流化床燃烧条件下过渡金属氧化物的催化固硫研究.pdf

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1、第1期(总第152期)NO．1(TotalNo．152)2011年2月Feb．2011流化床燃烧条件下过渡金属氧化物的催化固硫研究戴财胜郑万兰(湖南科技大学，湖南湘潭4l1201)摘要利用流化』末煤燃烧法和热重分析法研究了MnO、Fe0。、ZnO3种过渡金属氧化物在流化床燃烧条件下的催化固硫效果。实验结果表明，在流化床煤燃烧反应器中，MnO、Fe。0。、Zn0添加量在Me／S(摩尔比)=2．5时，煤样固硫率最高，分别为40．6％、36．2％、56．9％，添加量为原煤质量的1．O％时，其燃烬率由原煤的44．91％分别提高到57．95％、5O．81％、49．36％；在热重分析实验中，MnO、F

2、e0。、Zn0添加量为原煤质量的1．0％时，煤样相对于原煤着火点分别降低5℃、12℃、7℃，最大燃烧速率分别提高32．3％、l3．2％、1O．O％。结果表明，3种过渡金属氧化物对煤燃烧有良好的催化围硫作用。关键词流化床煤燃烧过渡金属氧化物催化固硫文章编号：loo5—9598(2ol1)一O卜oo31O4中图分类号：X7O1．3文献标识码：B流化床燃烧技术是目前发展迅速的发电技术之表1煤样的工业分析和元素分析一⋯，其存在的问题主要有：很多电厂煤燃烧不完全，工业分析／％元素分析／％飞灰和灰渣中含碳量高；燃烧过程中脱硫效果差，烟朋】AadVadCadH0adNadSad气中s0含量高。因此，在流

3、化床燃煤过程中，提高煤0．6240．1】19．6O58．265．315．986．O94．72粉的燃烧速率和固硫率非常必要。目前流化床燃煤中最常见的固硫剂主要是钙基围硫剂，研究者发现，钙选取MnO、Fe。O。、ZnO3种过渡金属氧化物，均选基固硫剂对于煤炭燃烧性能的改善作用不明显L233。用分析纯，粒度≤0．2mm。李华等提出了过渡金属对煤燃烧有催化氧化作用；1．3实验装置与方法袁中山等研究表明，过渡金属氧化物对煤燃烧固硫煤固硫燃烧实验在小型石英流化床反应装置上有催化作用，而且其本身具有同硫作用。使用过渡金进行(见下页图1)。反应析出的硫化物等气体由硝酸属氧化物作为催化固硫剂，可以使大量含有

4、过渡金属酸化的氯化钡溶液吸收。煤在流化床反应器中，以氧的矿渣得到有效利用，而在流化床条件下研究过渡金气为燃烧气氛，燃烧温度为850~C，加料方式为设定属氧化物的催化固硫作用尚鲜有报道。本文选取温度下一次抛料，固硫实验每次加料约为5g，反应时MnO。、Fe0。、ZnO3种过渡金属氧化物，研究了它们在间为4min。燃烧实验每次加料约为2g，燃烧反应时间流化床条件下对燃煤固硫效率以及燃烧性能的影响。设为lmin。当达到预定停留时间时，立即关闭氧气阀门，取f}I石英管反应器，冷却至室温，收集煤燃烧后l实验的灰渣进行称重分析。热重实验采用美TA—Q50型1．1煤样选择热重分析仪，操作条件为空气，空气

5、流量60mL／min，煤样为湖南嘉里煤，粒度≤0．2mm，其工业分析和程序升温速率为15。C／min，用铂坩埚每次称样12mg。元素分析见表l。1．4计算方法1．2实验药品流化床燃煤的嘲硫率钾的计算公式见式(1)：=S／S0×100％(1)收稿日期：2010—12-19式中：s——煤样燃烧后灰渣含全硫质量，g；作者简介：戴财胜(1965一)，男，1987年毕业于湘潭工学s一一煤样含全硫质量，g。院(现湖南科技大学)，博士，教授，主要从事煤化及清净流化床燃煤的燃烬率的计算公式见式(2)：煤技术的研究。=(elm0)×100％(2)一32一煤化工2011年第l期2．2过渡金属氧化物的固硫作用M

6、nO。、Fe。0。、ZnO和CaO在流化床燃烧反应器中的燃煤固硫结果见图3。假设金属氧化物为MeO，结果表明：在0．5~Me／S(摩尔比)≤2．5范围内，随着Me／S的增大，煤样的固硫率呈上升趋势。原煤灰本身的固硫率为5．3％，当Ca／S=2．5时，CaO的固硫率最高为36．5％，由图3可知，过渡金属氧化物作固硫剂较CaO固硫率有明显提高。其中以ZnO作固硫剂时固硫效果图1流化床燃烧反应装置示意图最好，当Zn／S为2．5时，固硫率最高为56．9％，是原煤本身固硫率的10．7倍，较CaO提高了42．5％。MnO2式中：c——灰渣含碳质量，g；的固硫效果次于ZnO，在Mn／S为2．5时固硫率为

7、m广煤样燃烧前的质量，g。40．6％，为原煤固硫率的7．6倍，较CaO的最大固硫率煤热重分析着火温度的确定方法为过DTG曲线提高il．2％。Fe203的固硫效果不及ZnO和MnO2，Fe／S的峰值点，作温度轴的垂线交于TG一点，过此交点作为2．5时，固硫率最大为36．2％，是原煤固硫率的6．8TG曲线的切线交于TG曲线开始的平行线于一点，此倍，与同条件下CaO的最大固硫率相当。点对应的温度即认为是煤粉的着火温度_6]。1