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炉内高温燃烧两段脱硫的机理研究

程军  
【摘要】: 针对目前炉内煤高温燃烧过程中脱硫率低的国际性难题,本文通过大量理论分析、机理研究和工业性试验对其反应机理进行了深入系统的研究。 本文首先对煤粉、混煤和水煤浆燃烧时的硫污染物释放规律进行了研究,并着重利用X射线衍射多晶Rietveld定量分析法、氮自动吸附仪和SEM扫描电镜深入研究了电站1000t/h煤粉炉自身固硫特性的微观反应机理,首次严格定量地测定了锅炉煤灰渣中CaCO_3、CaO、Ca(OH)_2和CaSO_4等晶相及非晶相的组成含量。并发现不同物相在煤灰渣中的富集分布特征及随锅炉负荷的变化规律。 其次在失重分析的基础上,本文着重从分析化学的角度对固硫添加剂及煤种的煅烧及烧结特性进行了XRD晶相组成分析、压汞仪孔隙结构分析及SEM表面形态分析,深入探讨了温度、时间及气氛变化对其煅烧及烧结特性的影响规律。 然后从化学热动力学及催化化学的角度,本文对众多矿物和工业废渣的高温固硫及催化燃烧特性进行了深入系统的研究,其中着重将SrSO_4、BaSO_4、硅铝酸盐和硫铝酸盐作为高温稳定固硫产物进行研究,系统研究了富含碱金属和过渡金属成分的矿物废渣的催化钙基固硫特性,并利用XRD晶相分析和SEM表面形态分析阐明了本文开发的新型高温固硫剂的反应机理。利用单颗炉和热天平分别在恒温和逐渐升温条件下研究了多种矿物废渣催化煤燃烧的动力学特性,利用正交试验法研究了富含不同金属氧化物成分的矿物废渣的协同催化燃烧效果,并利用SEM表面形态分析阐明了本文开发的新型助燃剂的反应机理, 经过大量工业性试验和示范工程应用研究,本文创造性地提出炉内两段脱硫技术方案,在层燃炉上采用煤层掺混和空间喷粉相结合的两段脱硫技术,使炉内燃烧脱硫效果取得突破性进展,炉内脱硫率由普遍得到的40%以下提高到75%以上,水膜除尘器尾部增湿后整体脱硫率高达85%左右,经国家级鉴定认为该技术达到国际先进水平。该技术高效廉价,环保和节能并举并重,具有显著的经济社会效益和广阔的应用推广前景。在数值模拟方面,本文提出两阶段颗粒膨胀模型,研究了SO_2初始浓度、钙硫比、石灰石粒径等各种参数变化对炉内喷钙脱硫效果的影响规律。 最后本文针对煤粉炉内氧化还原气氛的分布特点,提出分级配风两段喷钙同时脱硫脱硝的技术方案,利用W型火焰煤粉热态试验炉,测定了大型煤粉炉内SO_2/H_2S等各种烟气成分浓度沿烟气流程的动态变化规律。并首次对该技术的低污染燃烧效果进行了试验验证,发现采用燃烧器分级配风燃烧技术,将添加剂以Ca/S=2与一次风煤粉单混的脱硫率可达10-20%,脱硝率可达30%左右。而采用混喷两段技术时(Ca/S=3),炉内燃烧脱硫率可大幅度提高到75%左右,炉内脱硝率可达50%左右。


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