脱硫石膏应用.pdf

电 力 设备日 e c t r ic a l E q u ip m e n t咤 歹A u g.2 0 0 3V o 1.4N o.42 0 0 3年8月第4器 第4期烟气脱硫石膏在建筑业、建材业中的应用 陶有生(国 家建筑材料工业科技教育委员会 北京1 0 0 8 3 1)摘要:论述了烟气脱硫石音的性能 可利用 途径，国外生 产应用惰况以及在建筑业、建材业利用的可能性.重点利用的领域以及对利用的建议关键词:烟气脱硫 石甘，性能，利用途径中图分类号:X 7 7 31 石裔在建筑业、建材业中的 用途 石膏在建筑业、建材业中有着广泛的用途，是多种建筑材料及制品的重要原材料。石膏可以制作下列产品:(1)石膏板。包括:纸面石膏板，石膏纤维板，石膏创花板，石膏空心条板，石膏空心大板。(2)石膏砌块。包括:实心砌块，空心砌块。(3)粉刷石膏。(4)石膏天花板及装饰件。(引 石膏线角。(6 1 石膏砖。(7)石膏粘结剂。(8)水泥缓凝剂。(9)加气混凝土外加剂。(1 0)石膏灰浆(用于自 流平地面)。(1 1)石膏模具，其中卫生陶瓷工业用量较大。2 石膏及其制品是标准的绿色建材 石膏用做建筑材料或建材制品有如下突出优点和比较优势。(1)在建筑业、建材业广泛使用的 水泥、石灰、石膏三大胶材料中石膏的生产能耗最低。水泥、石灰、石膏生成最终产物的焙烧温度分别为1 4 5 0 C、8 5 0-9 5 0 T,1 7 0 C。石膏的生产能耗仅为水泥的1/4，石灰的 1/3 0 (2)建筑石膏的烧成、石膏制品的生产和应用过程中不排放废渣、废水和对人体有害的物质，仅排出水蒸汽和一定粉尘。(3)材料在使用后可回收再利用，不产生废料，不增加环境负荷。(4)建筑石膏是不燃材料，在发生火灾时其所含的结晶水分解产生大量水蒸气，水蒸气幕阻隔燃烧的蔓延。在石膏中结晶水分解完后，受体的温度才从1 4 0 开始继续上升，二水硫酸钙中结晶水分解速度为每1 5 m i n 6 m m，对8 c m厚的制品其耐火等级在4 h以 上。而且石膏在受火时不易产生崩裂。(5)建筑石膏及制品的 成型水料比在0.6 一。.8,水化硬化后大量游离水在干燥过程中蒸发，制品中留下大量孔隙。在室内湿度大时，这些孔隙将水分吸人，湿度小时又释放出 来，形成调节室内 湿度的“呼吸功能”使人感到舒适。(.6)石膏建材制品生产速度快，施工效率高，基本上属干作业。由于制品尺寸精度高，墙面不用抹灰，只需刮一层薄薄的腻子找平即可，不像水泥砂浆面层需等2 8 天后才能进行装饰。可以 说建筑石膏是能真正实现清洁生产的标准的绿色建材、生态建材、环保建材，是可以实现持续发展的，安全、舒适、环保的建筑材料。3 烟气脱硫石资的性能3.1 基本性能 烟气脱硫石膏呈较细颗粒状，平均粒径约4 0-6 0 K m,颗粒呈短柱状，径长比在1.5 一 2.5 之间。颜色呈灰、黄，其中 二水硫酸钙含量较高一般都在9 0以上，含游离水一般在1 0%一 1 5%，其中还含有飞灰、有机碳、碳酸钙、亚硫酸钙以及由钠、钾、镁的硫酸盐或氯化物组成的可溶性盐等杂质。3.2 烟气脱硫石裔与天然建筑石资比 较3.2，化学组成及细度 天然石膏与烟气脱硫石膏的化学成分及细度见表1、表2。万方数据电力设备第4 卷表，天然、脱硫石膏化学成分及细度项日Ca 0S I 0,A l,o,S 0 3F e z 0 3M g 0工 刃 5 5筛 余(4 5 y.)