因素主次顺序为：温度、pH、碳酸铵溶液浓度、CaCl2/（NH4）2CO3摩尔比,最佳条件为：温度20℃、碳酸铵浓度2.5mol·L-1、 CaCl2/（NH4）2CO3摩尔比1：1、初始pH值为10。对气液反应考察了温度、搅拌速率、通气速率、空气/CO2体积比及pH对合成碳酸钙品质的影响,在初始pH值不调节的情况下,通过正交实验确定影响因素主次顺序为：空气/CO2体积比、搅拌速率、温度、通气速率,最佳条件为：温度25℃、搅拌速率500r·min-1通气速度20mL·min-1、空气/CO2体积比3：2。对两种碳化方式制备出的最佳碳酸钙产品通过X射线衍射和扫描电镜进行了物相和形貌分析。在最佳条件下,液液反应合成的碳酸钙颗粒为球形,粒径2μm左右,纯度为98.7%,白度为97.1；气液反应合成的碳酸钙颗粒为立方形,粒径3μm左右,纯度为97.6%,白度为96.8。分别将浸取钙后剩余脱硫灰渣和干燥的原脱硫灰用于处理氯化铵模拟废水,结果表明干燥的原脱硫灰渣脱氮效果更好。当原水氨氮浓度为10mmg-L-1时,在20℃、速率为250r·min-1条件下,脱氮率达到58.64%。利用脱硫灰处理垃圾渗滤液,考察了垃圾渗滤液的起始浓度、温度、pH、脱硫灰加入量、腐植酸浓度等因素对处理效果的影响。通过正交实验确定影响因素主次顺序为：稀释倍数、脱硫灰加入量、pH、温度；最佳反应条件为：原水稀释倍数200倍、温度40℃、pH=5、每25mL废水中脱硫灰加入量0.28g。在最佳条件下,废水的氨氮、CODCr、色度、浊度去除率分别达到20.01%、88.31%、69.72%、78.33%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 脱硫灰的来源、组成及性质
• 1.1.1 脱硫灰的产生
• 1.1.2 脱硫灰的组成及性质
• 1.2 脱硫灰的排放及对环境造成的危害
• 1.3 半干法烟气脱硫技术简介
• 1.3.1 烟气脱硫FGD技术
• 1.3.2 NID脱硫技术
• 1.3.3 旋转喷雾干燥法（SDA法）
• 1.3.4 炉内喷钙增湿活化法（LIFAC法）
• 1.4 脱硫灰的资源化利用研究现状
• 1.4.1 脱硫灰在建筑材料方面的应用
• 1.4.2 脱硫灰在农业生产方面的应用
• 1.4.3 脱硫灰在水处理方面的应用
• 1.4.4 脱硫灰在其他方面的应用
• 1.5 本课题的提出
• 1.5.1 脱硫灰制碳酸钙
• 1.5.2 脱硫灰在水处理中的应用—作水处理剂
• 1.6 本课题研究目的及意义
• 1.7 本课题主要研究内容
• 第2章 实验方案及准备工作
• 2.1 实验方案设计
• 2.2 脱硫灰成分、物相及形貌分析
• 2.3 反应机理
• 2.3.1 氯化铵溶液浸取脱硫灰
• 2.3.2 脱硫灰制备碳酸钙
• 2.3.3 脱硫灰处理废水
• 2.4 分析测定方法
• 2+、Mg²⁺分析方法'>2.4.1 Ca²⁺、Mg²⁺分析方法
• 2.4.2 物料粒径、形貌、物相分析
• 2.4.3 水样中氨氮含量测定
• 2.4.4 水样pH测定
• Cr含量测定'>2.4.5 水样中COD_Cr含量测定
• 2.4.6 水样色度、浊度测定
• 2.4.7 灰样CEC的测定
• 2.5 实验仪器、设备及试剂
• 2.5.1 实验主要仪器及设备
• 2.5.2 主要化学试剂及原料
• 2.6 本章小结
• 第3章 脱硫灰制备碳酸钙实验研究
• 3.1 浸取钙过程中的主要影响因素
• 4Cl溶液浓度对离子浸取的影响'>3.1.1 NH₄Cl溶液浓度对离子浸取的影响
• 3.1.2 浸取时间对浸取离子的影响
• 4Cl溶液过量程度对离子浸取的影响'>3.1.3 NH₄Cl溶液过量程度对离子浸取的影响
• 3.1.4 温度对离子浸取的影响
• 3.2 主要因素对浸取钙影响的正交实验结果
• 3.3 制备碳酸钙过程及其主要影响因素
• 3.3.1 液液反应制备碳酸钙
• 3.3.2 气液反应制备碳酸钙
• 3.4 碳酸钙制备的正交实验结果
• 3.5 碳酸钙的SEM及XRD分析
• 3.5.1 液液反应制备的碳酸钙
• 3.5.2 气液反应制备的碳酸钙
• 3.6 本章小结
• 第4章 脱硫灰用于废水处理实验研究
• 4.1 脱硫灰残渣CEC值测定
• 4.2 脱硫灰残渣的SEM及XRD分析
• 4.2.1 脱硫灰残渣的SEM分析
• 4.2.2 脱硫灰残渣的XRD分析
• 4.3 脱硫灰残渣处理氯化铵模拟废水
• 4.4 脱硫灰处理垃圾渗滤液
• 4.4.1 脱硫灰处理垃圾渗滤液的主要影响因素
• 4.4.2 脱硫灰处理垃圾渗滤液的正交实验
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文