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添加剂对燃煤高温固硫的促进作用研究

张威  
【摘要】:煤炭是我国分布最广、储量和消费最多的一次能源,解决燃煤污染问题,特别是降低SO2的排放,已成为我国可持续发展所面临的重要问题。煤的脱硫技术可分为三类:燃烧前燃料除硫,燃烧中固硫和燃烧后烟气脱硫。采用燃煤固硫剂的炉内固硫技术,因其脱硫投资少,运转成本低,工艺简单,十分适合我国的国情。然而燃煤固硫过程中单纯使用钙基固硫剂存在钙的利用率低、固硫反应速率与硫析出速率不一致、固硫产物在高温下易分解等缺点,导致高温固硫效率普遍偏低。近年来国内外学者研究发现微量添加剂的加入能有效提高钙基固硫剂的利用率,进而大大提高高温下的固硫效率,因此筛选高效廉价的添加剂成为燃煤高温固硫研究的一个关键问题。 本文在实验室条件下,利用管式电炉模拟煤的燃烧过程,通过中和法测定烟气中硫含量,再根据煤中含硫量计算出固硫率。在优化燃煤固硫条件的基础上,较为系统地研究了1100℃高温条件下单组分、双组分和三组分复合添加剂对燃煤固硫作用的影响。 在影响燃煤固硫效率的众多因素中,本文重点研究了将温度设定为1100℃时Ca/S(钙硫摩尔比)、煤的含硫量、停留时间、煤粉粒径这四个因素对燃煤固硫效率的影响,确定出了最佳的实验条件。在此基础上选择Ca/S、固硫剂类型、添加剂种类和添加剂的加入量等四个因素,进行了固硫正交实验,研究结果表明:当Ca/S为2.0,以按质量比为2:3混合的CaCO3-Ca(OH)2复合固硫剂作为主固硫剂,固硫添加剂的加入量定为煤样质量的1.0%时,固硫效果最好。 在已确定出的上述固硫添加剂最佳固硫条件下,选用了8种常见的添加剂进行单组分固硫添加剂的实验研究,比较了各单组分添加剂对固硫反应促进作用的强弱。在单组分实验的基础上,对分别以K2CO3、SiO2、Al2O3为主固硫添加剂的共3组16种双组分复合添加剂进行了实验研究。研究结果表明:K2CO3分别与NaCl、Fe2O3按摩尔比为0.2配比混合;SiO2与Fe2O3按摩尔比为1.0,与K2CO3按摩尔比为10.0配比混合;Al2O3与NaCl按摩尔比为5.0,与ZnO按摩尔比为1.0配比混合时固硫率都较高,均在50%以上。 在以上实验的基础上,针对固硫反应速率与硫氧化合物生成不同步和CaO利用率低等影响固硫效率的主要因素,再结合各种添加剂在固硫反应中所起的不同作用,对三组分复合添加剂进行了实验研究。通过对按不同比例混合配制的三种复合添加剂进行实验,结果发现三组分复合固硫添加剂能使所选煤种固硫效率达到65%以上。为了进一步验证所配比的三组分复合添加剂的促进固硫作用,在马弗炉上对加入复合添加剂的三种煤样进行了不同高温条件下的深入实验研究,结果表明K2CO3-Fe2O3-SiO2、SiO2-K2CO3-NaCl、ZnO-Al2O3-NaCl复合添加剂在1100~1200℃高温条件下对燃煤固硫反应均具有很好的促进作用。对部分灰渣固硫产物进行了XRD物相分析,探讨了各添加剂促进固硫作用的机理。


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