/%大然石音3 1.54.31.7 341.11.1 51.3 01 7.28.8脱硫石青3 1.62.70.74 2.40.51.01 9.21.0表2 颗粒粒径分布粒度/卜 m8 06 05 04 03 02 01 05天然石膏筛余/%1 0.94.79.54.91 4.41 5.52 0.01 2.7脱筛石膏筛余厂%5 O巧 58.32 193 1.01 5.7了 70.4 注:天 然石膏中 未计 人8.8%大 于8 0 y m的颗 粒。烟气脱硫石膏与天然石膏在化学组成上相差不大，品位相当，而天然石膏的杂质以粘土矿物为主，在磨细 后颗 粒较 大，一般在1 4 0 W。左右。在杂质含量相同情况下，就脱硫石膏而言没有参加反应的 碳酸钙颗粒一部分以石灰石颗粒形态单独存在 另一部分以核形式存在于二水硫酸钙中心，这就增加了 有效参与水化反应的 硫酸钙颗粒数量，使其有效组分高于天然石膏，而天然石膏杂质在水化时一般不能参加反应，在一定程度上使天然石膏性能不及脱硫石膏。3.2.2 脱硫建筑石青的性能 脱硫建筑石膏的性能及其与天然建筑石膏的性能比较见表3 0表3 脱硫建筑石裔与天然建筑石奋性能比较石膏品种水膏比/呢初凝/m i.终凝/m m抗压强度/M P a抗折强度/M P s脱硫建筑石膏天然建筑石膏:):.:;.:脱硫建筑石膏天然建筑石青:.:.:，:.:脱硫建筑石膏天然建筑石膏6 0W7.258.0:_:;:脱硫建筑石膏天然建筑石膏70707.758.5:.:，;.:注:脱硫ip筑石询 浙准稠度5 6.7%;天然建筑石裔标准稠度6 0%,从表3 可以看出，两者标准稠度相差不大，凝结时间非常接近，但抗压强度相差较大。在标准稠度需水量时，脱硫石膏的抗压、抗折强度分别比天然石膏高出1 0 0%和8 0%，比国家标准优等品指标高7 8%和7 2%。在用水量高于标准稠度用水量2 5%时，脱硫建筑石膏的强度仍可 达到国家标准优等品水平。而天然建筑石膏的 用水量在低于标准稠度需水量6%时，其强度才能 达到国 家标准优等品 水平。脱硫建筑石膏的强度之所以高于天然建筑石膏是由 于 脱 硫 建筑石膏的 结晶 体为 柱体，其结构紧 密，致密的结晶结构网使水化、硬化体有较大的表观密度，它比 天然 石膏硬化体高1 0%一 2 0%,因而有较高强度;天然建筑石膏水化产物多为针状、片状结晶，而晶体接触点间压力较大，晶体结构较疏松故硬化体强度较低4 烟气脱硫石资在建筑业、建材业中的应用4.，烟气脱硫石青种类 烟气 脱硫石膏有多种制造工艺，目 前应用较为广泛的有:1)石灰石一 石膏湿法脱硫工艺;2)喷 雾干燥法脱硫工艺;3)炉内喷钙加尾部加湿活化脱硫工艺;4)烟气循环流 化床脱硫工艺;5)海 水脱硫 工艺;6)电子束法脱硫工艺;7)氨水洗涤法脱硫工艺。不同的工艺所得石膏的化学组成及性能差别较大，利用的可能性、方法、用途均不一样。其中以石灰石一 石膏湿法脱硫工艺在技术上最为成熟，应用也最多，也只有石灰石湿法脱硫石旁便于应用，应用领域万方数据第4 期陶有生:烟气脱硫石膏在建筑业、建材业中的应用也比较厂 一 泛。石灰石湿法脱硫石膏(下 指脱硫石膏)具有非常优越的性能，是很好的建材工业原料，在国内外应用都已 很成熟。脱硫石膏在建筑业、建材业中主要应用作水泥缓凝剂、纸面石膏板、石膏空心板、石膏空心大板、石膏砌块、粉刷石膏、自 然平地面石膏浆料。4.2 国外石灰石湿法脱硫石裔的发展 脱硫石膏的工业化生产和使用已超过2 0年之久。在美国、欧洲各国以及日 本得到高度重视和很好发展。