我国是世界上主要的煤炭生产国和消费国之一,以煤炭为主要能源的消费结构在很长一段时期内不会改变。随着我国经济的快速发展,一次能源消费总量占75％的煤炭消费不断增长,排放的SO2也不断增加,导致我国酸雨污染日趋严重。因此,烟气脱硫技术显得尤为重要。循环流化床半干法烟气脱硫技术因其操作简单、占地面积小、无废水产生、对现有企业具有较强的适应性等特点,在半干法烟气脱硫中得到广泛的应用。但因脱硫过程中产生的脱硫副产物(脱硫灰)中CaSO3含量较高,制约了其有效地综合利用。本文在分析了半干法脱硫灰理化特性、热稳定性的基础上,建立了湿度、时间和铬渣添加量与脱硫灰转化率之间的数学模型,并得出了CaSO3转化工艺最佳优化条件,建立了脱硫灰氧化动力学方程,改性后的脱硫灰可用于生产缓凝剂、胶凝材料等,开辟了半干法脱硫灰资源化利用的新途径。
采用碘量法及SEM、XRF、TGA-DTA、粒度分布仪、比表面积测定仪等现代分析手段对钢厂、电厂半干法脱硫灰的理化特性进行了分析研究。分析结果表明:半干法脱硫灰的颗粒为不规则形,呈多孔状,颗粒表面光滑,结构疏松；其成分随着地域的不同而有所不同,其主要成分:CaO、Fe2O3、MgO、SiO2、CaSO3等；采用TGA-DTA对脱硫灰的热稳定性研究表明,在空气气氛条件下,脱硫灰中CaSO3在温度低于400℃时比较稳定,仅发生失去结晶水的变化,大于400℃且在分解之前(850℃)被氧化生成性质相对稳定的硫酸钙；湿态下的脱硫灰比干燥态的易氧化；存在环境中氧气浓度越高,脱硫灰中的CaSO3越易氧化为CaSO4。
以纯试剂CaSO3作为研究对象,通过调节不同环境氛围和添加剂进行差热热重分析,探讨了各因素对CaSO3氧化转化性能的影响。结果表明:CaSO3分别在空气气氛、氧气气氛下氧化转化需要的最低温度分别为477.9℃、431.6℃,干态脱硫灰在密闭或敞开的环境下,放置90 d,CaSO3转化率仅为1％,不易被氧化,性能稳定,湿态脱硫灰在密闭条件下不易被氧化成CaSO4,而在敞开放置条件下,90 d的氧化率为5％；当温度低于300℃时,干态CaSO3几乎不反应,湿态CaSO3氧化率可达到5％左右,可见湿度对CaSO3氧化转化的影响很大；脱硫灰中本身含有的氧化物(CaO、Fe2O3、MgO)对脱硫灰中的CaSO3氧化转化的作用也不同,其中CaO对脱硫灰中的CaSO3的氧化转化有抑制作用,而Fe2O3和MgO对脱硫灰中的CaSO3的氧化转化有促进作用；催化剂对CaSO3氧化转化有不同程度的影响,其中,CuSO4和Cr2O3对其氧化转化影响最大；CuSO4和Cr2O3分别与强氧化剂(H2O2)共同作用,可以使CaSO3在低温条件下(≤100℃),氧化转化效率商达78.11％。
结合BOX-Behnken的中心组合实验设计及响应曲面分析法,在低温条件下(60℃)建立了湿度、时间和铬渣添加量与脱硫灰转化率之间的数学模型,通过模型分析得到铬渣添加量对脱硫灰的转化率的影响最大,同时湿度和铬渣添加量的交互作用对脱硫灰的转化率的影响作用最大,得到的改进预测模型为Y=0.3091+0.0875X2+0.1932X3+0.0687X23+0.0719X2X3,其中X2和X3分别代表湿度和铬渣添加量的编码水平,且脱硫灰的最佳改性工艺条件为时间30 min,湿度为9.8％,铬渣添加量为46.8％。
采用差热-热重分析(TGA-DTA)对半干法脱硫灰中CaSO3氧化转化为CaSO4的动力学特性进行了研究,并就CaO、MgO、Fe2O3等氧化物对其氧化转化的影响进行了单因素分析。结果表明:5种试样的氧化转化反应均符合一级动力学反应模型。纯CaSO3干法氧化转化的转化温度为426～508℃,活化能为117.2192 KJ·mol-1；分别加入CaO、MgO、Fe2O3的CaSO3干法氧化活化能为153.4195 KJ·mol-1、109.7042KJ·mol-1、91.3526 KJ·mol-1,初始转化温度为441℃、413℃、392℃；钢厂半干法脱硫灰中CaSO3氧化转化的活化能升高为169.3116 KJ·mol-1,初始转化温度延后到469℃。
- 作 者：
- 李茜
- 学科专业：
- 环境工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 河北科技大学
- 导师姓名：
- 郭斌
- 学位年度：
- 2009
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
