钙基吸收剂循环脱碳再脱硫特性研究

【摘要】化石燃料燃烧产生的S02和C02被认为是分别导致酸雨和全球气候变暖的主要原因,而以化石燃料为主要能源的电力生产是最大的S02和C02排放点源。石灰石等钙基吸收剂因来源广、价格低、吸收容量大被广泛用来脱除电厂烟气中的S02,进一步研究发现钙基吸收剂还具备循环脱除烟气中C02的能力。基于前人研究成果,本文提出利用钙基吸收剂先循环脱碳再脱硫的思想,并设计了循环流化床运行流程,其中钙基吸收剂先循环脱碳再脱硫,烟气先脱硫再脱碳,既避免了烟气中S02对脱碳的不利影响,又实现了两种气体的相继脱除,是一项环保经济可行的方案。本文采用热重分析仪(TGA)和固定床实验等实验设备,从基础动力学入手,探讨了粒径和煅烧气氛对钙基吸收剂脱碳和脱硫的影响以及吸收剂经历的碳化循环次数对其脱硫的影响。由于吸收剂脱碳能力随循环次数的增加而下降,采用蒸汽水合的方法提高钙基吸收剂脱碳和脱硫能力。在模拟真实烟气气氛下,采用鼓泡流化床设备,研究了钙基吸收剂循环脱碳再脱硫特性以及吸收剂流化效果和颗粒磨损特性。基于“以废治废”的思想,利用煤灰与CaO水热化合反应,合成具有更大比表面积和比孔容积的吸收剂,并利用TGA进行脱碳和脱硫能力测试。实验过程借助了扫描电镜、比表面积分析仪、粒径分析仪和X射线衍射分析仪等辅助设备研究样品在不同反应阶段的特性。研究发现,在180目-400目的粒径范围内,粒径对碳化反应影响较小,而对硫化反应影响较大,粒径越小硫化率越高。煅烧过程中CO2浓度对碳化反应影响较大,而对硫化反应影响不大。钙基吸收剂碳化率随碳化循环次数的增加而下降,但硫化率受碳化循环次数的影响不大,40次循环后的吸收剂硫化率与新鲜剂硫化率接近,说明脱碳失效后的吸收剂剂仍是良好的脱硫剂。蒸汽水合法对钙基吸收剂激活作用明显,且吸收剂具有可重复水合激活特性。碳化失效的吸收剂每经历一次水合作用,其碳化活性可恢复至接近新鲜剂水平,且随后的活性下降规律与新鲜剂相同。水合后的吸收剂硫化率远高于新鲜剂硫化率。水合作用在吸收剂颗粒表面产生了大量裂缝和破碎,一方面有利于气体扩散和增大产物可自由生长的外表面积,另一方面由于增大了吸收剂磨损速度,不利于流化床运行。本文证实了钙基吸收剂流化床运行时团聚固结问题的存在。天然石灰石在鼓泡流化床中运行一段时间后,颗粒团聚固结导致流化效果恶化,甚至出现“死床”的现象。这是由于钙基吸收剂高温下自身的特性所造成的,粉末状新鲜石灰石在固定床上煅烧后即发生结块现象。石灰与铝酸钙水泥混合并制粒成球型颗粒的吸收剂,具有更好的循环稳定性和脱硫能力,更好的抗磨损和抗团聚性能,但是该吸收剂初始几次脱碳能力低于天然吸收剂。基于“以废治废”的思想以及受火山灰反应可生成高比表面积产物的启发,将煤灰与CaO在热水中混合搅拌加速火山灰反应,得到比表面积和比孔容积明显提高的钙基吸收剂。火山灰反应产物主要是CaSiO3,呈网状结构,其发达程度与CaO/煤灰配比、水热化合时间以及CaSO4或NaOH的添加量有关。合成剂比天然吸收剂具有更好是循环稳定性,但合成剂中CaO配比不宜过低,否则合成剂中有效CaO含量过低,将降低整体脱碳脱硫能力。经过多次脱碳循环失效的合成剂仍然具有良好的脱硫能力。添加少量NaOH会明显降低合成剂循环脱碳能力,但却能大幅提高脱硫能力,这是由于脱硫反应除了受气体扩散控制外,还受固态离子扩散控制,Na+离子的加入可造成更多的晶格缺陷,加速了离子扩散速率,从而提高脱硫能力。
【作者】赵争辉；
【导师】陈鸿伟；
【作者基本信息】华北电力大学，热能工程，2014，博士
【关键词】钙基吸收剂；循环脱碳；脱硫；流化床；蒸汽水合；吸收剂改性；

【参考文献】
[1]蒋莹.应用超声评价产后盆底功能障碍的康复疗效[D].遵义医学院,影像医学与核医学（专业学位）,2014,硕士.
[2]汤稚音.南海北缘陆相盆地白垩系沉积学与地球化学特征研究[D].中国地质大学（北京）,海洋地质,2014,硕士.
[3]刘宝江.忠宝钨矿外围矽卡岩型钨矿勘查技术方法组合研究[D].新疆大学,地球探测与信息技术,2013,硕士.
[4]张璟.邯郸热电厂脱硫增容改造项目后评价研究[D].华北电力大学,项目管理（专业学位）,2012,硕士.
[5]范榕.明清小说中的商人故事模式探讨[D].南京大学,中国古代文学,2013,硕士.
[6]易燕.基于视觉的布匹疵点实时双处理机检测系统的设计与研究[D].华侨大学,控制科学与工程,2014,硕士.
[7]祝文山.淫羊藿素抑制肺癌A549细胞增殖的机制研究[D].华中科技大学,生物制药工程,2013,硕士.