2 0 0 0年美国工业附产石膏使用量已达6 0 0 万t，其中以烟气脱硫石膏为主，主要用于波特兰水泥、建筑石膏、各种石膏板，并成为石膏板，特别是纸面石膏板的首选原料。脱硫石膏在欧洲已经比 较广泛生产和应用。2 0 0 1】年在西欧和东欧的I S 个国家有9 4 0 0 M W电厂装备了石灰石湿法烟气脱硫装置，生产1 5 8 0 万t 脱硫石膏，预计到2 0 0 5 年石灰石湿法脱硫石膏生产能力将达1 9 3 0 万 t，比2 0 0 年增长2 2%,欧洲脱硫石膏的数量和分布见表4，其中德国达到6 2 0 万t，占 有欧洲 最大份额。衷4 欧洲的脱硫石.数t国别已安装的湿式烟气 脱硫系 统/M W脱硫石膏数量2 0 0 1 年/千 t 2 0 0】年/千 t 奥 地 利 比利 时克罗地亚捷克共和国丹麦芬兰 法国德国希腊 匈 牙 利 意 大 利荷兰波竺斯洛伐克斯洛文尼亚 西 班 牙 上 耳 其英国全部欧洲1 5 0 0 5 0 0 21 05 7 1 042 0 01 8 0 01 2 0 05 1 0 0 0 4 5 0 6 0 041 8 049 0 069 0 0 4 0 0 2 7 51 7 5 026 7(59 6 09 4 2 0 5 1 0 0 3 0 3 01 9 1 洲)3 3 0 1 7 0 6 062 0 0 1 2 0 6 0 7 0 0 3 4 01 3 6 0 5 0 1 如 4 9 03 1 6 0 6 0 01 5 8 4 0 1 0 0 5 0 1 1 01 5 0 0 礴 1 7 0 9 06 5 0 0 1 9 0 3 2 01 1 0 0 3 4 01 8 3 0 5 0 3 2 0 4 9 047 0 01 0 7 01 9 3 3 0 目 前美国 脱硫石膏的利用率仅在7%一 1 0%，而其中的4 9%用于生产纸面石膏板。日 本1 9 9 7 年的利用量已达2 1 4.5 万t，利用率已达9 8%，主要用于纸面石膏板和水泥，其中石膏板占4 0.6%，水泥达5 7%o欧洲主 要用于 纸面石膏板、石膏砌块自 流 平地面。4.3 烟气脱硫石裔在我国的发展 我国是以煤为主要能源的国家，在能源总量中7 5%是煤炭，这 种状况在短期内 不会变化。据有关方面介绍，到2 0 5 0 年煤炭在中国能源中的比 甫不会低于印%，因 此5 0 2 的 排放在 短 期内 不 会消除。据 不完全统 计2 0 01 年我国S O:排放已 超过3 0 0 0 多万“年，随着经济的发展，这个数量还在继续增加。其中 全国燃煤电 厂2 0 0 年S 0 2 排放已占 全国S 0 2 排 量的4 0%,预 计到2 0 1 0 年将超过6 0%o S 0 2 形成的酸雨区正在我国 逐步扩大，已经给我国工农业生产及居民生活造成了巨大经济损失和危害。为了解决这一危害，我国政府已 制订了 相关法律和法规加以治理和控制。根据“国务院 关于酸雨控制区和二氧化硫污染控制区有关问题的 批复，(国函仁 1 9 9 8 1 5 号)文及“火电厂大气污染物排 放标准，(G B 1 3 2 2 3-1 9 9 6)的要求，预计到2 0 1 0年全国 需要对1 8 0 台机组安装烟气脱硫装置，相当于4 4 0 0 0 M W装机 容 量0 2 0 0 1一2 0 0 5年全 国需 有1 5 7 0 0 M W 装机安装烟气脱硫装置，其中国家电 力公司有1 0 0 0 0 M W约4 0 台 机 组安装烟气 脱硫装置。