葉小君,韓洪濱,鄭志明,李海燕,明菊蘭,湯 治,程一杰(.杭州意能電力技術(shù)有限公司,杭州 300;.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院,杭州 3004)
石灰石/石灰鈣基脫硫工藝是應(yīng)用最廣泛的脫硫工藝,國(guó)內(nèi)有90%以上燃煤機(jī)組采用了鈣基脫硫工藝[1]。石灰石/石灰鈣基脫硫中固體石灰石溶解的總表面積直接影響到循環(huán)漿液的運(yùn)行pH值和吸收塔內(nèi)溶解石灰石的總量,從而決定脫硫效率[2-3]。石灰石粉研磨越細(xì),單位質(zhì)量石灰石的表面積越大,但磨細(xì)的同時(shí)研磨設(shè)備的投資、運(yùn)行成本會(huì)增加,因此需要選擇石灰石最佳粒徑分布[4]。
美、日、德等國(guó)的石灰石細(xì)度典型技術(shù)要求90%~95%石灰石粉通過325 目(45 μm)金屬篩網(wǎng)。HJ/T 179—2005《火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范石灰石/石灰-石膏法》規(guī)定:“石灰石粉的細(xì)度應(yīng)根據(jù)石灰石的特性和脫硫系統(tǒng)與石灰石粉磨制系統(tǒng)綜合優(yōu)化確定。對(duì)于燃燒中低含硫量燃料煤質(zhì)的鍋爐,石灰石粉的細(xì)度應(yīng)保證250 目(63 μm)90%過篩率;當(dāng)燃燒中高含硫量煤質(zhì)時(shí),石灰石粉的細(xì)度宜保證325 目(45 μm)90%過篩率”[5]。
目前為止國(guó)內(nèi)沒有制定針對(duì)石灰石粉粒度分析檢測(cè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),火電廠和相關(guān)檢測(cè)單位多參考DL/T 567.5—2015《火力發(fā)電廠燃料試驗(yàn)方法第5 部分:煤粉細(xì)度的測(cè)定》或GB/T 1345—2015《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法 篩析法》對(duì)石灰石粉粒度進(jìn)行分析。采用煤粉細(xì)度的測(cè)定方法分析石灰石粉粒度,過篩時(shí)石灰石粉相互成團(tuán),團(tuán)聚現(xiàn)象比較明顯,采用振動(dòng)過篩時(shí)其過篩率相當(dāng)?shù)?,無法真實(shí)反應(yīng)石灰石粉的粒度[6]。采用水泥細(xì)度的測(cè)定方法分析石灰石粉粒度,水篩法因分析過程中需要進(jìn)行干燥處理,費(fèi)時(shí)較長(zhǎng);振動(dòng)篩法操作較繁瑣,且分析過程中石灰石粉有團(tuán)聚現(xiàn)象,試驗(yàn)結(jié)果精密度較差[7]。
近年來,激光衍射法被廣泛用于測(cè)定懸浮液和干態(tài)粉末的粒度分布[8-11]。激光衍射法是20 世紀(jì)70 年代發(fā)展起來的方法,具有檢測(cè)速度快、檢測(cè)范圍寬、精度高、操作簡(jiǎn)便、重復(fù)性好、人為因素造成的誤差小等優(yōu)點(diǎn)[12]。激光衍射法已成為顆粒檢測(cè)的主要方法[13],本文研究了激光衍射法檢測(cè)石灰石粉粒度的條件,并通過與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行比較和精密度試驗(yàn),驗(yàn)證了激光衍射法用于分析石灰石粉粒度的可行性。
儀器:馬爾文激光粒度儀mastersize 2000;檢測(cè)范圍:0.02~2 000 μm;進(jìn)樣器:HYDRO2000MU(A)型;攪拌速度:2 000 r/min。
分散劑:純水(電導(dǎo)率小于2 μs/cm),折射率為1.33。
樣品:石灰石粉,折射率為1.57。
設(shè)定儀器參數(shù),用循環(huán)進(jìn)料泵將500 mL 純水引入樣品池,待儀器完成對(duì)焦后,進(jìn)行背景數(shù)據(jù)測(cè)量,測(cè)量結(jié)束后添加樣品,當(dāng)遮光度達(dá)到測(cè)試要求,停止加樣并保持穩(wěn)定(通常30 s)。當(dāng)樣品穩(wěn)定分散后,開始對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試信息由測(cè)試軟件收集和分析。
