水煤浆燃前还原脱硫新技术研究

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煤炭燃后脱硫存在诸多问题,如在国内广泛应用的湿式石灰石/石膏法,该方法基建投资大、工艺系统复杂、设备材质要求高、系统易结垢堵塞、生成的脱硫石膏难以处置等。我国对煤炭需求逐步增加,对煤炭进行燃前脱硫具有十分重大的现实意义和经济效益,符合我国建设资源节约型、环境友好型社会的战略要求。本论文运用化学还原法和电化学还原方法,以硼氢化钠(NaBH4)作为初始还原剂,系统研究了还原法燃前脱硫及其改进措施。为将来水煤浆锅炉应用于火力发电和气化制煤气等提供了科学与实验依据。主要研究内容及结果如下:(1)以硼氢化钠作为还原剂,快速还原脱除水煤浆中的硫。在常温常压,NaBH4浓度为2.0mM、煤炭粒径109μm、处理时间10min、搅拌速度为200r/min的条件下,低硫水煤浆中煤炭的总脱硫率可以达到43%。而且硫酸盐硫的脱除效率约47.8%,硫化铁硫脱除效率约55.4%;同时有机硫的脱除效率可以达到约23.9%。硼氢化钠还原法相比其他传统化学脱硫方法,对有机硫和无机硫脱除均有作用,试剂用量少,反应条件温和,脱硫速度快,热值的损耗小,处理后水煤浆中煤炭的热值有所提高,起燃温度降低。(2)在硼氢化钠常温常压脱硫的基础上,超声强化优化了实验条件并且得到了理想的脱硫效果。在常温常压条件下,超声时间10min,超声频率25KHz,NaBH4浓度10mM,水煤浆浓度60g/L,煤炭粒径≤120目,搅拌速度100rpm和催化剂NiCl2浓度为1mM,水煤浆的脱硫效率约为57%。特别是,有机硫的脱除效率达6070%。同时,脱氮效率可以达到11.5%。处理后,煤炭灰分和起燃温度降低,热值升高。(3)以偏硼酸钠作为电解质,利用电化学阴极还原作用,将偏硼酸钠转化为硼氢化钠,对水煤浆进行还原脱硫,同时阳极氧化作用使得有机硫和总脱硫效率有了进一步的提升。在碱性非隔离体系,阴极/阳极(铅/石墨),水煤浆浓度为50g/L,偏硼酸钠浓度为13.2g/L,氢氧化钠浓度为1g/L,电解电压为3.5V,煤炭粒径为140目和反应时间为4h的条件下,水煤浆的脱硫效率约为49.2%,硫铁矿硫几乎被全部脱除,有机硫脱除效率为46.7%,硫酸盐硫增加了27.2%。硫酸盐硫的增加,大大减少了水煤浆燃烧过程所产生的二氧化硫。由于低浓度的碱液和阳极氧化作用,水煤浆的热值略微降低。(4)电解偏硼酸钠还原法脱除水煤浆中硫分。在碱性隔离体系,阴极/阳极(铅/石墨),水煤浆浓度50g/L,偏硼酸钠浓度12g/L,氢氧化钠浓度1g/L,电解电压2.9V,煤炭粒径140目和反应时间4h条件下,同时加入微量(1mM)金属催化剂Ni2+,水煤浆的脱硫效率为48.5%。相比非隔离体系,实验条件和水煤浆的燃烧性能得到一定的改善。
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