从1 9 9 2 年重庆路满电厂引进日 本烟气脱硫装置以 来，山西太原一电厂、重庆电厂、杭州半山电厂、北京第一热电厂、广东粤连电厂、扬州电厂相继建成脱硫装置，另有2 0 多个电厂正在建设脱硫装置，还有一批电厂正在规划之中。烟气脱硫装置的建设为建材生产提供了 数量充足品质优良的原材料，为代替天然石膏提供了 资源 条件。而烟气脱硫石膏应用的水平又反过来影响和制约着 脱硫石膏的利用和建设脱硫装置业主 的 积极 性。如果不能很好充分地应用，当把S O:从大气中 收下来解决了大气排放的污染，就又变成了地面的固 体废弃物污染，增加了回收单位的处理麻烦和负担，因 此大 力加强烟气脱硫石膏的 综合利用，尤其是在建筑业、建材业中的利 用就显得极为重要。4.4 烟气脱硫石裔在建筑业、建材业中利用途径4.4.1 在水泥工业中的应用 水泥生产是利用脱硫石膏的最佳途径，可以 成为烟 气脱 硫石膏的最大用户。我国现有水泥企业7 0 0 0家，分 布在全国 各地。2 0 0(】年生产水泥熟料5 亿多t，磨制水泥7 亿多t。水泥生产过程中需掺加熟料重量3%一 5%的 天然二水石膏作缓凝剂，按平均4%计算，每年需用天然二水石膏2 0 0 1 万t。在每个电厂周边都有若干规模产量不等的水泥厂，只要做好交流、沟通、市场开拓和组织协调工作，电厂的脱硫石膏出路是可以 解决的。在用作缓凝剂时可直接使用经过脱水的二水石青，但需将粉状石青制成颖粒供 水泥少.5K用。万方数据电 力设备第 4卷4.4.2 在建筑 墙体 粉刷中 应用 2 0 0 2 年全国配制、使用水泥砂浆或石灰、水泥混合砂浆3.7 5 亿护，使用水泥1.7 亿t，占 当年全年水泥产量的1 7%。2 0 0 2 年全国 各地新建城镇住宅5 亿多m 2，每 0 0 0 0.1 建筑 需用1 4 0 0.(合2 7 0 0 t)水泥砂浆。内 墙墙面加天花面占整个建筑需粉刷表面加砌筑所用砂浆量的近7 0%,5 亿韶 建筑内墙亦需8 5 0 0 万t 抹面 砂浆，按石膏与料二 1:3 计算，如全部用石膏，可 用为2 2 0 0 万t o4.4.3 在纸面石膏板制造中应用 我国 现 有年产1 0 0 万m 2 能力以 上的 纸面石膏板生 产线近 百 条，其中 年产2 0 0(万淤 生产线7 条，在 建的 年 产3 0 0 1 万淤生产线3 条。2 0 0 2 年 全国 纸面 石膏板 生 产 能 力 近4 亿扩，销 售2 亿多护。按厚 度9.5 c m计 算，1 扩 纸面 石膏板质 量7 一 7.5 k g，每年实 用石膏1 4 0 万t，如年产能力全部发挥则需2 8 0 万t 石膏。4.4.4 在石膏建筑砌块生产中 应用 石膏 砌块主要用于框架结构建筑、钢结构建筑、高层混凝土剪力墙结构的内隔墙，厚度一般为8 c m,石 膏 砌 块隔 墙1 扩用 石 膏约3 0-3 5 吨，每1 0 0 万扩石膏砌块需用3 万t 石膏。另外在自 流平地面、粘结石膏、装饰体及线角中也有不少应用。(3)在 脱硫石膏中 含有一定的可溶性盐，特别是水溶性镁盐。水溶性硫酸镁在制品用到建筑物数周以 后，形成盐霜析出。在水溶性镁盐小于1 0 0 W g/g时，不会出 现盐霜。当 超过1 0 0 W g/g 时在石膏悬浮液中加入一定量水泥可消除盐霜。5 在开发利用烟气脱硫石膏过程中 应注意 的问题 (1)在烟气脱硫石膏工场应建立脱硫石膏的周转贮藏库，以备脱硫石膏的间断性生产及供货情况下，保证脱硫石膏用户能连续正常生产而不受间断性作业影响。