樣品遮光度穩(wěn)定后在1 min,3 min 和5 min時(shí)分別讀數(shù),分別記錄45 μm 過篩率、63 μm 過篩率和中位直徑,測(cè)試結(jié)果如表1 所示。
表1 不同讀數(shù)時(shí)間測(cè)試結(jié)果
由表1 數(shù)據(jù)可知,3 個(gè)不同樣品在不同讀數(shù)時(shí)間測(cè)試得到的45 μm 過篩率、63 μm 過篩率和中位直徑差別很小,說明讀數(shù)時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果影響很小,讀數(shù)時(shí)間宜選擇為遮光度穩(wěn)定后1 min。
一組樣品遮光度穩(wěn)定后,選擇不超聲直接檢測(cè);另外一組樣品超聲頻率選擇3.5~10 kHz,遮光度穩(wěn)定后檢測(cè)。讀數(shù)時(shí)間均為1 min,測(cè)試結(jié)果如表2 所示。
表2 未超聲和超聲分散后測(cè)試結(jié)果
由表2 數(shù)據(jù)可知,3 個(gè)不同樣品在未超聲和超聲分散后測(cè)試得到的45 μm 過篩率、63 μm 過篩率和中位直徑結(jié)果基本一致,說明石灰石粉在水中分散性好,無需進(jìn)行超聲分散處理,因此,試驗(yàn)條件宜選擇不超聲處理。
該試驗(yàn)儀器允許的遮光度范圍為10%~20%。選擇某一樣品,在儀器遮光度允許范圍內(nèi)每次加入不同量樣品,待遮光度值穩(wěn)定后,測(cè)試樣品的45 μm 過篩率、63 μm 過篩率和中位直徑,測(cè)試結(jié)果如表3 所示。
由表3 數(shù)據(jù)可知, 不同遮光度測(cè)試結(jié)果的RSD(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差)很小,在儀器遮光度允許范圍內(nèi),樣品加入量的變換對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較小,因此,試驗(yàn)過程遮光度宜選擇在10%~20%。
表3 不同遮光度測(cè)試結(jié)果
通過上述試驗(yàn),確定激光衍射法檢測(cè)石灰石粉粒度的最佳條件為:讀數(shù)時(shí)間1 min、不采用超聲處理、遮光度范圍在10%~20%。
目前關(guān)于石灰石粉粒度檢測(cè),一般參考GB/T 1345—2005《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法 篩析法》[14]。采用激光衍射法和負(fù)壓篩析法對(duì)同一組樣品進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如表4 所示。
根據(jù)表4 中數(shù)據(jù)得到激光衍射法和負(fù)壓篩析法比較,如圖1 所示。
由表4 和圖1 可知,2 種方法檢測(cè)結(jié)果雖然存在一定差別, 但其檢測(cè)結(jié)果的最大RSD 為2.82%,可認(rèn)為兩者檢測(cè)結(jié)果的一致性較好。
精密度是評(píng)價(jià)測(cè)試方法的重要指標(biāo)之一[15],在最佳試驗(yàn)條件下測(cè)試某樣品7 次,測(cè)試結(jié)果如表5 所示。
表4 2 種方法測(cè)試結(jié)果
圖1 2 種分析方法比較結(jié)果
表5 精密度試驗(yàn)結(jié)果
由表5 的數(shù)據(jù)可知,激光衍射法測(cè)試精密度非常好,45 μm 過篩率、63 μm 過篩率、中位直徑指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于0.20,45 μm 過篩率和63 μm 過篩率的RSD≤0.2%,中位直徑的RSD為1.51%。
通過試驗(yàn)研究了激光衍射法應(yīng)用于石灰石粉粒度分析的可行性,得到以下結(jié)論:
(1)激光衍射法應(yīng)用于石灰石粉粒度檢測(cè)的最佳條件為:讀數(shù)時(shí)間1 min,不采用超聲處理,遮光度范圍在10%~20%。
(2)對(duì)比發(fā)現(xiàn)激光衍射法和負(fù)壓篩析法的檢測(cè)結(jié)果一致性較好,且激光衍射法檢測(cè)結(jié)果精密度良好,適用于石灰石粉粒度的分析。