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半干半湿法烟气脱硫过程中CaSO_3氧化条件及机理研究

谭鑫  
【摘要】: 半干半湿法烟气脱硫属于钙法烟气脱硫的范畴。而钙法烟气脱硫的产物主要是CaSO4和CaSO3。CaSO4即石膏是一种有价值的资源,可回收利用。CaSO3稳定性较差,在一定条件下可逐渐转化为CaSO4,因此,提高CaSO3在脱硫烟道中的转化率,得到可以直接利用的脱硫石膏是具有重要意义的。 本课题研究了在半干半湿法烟气脱硫过程中,烟道内的不同反应条件对转化率的影响。在实验中模拟半干半湿法烟气脱硫反应条件,分析O2浓度、反应温度、反应湿度、颗粒粒径、反应物中CaSO3含量对CaSO3氧化的影响及氧化机理。结果表明:氧浓度增加,转化率随之增加;在温度小于98℃,转化率随着温度的升高而上升,在温度大于98℃的一个小范围内,转化率有所降低,在98℃时转化率达到最高;转化率随着相对湿度的增加而增加,当湿度达到95%时,转化率达到最高;当其它影响因素不变时,转化率随着颗粒粒径的减小而增大;转化率随着反应颗粒中CaSO3含量的降低而下降。 实验结果表明,在反应条件选取的范围内,氧浓度=20%,温度=98℃,相对湿度=95%,反应固体颗粒粒径d<60目,CaSO3含量=92.38%,可得到的转化率曲线最优。反应时间为60s时,转化率接近最高。超过60s以后转化率无明显增加。 根据实验结果,结合Szekely建立的时间-转化率的关系函数,讨论了反应的动力学。在T<45s时,由于系统中O2浓度较高气相推动力较高,且反应固体颗粒中CaSO3的含量也较高,因此化学反应速度较快,且由于此时生成的CaSO4量较少,气固反应通道也较为通畅。化学反应、扩散过程和传质过程的关系函数比较表明,在此阶段化学反应过程、氧气分子的扩散和传质过程的速率相近,所以为全控制步骤反应。在T>45s时,时间-转化关系函数表现出氧气仍保持一定的扩散和传质速率,而化学反应速率有明显降低。这可能由于随着反应进程的发展,CaSO3在固相的浓度不断降低,溶出率也随之降低,使得 WP=6 表面化学反应速率降低。因此,在反应后期化学反应过程成为整个转化反应的控制步骤。 Szekely的时间-转化率关系函数是在气固两相反应基础上建立的,而本研究涉及的过程是在一定湿度条件下进行的,过程的分析存在一定差异。但是仍对进一步研究提出了方向性的建议。 经计算得反应级数为2.2。CaSO3氧化速率对CaSO3·1/2H2O为0.7级反应,对O2为1.5级反应。 本研究结果表明,从半干半湿法烟气脱硫的技术经济条件上分析,在脱硫烟道中增加CaSO3的转化率,得到可以直接利用的脱硫石膏是可行的。


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