什么是钙基固硫？

【专家解说】：天然矿物在燃煤固硫中的应用技术 一、项目背景 工业型煤固硫是控制燃煤在燃烧中固硫降污的重要方式。型煤技术有百余年的发展历史，世界各国的发展技术也不尽相同，却有相同的发展趋势：清洁高效燃烧，成型规模化，用途多样化。我国的工业型煤研究起步较晚，近年来在无烟煤、烟煤、褐煤以及煤泥的成型技术研究取得了一些新进展。型煤成型中通常采用的添加剂有粘结剂、固硫剂和助燃剂。80年代以前，西方发达国家曾采用石灰石与煤混合加入燃煤锅炉，结果只能获得不到40％的固硫率。“六五”以来，国内在炉内固硫技术也做了大量研究工作，但基本上处于实验室研究阶段，并且实际的固硫率难以达到50％。 二、技术原理 提高固硫率的方法有三条途径：一是促进二氧化硫与固硫剂接触，提高固硫剂的实际利用率，如通过改变固硫剂表面性质，特别是比表面。二是抑制高温条件下形成的硫酸盐的分解和二氧化硫向三氧化硫的转化率，如某些铁、硅、钠、锰、锶等化合物具有催化氧化性能以及抑制功能，能促进二氧化硫向三氧化硫转化速率，加快形成硫酸盐，同时抑制形成的硫酸盐分解。三是添加的化合物能让硫在更高温度下以更稳定的新物相存在，此方面研究尚属探索阶段。 我们的研究成果表明，导致高温硫酸盐分解的主要因素是由于燃烧中型煤内部存在局部缺氧的还原气氛。通过研究某些高温下形成疏松孔道结构天然矿物或改性矿物并以此为固硫添加剂，可营造燃煤内部氧化气氛，有效地阻止硫酸盐分解。添加某些高温下具膨胀性能的 矿物，一方面可导致型煤整体结构松散，促进氧气在内部扩散流通，利于二氧化硫与碳酸钙分解产物氧化钙接触，提高活性氧化钙比例。同时，还原气氛下固硫产物硫酸钙分解速率大大降低，促使固硫率提高；另一方面，膨胀产生层间巨大的比表面能和层间域，为吸附和固 定硫酸钙创造了极好的能量条件和空间场所。另外，较高氧气浓度促进了煤中含碳物质燃烧，起到良好助燃作用，减少碳质粉尘飘散和一氧化碳排放浓度。此膨胀矿物固硫剂还可改善燃烧条件，降低着火点，提高燃烧率及燃烧时释放热量强度。 三、技术特点 我们开发研制了环境矿物材料固硫剂，在添加钙基固硫相的基础上，引入膨胀性天然矿物，特别是利用其高温下热稳定性和化学不稳定性这一特点以及矿物富含层间可交换阳离子钙、镁和铁等，保证了型煤燃烧良好的氧气通道以及吸附固定硫酸盐物相。先后对山东肥城的烟煤和大同烟煤进行了型煤固硫实验，取得了较为成功的实验结果，总体上固硫率均高于60％，在不同燃烧温度和时间下的平均固硫率在75％以上。 如原煤的含硫量为3．02％，添加的碳酸钙量以和原煤Ca／S摩尔比值为2，型煤成型压力为30MPa，实测所制型煤抗压强度大于民用蜂窝型煤，约为1．2MPa，燃烧后试样均保持完好的原形，无出现塌崩碎裂现象，基本满足使用要求。 对煤渣进行电镜观察，发现所添加高温膨胀矿物层间结构疏松，上附有微晶硫酸钙，由于氧气浓度的增大，碳酸钙基本分解成氧化钙并与二氧化硫反应形成针状或柱状晶石膏。 四、应用前景 本固硫剂在高硫煤的固硫实验中取得较好效果，可在较高硫含量的型煤如蜂窝煤工业化生产中进行推广使用。固硫剂配方简单，所采用的主要矿物原料为矿山废弃物，粘结剂为储量丰富的天然矿物。实际生产中基本不影响型煤加工成型工艺，所制型煤的各项使用性能均符合相关指标和要求。原材料来源广泛，价格低廉，目前售价约为50元／吨，远低于原煤售价，经济效益与环境效益显著。