煤燃烧过程中高温物相固硫的实验研究

摘要

针对炉内煤高温燃烧过程中脱硫率低的国际性难题,本文通过大量的理论分析和机理研究对高温固硫产物硫铝酸钙的生成和分解机理进行了深入系统的分析研究.本文首先从对国内外现有的脱硫方法分析入手,讨论了各种脱硫方法及其适用的环境.针对广泛应用的层燃炉和煤粉炉高温燃烧过程中传统固硫产物易分解这一问题,探讨了耐热物相硫铝酸钙在高温下作为固硫产物的可能性.在小型管式炉和自行设计的高温实验台上开展对硫铝酸钙物相生成及分解特性的实验研究,结合SEM、XRD手段对硫铝酸钙微观结构进行了分析.本文从热力学角度出发,寻找耐高温的复合硫酸盐作为稳定的脱硫产物,从硅酸盐工业和水泥工业中得到启发,硫铝酸盐是一种在1350℃非常稳定的物相,那么它的生成机理对于脱硫效率的提高具有很重要的作用.本文利用了管式定硫仪实验装置和灰熔点炉对不同配比及不同温度下CaO、Al<,2>O<,3>和CaSO<,4>·2H<,2>O混合物的固硫情况进行了考察,系统地研究了不同温度下硫铝酸钙的生成规律及影响因素,尤其是针对高温实验,通过自行设计的实验台实现了1300-1500℃的高温.联系到实际脱硫过程,本文以CO<,2>、N<,2>、SO<,2>等气体为辅助气体,以MgO、BaCO<,3>、Fe<,2>O<,3>等为添加剂,着重研究了在高温时不同气氛下、不同添加剂及比例下的硫铝酸钙的生成和分解规律.同时结合SEM、XRD手段对硫铝酸钙微观结构进行了分析.本文对高温固硫物相即固硫中间产物CaS的反应机理进行了研究.并在批量式高温实验台上对空气气氛和CO<,2>气氛下CaS氧化反应特性开展实验研究,对几个典型煤种在CO<,2>气氛下的CaS生成特性进行了系统透彻的实验研究.考虑到煤自身含有矿物质的特点,对几种硫含量分别为高、中、低的煤的自身固硫特性进行了研究,重点深入研究四种固硫效果明显的煤.为使煤灰中含有的丰富矿物质成为生成高温耐热物相硫铝酸钙的原料,从而在实际工程上节省运行成本,对煤掺混不同比例的煤灰后的固硫效果及硫铝酸钙进行了研究,并研究了添加剂混入煤后对硫铝酸钙生成的影响.利用XRD和SEM分析阐明了煤及煤灰中硫铝酸钙的生成反应机理.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究背景

1.2脱硫技术现状与发展

1.3脱硫添加剂的研究进展

1.4本课题的研究目标和主要内容

1.4.1高温固硫物相硫铝酸钙生成机理研究

1.4.2本课题拟采用的方法

1.4.3本课题研究的主要内容

参考文献

第二章高温固硫机理研究

2.1高温固硫机理的分析

2.1.1动力学角度对固硫的分析

2.1.2热力学角度对固硫的分析

2.1.3改变化学反应历程角度对固硫的分析

2.2高温稳定物相硫铝酸盐的研究

2.2.1硫铝酸盐的研究进展

2.2.2硫铝酸盐的物理化学性质

2.2.3硫铝酸盐的热力学生成条件

2.3各种添加剂对高温稳定物相形成的影响

参考文献

第三章高温稳定固硫产物生成与稳定性机理研究

3.1引言

3.2硫铝酸盐生成机理试验研究

3.2.1实验装置及材料

3.2.2实验方法

3.2.3 SO2分析方法

3.3实验结果和讨论

3.3.1不同混合物配比对硫铝酸钙生成影响

3.3.2反应时间对硫铝酸钙生成影响

3.3.3 1300℃硫铝酸钙的生成速率

3.3.4添加剂对硫铝酸钙生成影响

3.3.5煅烧温度对硫铝酸钙形成的影响

3.4高温固硫过程中CaS的反应机理研究

3.5本章小结

参考文献

第四章气氛和添加剂对高温固硫物相固硫的影响

4.1引言

4.2实验装置及材料

4.2.1实验装置

4.2.2 SO2分析方法

4.2.3实验方法

4.3不同气氛下的实验结果和讨论

4.3.1高温下煅烧硫酸钙、氧化钙和氧化铝混合物的实验结果讨论

4.3.2高温下O2气氛体积浓度对高温物相生成与分解的影响

4.3.3高温下CO2体积浓度对高温物相生成与分解的影响

4.4高温下不同气氛中CaS的反应机理研究

4.4.1 CO2气氛中CaS的反应机理研究

4.4.2 CO2气氛下煤粉燃烧CaS生成反应机理

4.5不同添加剂下实验结果讨论

4.5.1添加P2O5对硫铝酸钙生成的影响

4.5.2添加MgO对硫铝酸钙生成的影响

4.5.3添加Fe2O3对硫铝酸钙生成的影响

4.6本章小结

参考文献

第五章高温燃煤固硫机理研究

5.1引言

5.2实验装置及材料

5.3实验及数据分析

5.3.1各种煤样的参数分析

5.3.2反应时间和温度对不同煤种S析出的影响

5.3.3高温下煤固硫特性的研究

5.4添加CaO及A12O3对煤固硫特性的影响

5.5实验用煤的煤灰微观分析

5.6不同实验煤种与煤灰混合后的固硫特性

5.7本章小结

参考文献

第六章全文总结与展望

致谢