贝壳粉作为型煤固硫剂固硫的试验研究及机理分析

摘要

我国是世界上最大的煤炭生产与消费国，由于煤炭燃烧所产生的SO2在我国SO2排放中所占比例高达90％。型煤作为一种有效的降低灰分的煤燃料，使用极为广泛。目前，国内普遍采用石灰石或者白云石作为型煤固硫剂，但在燃烧固硫过程中形成的固硫产物高温下热分解以及高温烧结致使固硫率大大降低。针对这一问题，本课题提出以贝壳粉作为新形式的固硫剂进行了实验研究，并对其高温固硫机理进行了分析。
　　 选择影响型煤固硫效率的四个主要因素即燃烧温度、燃煤粒径、固硫剂粒径以及钙硫比（摩尔比）进行了正交试验分析，实验结果表明，燃烧温度对贝壳粉型煤的固硫效果影响最大，其他三个因素次之;并比较贝壳粉与CaCO3两种固硫剂的固硫效率，发现贝壳粉在高温下具有良好的固硫特性。
　　 从贝壳粉的元素分析出发，选择贝壳粉中含量较高的六种碱金属等矿物质元素的化合物作为固硫添加剂，在高温下(1150℃)进行了单组份固硫添加剂实验，实验发现单组份添加剂除了氧化铁对贝壳粉型煤固硫率有明显的消极作用以外，各单组份添加剂在适当的添加量时对贝壳粉型煤固硫率有一定的促进作用，促进作用机理并不相同。为了进一步探求高温下贝壳粉具有高温固硫特性的机理，在单组份的实验基础上，将六种单组份固硫添加剂进行双组分两两复配。15组双组分实验的结果表明，大部分双组分固硫添加剂对贝壳粉型煤固硫率的提高促进作用十分明显，其中SiO2-MgO和Al2O3-MgO这两组复合添加剂添加到贝壳粉型煤中以后，两组复合添加剂的最佳固硫率分别达到了72.07％和75.19％。根据双组分的试验结果，选择SiO2-Al2O3-MgO作为三组分添加剂，在不同添加量的条件下以贝壳粉和CaCO3两种固硫剂进行了燃烧固硫试验，试验研究结果表明，当SiO2、Al2O3和MgO的添加量分别为0.05g，0.05g和0.1g时，贝壳粉型煤的固硫率到达了86.66％，CaCO3型煤的固硫率也到达了76.99％。
　　 对原煤、添加CaCO3、添加贝壳粉、添加CaCO3和SiO2-Al2O3-MgO三组分固硫添加剂以及添加贝壳粉和SiO2-Al2O3-MgO三组分固硫添加剂五个型煤试样燃烧形成的煤渣进行XRD，扫描电镜以及表面能谱元素分析，分析结果表明，添加贝壳粉以及SiO2-Al2O3-MgO三组分添加剂以后，生成的煤渣中生成大量的含硫物质以及耐高温分解的化合物，而且生成的煤渣表面光滑，质地紧密，并且由于添加贝壳粉以及复合添加剂产生的熔融作用等使得生成的含硫化合物被包裹在煤渣颗粒内部，有利于固硫率的提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 我国以煤炭为主的能源结构

1．1．2 我国二氧化硫的污染状况及危害

1．1．3 我国二氧化硫排放控制的政策法规

1．2 我国目前主要的二氧化硫控制技术

1．2．1 燃烧前脱硫

1．2．2 燃烧中脱硫

1．2．3 燃烧后脱硫(烟气脱硫(flue gas desulfurization简称FGD))

1．3 本课题研究的内容，意义及目的

第二章 实验材料、方法与实验装置

2．1 实验材料及主要化学药品

2．1．1 实验材料

2．1．2 主要化学药品

2．2 实验主要设备及仪器

2．3 实验方法及装置

2．3．1 实验准备

2．3．2 实验方法

2．3．3 实验装置

2．3．4 煤饼燃烧时间实验

第三章 贝壳粉固硫影响因素研究

3．1 影响型煤固硫率的主要影响因素

3．1．1 燃烧温度

3．1．2 燃煤粒径

3．1．3 固硫剂粒径

3．1．4 钙硫比

3．2 不同温度不同粒径的型煤自身固硫率

3．3 贝壳粉固硫剂影响因素的试验研究

3．3．1 实验条件选择

3．3．2 实验结果与分析

3．4 贝壳粉与碳酸钙固硫效果对比实验

3．4．1 试验设计与方法

3．4．2 试验结果与分析

3．5 本章小结

第四章 贝壳粉高温固硫效果研究

4．1 固硫添加剂的研究进展

4．2 固硫添加剂的选择

4．3 固硫添加剂试验条件分析

4．4 单组份添加剂对固硫效果的影响

4．4．1 添加剂二氧化硅对贝壳粉固硫效果的影响

4．4．2 添加剂氧化铁对贝壳粉固硫效果的影响

4．4．3 添加剂氧化铝对贝壳粉固硫效果的影响

4．4．4 添加剂氯化钠对贝壳粉固硫效果的影响

4．4．5 添加剂氯化钾对贝壳粉固硫效果的影响

4．4．6 添加剂氧化镁对贝壳粉固硫效果的影响

4．47 本节小结

4．5 双组分添加剂对固硫效果的影响

4．5．1 二氧化硅与氧化铝复合添加剂固硫效果实验

4．5．2 二氧化硅与氧化铁复合添加剂固硫效果实验

4．5．3 二氧化硅与氧化镁复合添加剂固硫效果实验

4．5．4 二氧化硅与氯化钾复合添加剂固硫效果实验

4．5．5 二氧化硅与氯化钠复合添加剂固硫效果实验

4．5．6 氧化铝与氧化铁复合添加剂固硫效果实验

4．5．7 氧化铝与氧化镁复合添加剂固硫效果实验

4．5．8 氧化铝与氯化钾复合添加剂固硫效果实验

4．5．9 氧化铝与氯化钠复合添加剂固硫效果实验

4．5．10 氧化铁与氧化镁复合添加剂固硫效果实验

4．5．11 氧化铁与氯化钾复合添加剂固硫效果实验

4．5．12 氧化铁与氯化钠复合添加剂固硫效果实验

4．5．13 氧化镁与氯化钾复合添加剂固硫效果实验

4．5．14 氧化镁与氯化钠复合添加剂固硫效果实验

4．5．15 氯化钾与氯化钠复合添加剂固硫效果实验

4．5．16 本节小结

4．6 三组份体系对固硫效果的影响

4．7 本章小结

第五章 煤渣的表征以及分析

5．1 煤渣的X射线衍射分析

5．2 煤渣的扫描电镜分析

5．3 煤渣的Link能谱仪分析

5．4 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