铁矿尾砂在型煤燃烧过程中固硫作用的研究

摘要

煤炭是我国使用量最大的化石能源,在化石能源中属于不清洁的一类。型煤是将煤粉与固硫剂、黏结剂、催化剂等均匀混合,在模具中施加一定的压力,使其具有固定的形状。型煤燃烧脱硫技术系统简单、加工方便、运行成本低、燃烧效率高,作为一种有效地降低灰分的煤燃料,使用极为广泛。我国是一个矿业大国,每年产生的矿业固废数量十分庞大,目前已有数百亿吨尾砂积存,成为尾砂排放第一大国。如何实现这部分固废的资源化,进一步达到以废治废的最终目的,本文提出了一种新的思路。
　　针对上述两大问题,本课题将铁矿尾砂这一矿业固废引入到型煤固硫技术中去。通过在管式电阻炉内模拟煤的燃烧过程,探索复合尾砂添加剂中各物质配比,利用得到的配方进行实际运用;制得型煤加以研究,探究了添加剂对型煤的理化性质的影响;构建型煤燃烧系统以进行燃煤实验研究;分析型煤灰渣,在此基础上初步探究了固硫的促进机理。
　　本实验固硫采用单因素实验方法研究了影响燃煤固硫的多种条件的参数,探索出了燃煤固硫的合适条件,确定燃煤实验工况如下:燃烧时间为10min;温度与燃烧民用型煤温度900℃相一致;空气流量1.2L/min,有利于反应的进行;粒径为106～180μm。
　　对钙基固硫剂和尾砂单独与煤掺烧时的固硫效果进行对比发现当Ca/S=2.0、CaCO3与Ca(OH)2的摩尔比为2∶3时,钙基固硫剂本身能够达到50.8％的固硫率。不同掺入比的尾砂(2％、4％、6％、8％、10％)均能起到一定的固硫效果,固硫率接近20％,而与添加2.0％质量分数的铁矿尾砂时能够使钙基固硫剂固硫率提升到54.2％。
　　本文改变尾砂中四种主要成分SiO2、Fe2O3、TiO2、Al2O3的配比,进行单、双、三组分添加剂优化实验。由单组分添加剂的实验结果可知,Ca/S=2.0的条件下,1.4％TiO2能起到很好的固硫效果,这与其能改变CaO的孔隙结构有关。其次是1.0％Fe2O3、1.2％Al2O3以及0.5％SiO2,无添加剂相较时分别提升了10.8％,7.8％,7.0％,4.9％。双组份Fe2O3-Al2O3体系中两者同为1.0％添加量时,固硫率能达到64.7％。在多组分添加剂实验中,主要对SiO2-Fe2O3-Al2O3组成的三组分添加剂体系进行了研究。实验所采用的SiO2、Fe2O3以及Al2O3的配比分别为尾砂质量的30％、50％和60％。三者与尾砂相混合制成复合尾砂添加剂固硫率为69.3％。
　　探索制备型煤的工艺,证明了复合尾砂添加剂能够改善型煤的机械强度、防水性能和热强度。同时,从热值角度评估了复合尾砂添加剂的作用效果,燃煤过程的热重分析反映了其燃烧特性,对燃烧后的燃煤灰渣进行了XRD,SEM表征。证实灰渣中出现新的固硫产物,微观形貌也得到了改善,这些表征从一定程度上解释了尾砂促进固硫的机理。本文得到的实验结论可以为矿业固废资源化和型煤固硫研究提供了一定的借鉴。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 我国煤炭利用现状

1．3 二氧化硫的污染现状及危害

1．4 国内外脱硫技术研究现状

1．4．1 煤中硫的存在形式

1．4．2 SO2污染控制技术

1．5 固硫剂和添加剂研究现状

1．5．1 固硫剂及其作用原理

1．5．2 钙基固硫剂的不足

1．5．3 添加剂的研究进展

1．6 民用型煤

1．7 铁矿尾砂的现状

1．8 尾砂固硫的可行性分析

1．9 研究内容

1．10 创新点

2．1 引言

2．2 实验试剂和仪器

2．3 实验煤样的制备步骤

2．4 实验装置

2．5 实验方案

2．6 分析方法

2．6．1 固硫率的计算

2．6．2 烟气检测方法

3．1 引言

3．2 煤粉与尾砂的初步处理与分析

3．2．1 实验煤样

3．2．2 铁矿尾砂的性质

3．2．3 比表面积和孔结构测定结果

3．3 影响固硫率的因素

3．3．1 燃烧时间的影响

3．3．2 燃煤温度的影响

3．3．3 空气流量的影响

3．3．4 煤粉粒径的影响

3．3．5 本节小结

3．4 钙基固硫剂的组分配比优化

3．5 尾砂作固硫剂的固硫效果研究

3．6 尾砂对钙基固硫剂效果的影响

3．7 添加剂促进效果的优化

3．7．1 单组分添加剂的影响

3．7．2 双组份添加剂的影响

3．7．3 多组分添加剂的影响

3．8 本章小结

4．1 型煤制备

4．1．1 原料的准备

4．1．2 制备过程

4．2 复合尾砂添加剂对型煤指标的影响

4．2．1 复合尾砂添加剂对型煤机械强度的影响

4．2．2 复合尾砂添加剂对防水性能的影响

4．2．3 复合尾砂添加剂对型煤热值的影响

4．2．4 结果与讨论

4．3 燃烧系统和燃煤实验

4．4 燃烧过程和促进固硫的机理分析

4．4．1 型煤的燃烧过程分析

4．4．2 X射线衍射光谱分析

4．4．3 热分析法

4．4．4 扫描电镜分析

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间获得成果