[8]仇文军,孔英会,贾俊敏.一种火电厂生产实时数据的存储及显示系统[J].广东自动化与信息工程,2004,03:48-50.
[9]李勍,章毓晋.基于特征元素和关联规则的图象分类方法[J].电子学报,2002,09:1262-1265.
[10]唐志涛.测评系统组件间数据交互的设计与实现[D].西安电子科技大学,计算机系统结构,2011,硕士.
[11]邓志军,陈冰冰,郑浣琪,魏协宇,高增梁.外压模拟计算中圆筒初始几何偏差描述方法的研究[J].机械工程学报,2015,06:66-72.
[12]逯欣欣.基于Android平台的煤矿安全监测GIS系统的设计与实现[D].西安科技大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[13]汪海峰.水热法制备多铁性材料BiFeO_3及性能研究[D].东北大学,材料学,2010,硕士.
[14]王慧.林间四足步行机的步态规划与建模仿真研究[D].东北林业大学,机械设计及理论,2014,博士.
[15]董开帆,干宏程.面向大型社会活动的智能交通控制策略研究[J].天津师范大学学报(自然科学版),2013,03:56-59+74.
[16]施亚.微博消息传播模型和预测机制研究[D].北京交通大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[17]吴玲芳,王晓瑞,柳志强,郑裕国.冬虫夏草液体发酵培养的研究进展[J].发酵科技通讯,2014,04:25-29.
[18]AlmugabgabSalman（沙尔门）.血浆锌水平和2型糖尿病的关联研究[D].华中科技大学,营养与食品卫生学,2013,硕士.
[19]曾翀.基于价值观的石油企业员工选聘与融入研究[D].西南石油大学,石油工程管理,2014,博士.
[20]杨硕亮.基于DSP的双向DC/DC变换器研究[D].西安科技大学,电力电子与电力传动,2013,硕士.
[21]何卿.基于虚拟仪器的气力输送试验装置测控系统研究[D].河北农业大学,农业机械化工程,2004,硕士.
[22]关青武.基于SQL Server2005的航空公司信息管理系统[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[23]马旭,程咏梅,郝帅,陈克喆,王涛.面向未知区域深度测量的单目序列图像稠密点特征生成算法[J].航空学报.
[24]贺美德,刘军,乐贵平,张顶立,王梦恕.大断面通道近距离上穿盾构隧道引起的变形分析[J].岩石力学与工程学报,2014,S2:3682-3691.
[25]张嘉.初中“蔬菜栽培”校本课程的开发和实践研究[D].苏州大学,学科教学（专业学位）,2014,硕士.
[26]王倩.高等职业教育信息化建设问题及对策研究[D].山东师范大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[27]朱晓东,王杰.一种新型分层模糊系统及其逼近性能[J].控制与决策,2013,10:1559-1563+1567.
[28]武春桃.TCD检测正常人RLS的发生率及特点与优化体位选择的研究[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[29]魏秀萍.明清时期江南私家藏书楼及其文化传承研究[D].兰州大学,传播学,2012,硕士.
[30]苗云波.日伪在土默特地区的统治[D].内蒙古大学,专门史,2014,硕士.
[31]张向楠.新课改背景下城镇普通高中信息技术与地理教学整合[D].河北师范大学,现代教育技术,2013,硕士.
[32]师熙明.主动介入式废墟缝隙搜救机器人关键技术研究[D].上海大学,机械电子工程,2013,硕士.
[33]李靖.氧化石墨的制备与氢敏特性研究[D].中北大学,2012.
[34]金澈清,钱卫宁,周傲英.流数据分析与管理综述[J].软件学报,2004,08:1172-1181.
[35]王林.基于呼出气体及其冷凝物中标志物筛查肺部疾病方法的研究[D].浙江大学,生物医学工程,2013,硕士.
[36]沈超.脊柱缩短截骨术治疗合并脊髓栓系的先天性脊柱侧弯的安全性和有效性研究[D].第四军医大学,外科学,2014,硕士.
[37]邹祥波.褐煤提质及其快速热裂解挥发分析出特性的研究[D].浙江大学,2013.
[38]杨思.试论内蒙音乐对二胡艺术的影响[D].湖南师范大学,音乐学,2014,硕士.
[39]陈必远,陈明伟,易维启.时空变分频常相位校正[J].石油地球物理勘探,1997,S1:103-108+193.
[40]高南林.上海A房地产集团诊断分析及变革对策[D].对外经济贸易大学,2005.
[41]赵欣.我国保险监管模式定位及监管法律制度的完善[D].吉林大学,法律,2004,硕士.
[42]王侃.智能技术在电子公务中的应用分析[J].科技情报开发与经济,2004,06:204-205.
[43]郭佳佳.基于Moodle的网络学习平台的设计与实践研究[D].华侨大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.
[44]黄春辉,林宗寿,彭百成.现代水泥企业信息化解决方案[J].国外建材科技,2004,01:15-17.
[45]鲁金明.大孔载体上制备NaA分子筛膜的研究[D].大连理工大学,化工工艺,2004,硕士.
[46]王要敏.浅谈组合机床工艺流程方案制订中的一些基本问题[J].组合机床与自动化加工技术.1990(06)
[47]张敬敬.立体广告与环境相互作用的分析[D].陕西科技大学,设计艺术学,2013,硕士.
[48]吴建新.入侵检测技术概述[J].电脑知识与技术,2005,30:45-47.
[49]李峭漪.“转型”背景下关中特色民居的设计研究[D].长安大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[50]常江龙.三维人脸表情合成研究[D].中国科学技术大学,2009.