激光衍射法应用于石灰石粉粒度分析的可行性研究

叶小君，韩洪滨，郑志明，李海燕，明菊兰，汤 治，程一杰（．杭州意能电力技术有限公司，杭州 300；．国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，杭州 3004）

0 引言

石灰石/石灰钙基脱硫工艺是应用最广泛的脱硫工艺，国内有90%以上燃煤机组采用了钙基脱硫工艺[1]。石灰石/石灰钙基脱硫中固体石灰石溶解的总表面积直接影响到循环浆液的运行pH值和吸收塔内溶解石灰石的总量，从而决定脱硫效率[2-3]。石灰石粉研磨越细，单位质量石灰石的表面积越大，但磨细的同时研磨设备的投资、运行成本会增加，因此需要选择石灰石最佳粒径分布[4]。

美、日、德等国的石灰石细度典型技术要求90%～95%石灰石粉通过325 目（45 μm）金属筛网。HJ/T 179—2005《火电厂烟气脱硫工程技术规范石灰石/石灰-石膏法》规定：“石灰石粉的细度应根据石灰石的特性和脱硫系统与石灰石粉磨制系统综合优化确定。对于燃烧中低含硫量燃料煤质的锅炉，石灰石粉的细度应保证250 目（63 μm）90%过筛率；当燃烧中高含硫量煤质时，石灰石粉的细度宜保证325 目（45 μm）90%过筛率”[5]。

1 石灰石粉粒度分析的现状

目前为止国内没有制定针对石灰石粉粒度分析检测的相关标准，火电厂和相关检测单位多参考DL/T 567．5—2015《火力发电厂燃料试验方法第5 部分：煤粉细度的测定》或GB/T 1345—2015《水泥细度检验方法 筛析法》对石灰石粉粒度进行分析。采用煤粉细度的测定方法分析石灰石粉粒度，过筛时石灰石粉相互成团，团聚现象比较明显，采用振动过筛时其过筛率相当低，无法真实反应石灰石粉的粒度[6]。采用水泥细度的测定方法分析石灰石粉粒度，水筛法因分析过程中需要进行干燥处理，费时较长；振动筛法操作较繁琐，且分析过程中石灰石粉有团聚现象，试验结果精密度较差[7]。

近年来，激光衍射法被广泛用于测定悬浮液和干态粉末的粒度分布[8-11]。激光衍射法是20 世纪70 年代发展起来的方法，具有检测速度快、检测范围宽、精度高、操作简便、重复性好、人为因素造成的误差小等优点[12]。激光衍射法已成为颗粒检测的主要方法[13]，本文研究了激光衍射法检测石灰石粉粒度的条件，并通过与国家标准方法进行比较和精密度试验，验证了激光衍射法用于分析石灰石粉粒度的可行性。

2 试验部分

2.1 仪器和试验条件

仪器：马尔文激光粒度仪mastersize 2000；检测范围：0．02～2 000 μm；进样器：HYDRO2000MU（A）型；搅拌速度：2 000 r/min。

分散剂：纯水（电导率小于2 μs/cm），折射率为1．33。

样品：石灰石粉，折射率为1．57。

2.2 试验方法

设定仪器参数，用循环进料泵将500 mL 纯水引入样品池，待仪器完成对焦后，进行背景数据测量，测量结束后添加样品，当遮光度达到测试要求，停止加样并保持稳定（通常30 s）。当样品稳定分散后，开始对样品进行测试，测试信息由测试软件收集和分析。

3 影响因素

3.1 读数时间

样品遮光度稳定后在1 min，3 min 和5 min时分别读数，分别记录45 μm 过筛率、63 μm 过筛率和中位直径，测试结果如表1 所示。

表1 不同读数时间测试结果

由表1 数据可知，3 个不同样品在不同读数时间测试得到的45 μm 过筛率、63 μm 过筛率和中位直径差别很小，说明读数时间对测试结果影响很小，读数时间宜选择为遮光度稳定后1 min。

3.2 超声分散

一组样品遮光度稳定后，选择不超声直接检测；另外一组样品超声频率选择3．5～10 kHz，遮光度稳定后检测。读数时间均为1 min，测试结果如表2 所示。

表2 未超声和超声分散后测试结果

由表2 数据可知，3 个不同样品在未超声和超声分散后测试得到的45 μm 过筛率、63 μm 过筛率和中位直径结果基本一致，说明石灰石粉在水中分散性好，无需进行超声分散处理，因此，试验条件宜选择不超声处理。

3.3 遮光度

该试验仪器允许的遮光度范围为10%～20%。选择某一样品，在仪器遮光度允许范围内每次加入不同量样品，待遮光度值稳定后，测试样品的45 μm 过筛率、63 μm 过筛率和中位直径，测试结果如表3 所示。

由表3 数据可知， 不同遮光度测试结果的RSD（相对标准偏差）很小，在仪器遮光度允许范围内，样品加入量的变换对测试结果影响较小，因此，试验过程遮光度宜选择在10%～20%。

表3 不同遮光度测试结果

通过上述试验，确定激光衍射法检测石灰石粉粒度的最佳条件为：读数时间1 min、不采用超声处理、遮光度范围在10%～20%。

4 方法评价

4.1 激光衍射法和负压筛析法的比较

目前关于石灰石粉粒度检测，一般参考GB/T 1345—2005《水泥细度检验方法 筛析法》[14]。采用激光衍射法和负压筛析法对同一组样品进行测试，测试结果如表4 所示。

根据表4 中数据得到激光衍射法和负压筛析法比较，如图1 所示。

由表4 和图1 可知，2 种方法检测结果虽然存在一定差别， 但其检测结果的最大RSD 为2．82%，可认为两者检测结果的一致性较好。

4.2 精密度试验

精密度是评价测试方法的重要指标之一[15]，在最佳试验条件下测试某样品7 次，测试结果如表5 所示。

表4 2 种方法测试结果

图1 2 种分析方法比较结果

表5 精密度试验结果

由表5 的数据可知，激光衍射法测试精密度非常好，45 μm 过筛率、63 μm 过筛率、中位直径指标的标准偏差均小于0．20，45 μm 过筛率和63 μm 过筛率的RSD≤0．2%，中位直径的RSD为1．51%。

5 结论

通过试验研究了激光衍射法应用于石灰石粉粒度分析的可行性，得到以下结论：

（1）激光衍射法应用于石灰石粉粒度检测的最佳条件为：读数时间1 min，不采用超声处理，遮光度范围在10%～20%。

（2）对比发现激光衍射法和负压筛析法的检测结果一致性较好，且激光衍射法检测结果精密度良好，适用于石灰石粉粒度的分析。