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化石燃料燃烧排放出的大量温室气体CO2所造成的温室效应,对气候环境的影响已引起了世界各国的高度关注。O2/CO2燃烧技术,作为一种全新理念的燃烧方式,可实现低成本分离回收CO2、以便进一步利用或封存,已引起了各国研究者的高度重视。由于燃烧气氛的转变,燃料燃烧的污染物排放,特别是SO2的析出特性将存在差异。炉内喷钙,作为一种传统高温脱硫方式,在脱硫过程中往往由于石灰石的烧结和孔堵塞现象使得钙利用率较低,脱硫效果欠佳。燃烧气氛的改变,使得石灰石在循环流化床锅炉内的脱硫特性发生本质性变化。在提高钙利用率降低SO2排放方面,已开展了大量的研究工作,然而以废醋酸调质石灰石在O2/CO2气氛下进行脱硫特性的研究鲜见报道,其对推广O2/CO2燃烧技术的应用具有非常重要的意义。
本课题在管式炉和沉降炉系统中,对石灰石及其醋酸调质产物在O2/CO2气氛下的硫化特性进行实验研究,考察不同的反应时间、反应温度、SO2浓度及CO2浓度等对硫化反应的影响规律,采用N2吸附仪、压汞仪和X射线衍射分析仪(XRD)等分析手段对石灰石及其调质产物在硫化前及其硫化后产物的微观结构特性进行分析,以揭示其在硫化过程的变化特性。
管式炉实验研究发现,调质石灰石在硫化过程中较原始石灰石具有更高的钙转化率。随醋酸溶液浓度增大,调质石灰石的钙转化率提高,提高幅度因石灰石种类而异,采用浓度为50%醋酸溶液作为调质剂可达到经济高效的目的。随SO2浓度增大,调质石灰石硫化反应速率增大,钙转化率提高。温度对调质石灰石直接硫化的钙转化率影响不大,在750~850℃范围内,调质石灰石都可获得较高的钙转化率;而进行煅烧/硫化时,随温度升高,调质石灰石在925℃下钙转化率最高。煅烧/硫化过程中,随CO2浓度增大,调质石灰石钙转化率提高。
醋酸调质使石灰石孔结构特性,比表面积、比孔容和孔分布等特性得到改善和优化。此外,调质还增强了其抗烧结能力,使其煅烧产物的大孔趋势加强,孔隙率大于原始石灰石的煅烧产物。调质石灰石不同硫化阶段硫化产物的孔结构特性等均优于原始石灰石。大孔主要提供了SO2分子扩散的空间,中孔提供了SO2扩散通道和硫化反应场所,促进了硫化反应的进行和钙转化率的提高。
沉降炉实验研究发现,调质石灰石和原始石灰石在O2/CO2气氛下的脱硫效率大于O2/N2气氛下;在O/CO2气氛下,调质石灰石的脱硫效率随停留时间延长增加较快,而在O2/N2气氛下则增加缓慢,同一气氛下,调质石灰石脱硫效率大于原始石灰石。在800~1100℃范围内,调质石灰石的脱硫效率均高于原始石灰石;随温度升高,调质和原始石灰石均存在一最佳的脱硫温度。随O2/CO2气氛中CO2分压升高,石灰石的最佳脱硫温度升高,所对应的脱硫效率增加;在相同的CO2分压下,调质石灰石的脱硫效率较之原始石灰石得到很大提高。O2/CO2气氛下,SO2浓度升高有利于提高石灰石及调质石灰石的脱硫效率;相同的SO2浓度下,调质石灰石的脱硫效率远大于原始石灰石;延长石灰石在炉内的停留时间,有利于脱硫效率的提高,但是停留时间过长,烧结作用和孔堵塞现象加重,导致脱硫效率的增大幅度减小;在相同的气氛和停留时间下,调质石灰石的脱硫效率高于原始石灰石。
本课题在管式炉和沉降炉系统中,对石灰石及其醋酸调质产物在O2/CO2气氛下的硫化特性进行实验研究,考察不同的反应时间、反应温度、SO2浓度及CO2浓度等对硫化反应的影响规律,采用N2吸附仪、压汞仪和X射线衍射分析仪(XRD)等分析手段对石灰石及其调质产物在硫化前及其硫化后产物的微观结构特性进行分析,以揭示其在硫化过程的变化特性。
管式炉实验研究发现,调质石灰石在硫化过程中较原始石灰石具有更高的钙转化率。随醋酸溶液浓度增大,调质石灰石的钙转化率提高,提高幅度因石灰石种类而异,采用浓度为50%醋酸溶液作为调质剂可达到经济高效的目的。随SO2浓度增大,调质石灰石硫化反应速率增大,钙转化率提高。温度对调质石灰石直接硫化的钙转化率影响不大,在750~850℃范围内,调质石灰石都可获得较高的钙转化率;而进行煅烧/硫化时,随温度升高,调质石灰石在925℃下钙转化率最高。煅烧/硫化过程中,随CO2浓度增大,调质石灰石钙转化率提高。
醋酸调质使石灰石孔结构特性,比表面积、比孔容和孔分布等特性得到改善和优化。此外,调质还增强了其抗烧结能力,使其煅烧产物的大孔趋势加强,孔隙率大于原始石灰石的煅烧产物。调质石灰石不同硫化阶段硫化产物的孔结构特性等均优于原始石灰石。大孔主要提供了SO2分子扩散的空间,中孔提供了SO2扩散通道和硫化反应场所,促进了硫化反应的进行和钙转化率的提高。
沉降炉实验研究发现,调质石灰石和原始石灰石在O2/CO2气氛下的脱硫效率大于O2/N2气氛下;在O/CO2气氛下,调质石灰石的脱硫效率随停留时间延长增加较快,而在O2/N2气氛下则增加缓慢,同一气氛下,调质石灰石脱硫效率大于原始石灰石。在800~1100℃范围内,调质石灰石的脱硫效率均高于原始石灰石;随温度升高,调质和原始石灰石均存在一最佳的脱硫温度。随O2/CO2气氛中CO2分压升高,石灰石的最佳脱硫温度升高,所对应的脱硫效率增加;在相同的CO2分压下,调质石灰石的脱硫效率较之原始石灰石得到很大提高。O2/CO2气氛下,SO2浓度升高有利于提高石灰石及调质石灰石的脱硫效率;相同的SO2浓度下,调质石灰石的脱硫效率远大于原始石灰石;延长石灰石在炉内的停留时间,有利于脱硫效率的提高,但是停留时间过长,烧结作用和孔堵塞现象加重,导致脱硫效率的增大幅度减小;在相同的气氛和停留时间下,调质石灰石的脱硫效率高于原始石灰石。