天然礦物在燃煤固硫中的應用技術
一、項目背景
工業型煤固硫是控制燃煤在燃燒中固硫降污的重要方式。型煤技術有百余年的發展歷史，世界各國的發展技術也不盡相同，卻有相同的發展趨勢：清潔高效燃燒，成型規?；?，用途多樣化。我國的工業型煤研究起步較晚，近年來在無煙煤、煙煤、褐煤以及煤泥的成型技術研究取得了一些新進展。型煤成型中通常采用的添加劑有粘結劑、固硫劑和助燃劑。80年代以前，西方發達國家曾采用石灰石與煤混合加入燃煤鍋爐，結果只能獲得不到40％的固硫率?！傲濉币詠?，國內在爐內固硫技術也做了大量研究工作，但基本上處于實驗室研究階段，并且實際的固硫率難以達到50％。
二、技術原理
提高固硫率的方法有三條途徑：一是促進二氧化硫與固硫劑接觸，提高固硫劑的實際利用率，如通過改變固硫劑表面性質，特別是比表面。二是抑制高溫條件下形成的硫酸鹽的分解和二氧化硫向三氧化硫的轉化率，如某些鐵、硅、鈉、錳、鍶等化合物具有催化氧化性能以及抑制功能，能促進二氧化硫向三氧化硫轉化速率，加快形成硫酸鹽，同時抑制形成的硫酸鹽分解。三是添加的化合物能讓硫在更高溫度下以更穩定的新物相存在，此方面研究尚屬探索階段。
我們的研究成果表明，導致高溫硫酸鹽分解的主要因素是由于燃燒中型煤內部存在局部缺氧的還原氣氛。通過研究某些高溫下形成疏松孔道結構天然礦物或改性礦物并以此為固硫添加劑，可營造燃煤內部氧化氣氛，有效地阻止硫酸鹽分解。添加某些高溫下具膨脹性能的
礦物，一方面可導致型煤整體結構松散，促進氧氣在內部擴散流通，利于二氧化硫與碳酸鈣分解產物氧化鈣接觸，提高活性氧化鈣比例。同時，還原氣氛下固硫產物硫酸鈣分解速率大大降低，促使固硫率提高；另一方面，膨脹產生層間巨大的比表面能和層間域，為吸附和固
定硫酸鈣創造了極好的能量條件和空間場所。另外，較高氧氣濃度促進了煤中含碳物質燃燒，起到良好助燃作用，減少碳質粉塵飄散和一氧化碳排放濃度。此膨脹礦物固硫劑還可改善燃燒條件，降低著火點，提高燃燒率及燃燒時釋放熱量強度。
三、技術特點
我們開發研制了環境礦物材料固硫劑，在添加鈣基固硫相的基礎上，引入膨脹性天然礦物，特別是利用其高溫下熱穩定性和化學不穩定性這一特點以及礦物富含層間可交換陽離子鈣、鎂和鐵等，保證了型煤燃燒良好的氧氣通道以及吸附固定硫酸鹽物相。先后對山東肥城的煙煤和大同煙煤進行了型煤固硫實驗，取得了較為成功的實驗結果，總體上固硫率均高于60％，在不同燃燒溫度和時間下的平均固硫率在75％以上。
如原煤的含硫量為3．02％，添加的碳酸鈣量以和原煤Ca／S摩爾比值為2，型煤成型壓力為30MPa，實測所制型煤抗壓強度大于民用蜂窩型煤，約為1．2MPa，燃燒后試樣均保持完好的原形，無出現塌崩碎裂現象，基本滿足使用要求。
對煤渣進行電鏡觀察，發現所添加高溫膨脹礦物層間結構疏松，上附有微晶硫酸鈣，由于氧氣濃度的增大，碳酸鈣基本分解成氧化鈣并與二氧化硫反應形成針狀或柱狀晶石膏。
四、應用前景
本固硫劑在高硫煤的固硫實驗中取得較好效果，可在較高硫含量的型煤如蜂窩煤工業化生產中進行推廣使用。固硫劑配方簡單，所采用的主要礦物原料為礦山廢棄物，粘結劑為儲量豐富的天然礦物。實際生產中基本不影響型煤加工成型工藝，所制型煤的各項使用性能均符合相關指標和要求。原材料來源廣泛，價格低廉，目前售價約為50元／噸，遠低于原煤售價，經濟效益與環境效益顯著。