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1、使用添加剂调质钙基脱硫剂的机理概述董善宁,等使用添加剂调质钙基脱硫剂的机理概述董善宁,佟会玲,陈昌和(清华大学热能工程系,北京100084)摘要:从干法固硫气扩散及气固反应角度回顾了添加剂对钙基脱硫剂调质作用的有关研究情况,指出目前该技术在研究以及工业应用中存在的一些关键问题,并讨论该技术的发展趋势。关键词:添加剂;干法固硫;氧化钙;氢氧化钙;烟气脱硫中图分类号:X701.3文献标识码:A文章编号:100326504(2004)0420107204随着二氧化硫排放标准的制定,需要寻求良好的在如何提高气固
2、非催化反应中固体反应转化率。他认燃煤脱硫方法,以较低的成本有效地控制二氧化硫的为由于反应产物CaSO4的摩尔体积大于反应物CaO排放显得尤为迫切。干法烟气脱硫工艺投资费用较的摩尔体积,CaO粒子随着反应的进行逐渐膨胀长大,低、脱硫产物呈干态、无需装设除雾器及烟气再热器、反应到达一定阶段后,不含杂质的CaO粒子形成的产设备不易腐蚀、不易发生结垢及堵塞,但吸收剂的利用物层堵塞了原本粒子之间的孔隙,使得脱硫剂颗粒表率低于湿法烟气脱硫工艺,用于高硫煤时经济性面非常致密,抑制了SO2的继续扩散;而含有杂质的[1]
3、差。许多研究工作已经表明使用经添加剂调质后粒子形成的产物层不能紧密连接,导致脱硫剂颗粒表的钙基脱硫剂可以提高干法烟气脱硫厂艺的经济性,面较疏松,仍有较大的孔隙。这样含有杂质的钙基脱这种调质技术亦成为近年来研究的热点之一。硫剂扩散系数随反应进行下降的程度比纯钙基脱硫剂钙基脱硫剂与SO2的反应很复杂,它是由反应气缓慢得多。张洪[3]指出含有惰性杂质的固硫剂的产体在CaO颗粒孔内扩散、SO2与CaO进行表面化学反物层膨胀系数小于纯CaO固硫剂的产物层的膨胀系应以及在产物层内反应气体和固体离子相互扩散等三数,因
4、此减缓了脱硫剂颗粒孔隙的封闭,从而促进了个过程所组成。下面从气固扩散以及气固反应的角度SO2气体在脱硫剂孔隙中的扩散,进而使反应后期的来阐述各种脱硫剂调质技术的机理。CaO转化率仍有增长。[4]Hisa研究表明同硫气固应不是单纯的SO2在固1添加剂对固硫反应过程中气固相扩散的影响2+2-体中的扩散,还包括了Ca和O离子透过产物层固钙基脱硫剂的固硫过程可以用粒子模型来表述,2-体向其表面处的离子扩散,其中O离子的传送动力假定脱硫颗粒是很多致密无孔CaO小粒子的聚合体,2+2-来自晶格四面体中存在的空穴。当
5、Ca和O离子各个小粒子之间的空间形成了脱硫剂颗粒的孔隙。烟到达外界面时,发生了如下反应:气通过颗粒的孔隙扩散到小粒子的表面进行反应,小2+2-1粒子的反应符合未反应收缩核模型。收缩核模型认为Ca+O+SO2(g)+2O2yCaSO4(s)气固反应是在产物与反应物之间的界面上进行的,产2添加剂对钙基脱硫剂结构的影响物层的厚度随反应时间而增加,表面化学反应的界面收缩。反应初期,产物层较薄,气体扩散穿过产物层的钙基脱硫剂的微观结构与其固硫能力有着密切的阻力较小,总反应历程为化学反应控制阶段;随着时间关系。通过
6、使用一些化学溶液调质处理脱硫剂,可以的增长,产物层厚度增大,扩散阻力增大,总反应历程明显改善脱硫剂的微观结构,从而提高固硫效果。则表现为扩散控制阶段。较为典型的研究工作有:Paolo[5]用NaCl溶液处[2]Prasannan等研究了添加剂对固硫反应过程中理粒径0.5~1.5mm的石灰石,发现在850e时,用烟气扩散的促进作用,并用粒子模型解释了杂质的存2%浓度(最佳浓度)的NaCl溶液浸泡过的石灰石可比处理前脱硫率提高了近8个百分点,原因是在固硫基金项目:国家重点基础研究发展规划基金项目资助(973
7、);燃煤污染过程中形成了一种有适宜的网络结构的CaO。同时发防治的基础研究项目(1999,10-2004,9)现KCl也有相似的性质,而其他一些氯化物,如Ca2作者简介:董善宁(1980-),男,硕士研究生,从事干法烟气脱硫技术研究。Cl2、MgCl2、LiCl、CsCl等则相反会降低脱硫剂的活性。#107#环境科学与技术第27卷第4期2004年7月[6]傅勇等的研究表明在CaO中加入少量钠离子添加而张良等则认为Fe2O3主要是加快了CaO+SO2yCa2剂可以延滞阻止CaSO4的分解,提高固硫率,其效
8、用SO3这一过程。张洪、陈亚非等认为Fe2O3不仅对脱与钠离子的投入形式无关;钠离子的作用机理为同离硫剂起到催化作用,而且有效地降低反应活化能,同时子效应和产物包藏作用:钠离子添加剂在煤样重量0.有利于提高指前因子和自然衰减时间指数。武增001~0.01的范围内较佳。[13]华分析了不同实验室测得的钙基脱硫剂本征化学[7]Juan的研究结果表明,在1050e,钙硫比为2反应的动力学参数的差异,总结得出表面化学本征反时,经2%浓度的LGS溶液
