燃烧福建无烟煤CFB锅炉内脱硫及脱硫灰渣利用技术的研究

摘要

福建省的能源资源以煤为主，其中无烟煤占98.3％。福建无烟煤结构致密、反应性较差、灰熔点低、具有强烈的热破碎性质、难于着火和燃尽，在燃烧利用上存在不少困难。循环流化床锅炉(CFB锅炉)具有燃料适应性广，燃烧效率高，污染物排放低等优点，近年来已成为燃烧福建无烟煤的首选炉型。燃烧福建无烟煤CFB锅炉目前存在的主要问题是：脱硫效率较低，甚至很多脱硫设备没有运行，主要原因在于缺乏针对福建无烟煤燃烧特性的可靠脱硫理论指导；此外，由于对脱硫灰渣物化特性认识的不足，在很大程度上影响了其资源化利用，甚至影响到CFB锅炉炉内脱硫技术的进一步推广。因此，开展对燃烧福建无烟CFB锅炉炉内脱硫及脱硫灰渣利用技术的研究，对于提高炉内脱硫效率和脱硫灰渣资源化综合利用技术具有重要的意义。
　　 本文首先对燃烧福建无烟煤CFB锅炉的炉内脱硫特性进行了试验研究，包括石灰石煅烧固硫反应特性的机理试验研究和炉内脱硫的工业性试验研究两个方面。首先，在一个小型流化床实验台对石灰石煅烧固硫反应特性进行了试验研究，研究发现煅烧温度和煅烧时间对石灰石煅烧后的比表面积影响显著；固硫反应过程中，石灰石利用率较低；理论分析了脱硫反应过程中遇到的CaO孔径堵塞问题，研究结果为提高脱硫过程中石灰石的利用率提供了参考。其次，通过在一个75t/h的商业CFB锅炉上进行了炉内脱硫工业性试验的研究，分析了添加石灰石后SO2排放浓度和炉床温度的动态变化规律，同时通过研究不同的钙硫比和炉床温度对脱硫效率影响，结果表明：添加石灰石后SO2排放浓度及炉床的温度都有明显的变化；脱硫效率随着Ca/S比的增大而增大，但是钙硫比超过2.65之后，脱硫效率增加的速度开始变得缓慢；脱硫的最佳温度为900～950℃。研究结果对福建无烟煤在CFB锅炉脱硫的工业应用提供了重要参考。
　　 其次，对燃烧福建无烟煤CFB锅炉脱硫灰渣的综合利用进行了实验研究。首先通过试验，对CFB燃煤灰渣的物化特性，如灰渣的粒径分布、含碳量、孔径及比表面积、灰渣的成分等进行了实验测试分析，结果表明脱硫前后飞灰中含碳量偏高，灰渣成分中CaO和SO3含量的变化最为显著。在此基础上，依照GB/T17671-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》和GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》对脱硫灰渣作为水泥掺合料时对水泥性能的影响进行了研究。发现脱硫灰渣作为水泥掺料时，当掺合比达到一定量时，水泥的安定性出现不合格的现象；脱硫水泥3d和28d的胶砂强度都有所降低。最后，对脱硫灰渣水化反应特性及二元胶凝粉体材料的紧密堆积效应进行了理论探讨，为脱硫灰渣在建材领域的应用提供了一定的参考。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 本文研究的背景及意义

1.1.2 燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫的研究现状

1.1.3 燃烧福建无烟煤脱硫灰渣的综合利用现状

1.2 CFB锅炉炉内脱硫的国内外研究现状

1.2.1 CFB锅炉的固硫反应机理

1.2.2 CFB锅炉炉内脱硫的试验研究

1.3 脱硫灰渣综合利用的研究现状

1.3.1 脱硫灰渣综合利用的途径

1.3.2 脱硫灰渣在综合利用的研究中存在的问题

1.4 本文研究内容

第二章 石灰石煅烧固硫反应机理试验研究

2.1 引言

2.2 石灰石煅烧机理试验研究

2.2.1 石灰石煅烧特性

2.2.2 石灰石煅烧反应试验

2.2.3 实验结果与分析

2.3 石灰石固硫反应的机理试验研究

2.3.1 烟煤掺石灰石脱硫试验的理论计算

2.3.2 小型流化床锅炉固硫反应试验

2.3.3 炉内脱硫对锅炉运行的影响

2.4.固硫反应扩散理论的探讨

2.5 本章小结

第三章 燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫的工业性试验

3.1 引言

3.2 试验的装置、方法和过程

3.2.1 工业性试验的炉型介绍

3.2.2 试验方法及过程

3.3 试验的结果与分析

3.3.1 添加石灰石对脱硫性能的影响

3.3.2 CFB锅炉炉内脱硫性能影响因素的试验研究

3.3.3 添加石灰石对氮氧化物排放的影响

3.3.4 添加石灰石后对炉膛内热容量的影响

3.4 本章小结

第四章 脱硫灰渣物化特性的试验研究

4.1 引言

4.2 试验原料及试验方法

4.2.1 试验原料

4.2.2 试验方法

4.3 试验结果与分析

4.3.1 粒径分析

4.3.2 颗粒形貌分析

4.3.3 灰渣的含碳量分布

4.3.4 灰渣的孔径及其比表面积分析

4.3.5 灰渣的成份分析

4.4 本章小结

第五章 脱硫灰渣作为水泥掺合料的试验研究

5.1 引言

5.2 试验的原材料及其方法

5.2.1 试验的原材料

5.2.2 试验方法

5.3 试验结果与分析

5.3.1 脱硫灰渣水泥的凝结时间、标准稠度需水量、体积安定性

5.3.2 脱硫灰渣水泥胶砂强度测试结果与分析

5.4 脱硫灰渣作为水泥掺合料时复合效应的分析

5.5 本章小结

第六章 脱硫灰渣的水化特性及紧密堆积效应的探讨

6.1 引言

6.2 脱硫灰渣的水化反应特性

6.2.1 脱硫灰渣水化反应活性的来源

6.2.2 脱硫灰渣的水化反应动力学

6.2.3 脱硫灰渣的水化胶凝反应

6.2.4 脱硫灰渣的水化膨胀机理

6.3 脱硫灰渣组成的二元胶凝粉体紧密堆积效应的研究

6.4 本章小结

第七章 全文结论与展望

7.1 本文结论

7.2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