循环流化床燃烧条件下CaO及硅钙水合脱硫剂脱硫特性实验研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wildboar2009
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循环流化床(CFB)燃烧是一种新型的清洁煤燃烧技术,炉内脱硫成本低,脱硫效率高,但石灰石的钙利用率较低,因此研究钙基脱硫剂的脱硫机理以及开发高性能水合脱硫剂具有重要意义。本文模拟循环流化床的工作条件,在热重分析实验系统上进行脱硫特性实验,研究了两种CaO样品(商业CaO和Ca CO3煅烧得到的CaO)转化率的关键影响因素,并探究制备变量对硅(硅藻土和稻杆灰)钙水合脱硫剂比表面积及转化率的影响规律。基于实验研究和动力学理论,获得温度(800-950oC)、SO2浓度(1000-4000ppm)、CO2浓度(0-45%)以及粒径(0.053-0.25 mm)对两种CaO样品转化率及动力学特性的影响规律。结果表明:随着SO2浓度和温度的增加,两种CaO样品的转化率均增加;随着CO2浓度和粒径的增加,Ca CO3煅烧得到的CaO的转化率减小。850oC时,当SO2浓度从1000 ppm增加到4000 ppm,商业CaO的转化率增加了约37%,Ca CO3煅烧得到的CaO的转化率增加了58%左右。一定工况下,Ca CO3煅烧得到的CaO的转化率大于商业CaO,如在900oC、2000 ppm SO2时,前者的转化率比后者高约68%。且脱硫过程呈现两个反应阶段:化学反应控制阶段和产物层扩散控制阶段。未反应核收缩模型可较好地描述两种CaO样品转化率随时间的变化情况。商业CaO和Ca CO3煅烧得到的CaO化学反应控制阶段的活化能(Ea)分别为10.17和6.43 k J/mol,产物层扩散阶段的活化能(Ep)则分别为136.77和96.62 k J/mol,即产物层扩散阶段的活化能远远大于化学反应控制阶段。在水合脱硫剂制备实验中得到了水合时间(2-12 h)、硅藻土/CaO和稻杆灰/CaO质量比(0:5-5:5 g/g)以及水合温度(45-85oC)对硅藻土/CaO和稻杆灰/CaO水合脱硫剂比表面积和转化率的影响规律。制备条件为4 h、1:5 g/g、65oC的硅藻土/CaO水合脱硫剂样品具有最高的转化率,为0.61,约是CaO的2倍;制备条件为4 h、2:5 g/g、65oC的稻杆灰/CaO水合脱硫剂样品具有最高的转化率,为0.66,约是CaO的2.3倍。在750-900oC温度范围内,硅藻土/CaO(D6)和稻杆灰/CaO水合脱硫剂(R4)样品在化学反应控制阶段的活化能分别为6.74和4.71k J/mol,均小于商业CaO(36.09 k J/mol)。一般来说,比表面积越大,水合脱硫剂的转化率越大,但转化率不只和比表面积有关,跟孔体积和孔径分布也有一定关系。本文研究可以为进一步研究循环流化床条件下钙基脱硫剂脱硫性能及开发高效脱硫剂提供基础数据和理论支撑。
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