(2)对于一时不能 全部加以 利用的 企业，多 余的部分应设法贮存，实在用不完的要倾倒到适当堆场废弃。6 建议 (1)烟气 脱硫石膏是一种性能非常优越的建筑材料或建筑材料制品原料，应大力宣传充分加以利用，特别是在缺乏天然二水石膏的地方加强应用推广，变废为宝。(2)要本着多途径、多品种、能用一点是一点的原则，尽可能将烟 气脱硫石膏的产品 全部用完。(3)烟气脱硫石膏的综合利用是全社会的事，各部门应加强协作、协调，共同努力。生产烟气脱硫石膏的部门应当尽可能自 身组织加工利用，或与建材部门、企业密切配合加以利用。(4)在建材业利用以做水泥缓凝剂、建筑石膏、石膏砌块、纸面石膏板、粉刷石膏为主。在做水泥缓凝剂时，要在烟气脱硫石膏产出地制成颗粒送到水泥厂;用做粉刷石膏、石膏砌块、纸面石膏板时应在脱硫石膏产出地加工成半水石膏，并作为一种商品供应企业使用。因此在电厂上烟气脱硫石膏装置时，应同时建设半水石膏的生产装置。(5)价格是推广应用的重要因素，应尽可能降低烟气脱硫石膏生产成本和销售价格，使采用企业在使用后比使天然石膏获取同样的或更大的利益。收稿日 期;2 0 0 3-0 6 一 1 8作者简介:陶 有生(1 9 3 7 一，男，高级工程师(教授级)，长 期从事建筑材料的研究、开发和科技管理工作。A p p l i c a t i o n o f F l u e G a s D e s u l f u r i z a t i o n G y p s u m i n C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l I n d u s t r i e s(S t a t e C o n s t r u c t i o n T a o Y o u s b e n gI n d u s t r i e s T e c h n o l o g y E d u c a t i o nB e i j i n g 1 0 0 8 3 1，C h i n a)A b s t r a c t:T h e p e r f o r m a n c e s,a v a i l a b l e w a y a n d a p p l i c a t i o n s t a t u s a b ro a d f o r fl u e g a s d e s u l f u r i z a t i o n g y p s u m a r e i n-t ra d u c e d i n t h i s p a p e r.T h e s u g g e s t i o n s f o r p o s s i b i li ti e s o f u s i n g fl u e g a s d e s u l f u r i z a t i o n g y p s u m i n c o n s t r u c t i o n a n db u i l d i n g m a t e r i a l i n d u s t r i e s a n d o t h e r a r e a s a r e p r e s e n t e d.K e y w o r d s:fl u e g a s d e s u l f u r i z a t i o n;g y p s u m;p e r f o r m a n c e;a v a i l a b l e w a y万方数据