半干法脫硫灰中CaSO-,3-低溫轉(zhuǎn)化技術(shù)研究.pdf

1、我國是世界上主要的煤炭生產(chǎn)國和消費國之一,以煤炭為主要能源的消費結(jié)構(gòu)在很長一段時期內(nèi)不會改變。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,一次能源消費總量占75％的煤炭消費不斷增長,排放的SO2也不斷增加,導(dǎo)致我國酸雨污染日趨嚴(yán)重。因此,煙氣脫硫技術(shù)顯得尤為重要。循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫技術(shù)因其操作簡單、占地面積小、無廢水產(chǎn)生、對現(xiàn)有企業(yè)具有較強的適應(yīng)性等特點,在半干法煙氣脫硫中得到廣泛的應(yīng)用。但因脫硫過程中產(chǎn)生的脫硫副產(chǎn)物(脫硫灰)中CaSO3含量較高,

2、制約了其有效地綜合利用。本文在分析了半干法脫硫灰理化特性、熱穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,建立了濕度、時間和鉻渣添加量與脫硫灰轉(zhuǎn)化率之間的數(shù)學(xué)模型,并得出了CaSO3轉(zhuǎn)化工藝最佳優(yōu)化條件,建立了脫硫灰氧化動力學(xué)方程,改性后的脫硫灰可用于生產(chǎn)緩凝劑、膠凝材料等,開辟了半干法脫硫灰資源化利用的新途徑。
　　 采用碘量法及SEM、XRF、TGA-DTA、粒度分布儀、比表面積測定儀等現(xiàn)代分析手段對鋼廠、電廠半干法脫硫灰的理化特性進行了分析研究。分析結(jié)

3、果表明:半干法脫硫灰的顆粒為不規(guī)則形,呈多孔狀,顆粒表面光滑,結(jié)構(gòu)疏松；其成分隨著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對脫硫灰的熱穩(wěn)定性研究表明,在空氣氣氛條件下,脫硫灰中CaSO3在溫度低于400℃時比較穩(wěn)定,僅發(fā)生失去結(jié)晶水的變化,大于400℃且在分解之前(850℃)被氧化生成性質(zhì)相對穩(wěn)定的硫酸鈣；濕態(tài)下的脫硫灰比干燥態(tài)的易氧化；存在環(huán)境中氧氣濃度越高,脫硫灰中的C

4、aSO3越易氧化為CaSO4。
　　 以純試劑CaSO3作為研究對象,通過調(diào)節(jié)不同環(huán)境氛圍和添加劑進行差熱熱重分析,探討了各因素對CaSO3氧化轉(zhuǎn)化性能的影響。結(jié)果表明:CaSO3分別在空氣氣氛、氧氣氣氛下氧化轉(zhuǎn)化需要的最低溫度分別為477.9℃、431.6℃,干態(tài)脫硫灰在密閉或敞開的環(huán)境下,放置90 d,CaSO3轉(zhuǎn)化率僅為1％,不易被氧化,性能穩(wěn)定,濕態(tài)脫硫灰在密閉條件下不易被氧化成CaSO4,而在敞開放置條件下,90 d的

5、氧化率為5％；當(dāng)溫度低于300℃時,干態(tài)CaSO3幾乎不反應(yīng),濕態(tài)CaSO3氧化率可達到5％左右,可見濕度對CaSO3氧化轉(zhuǎn)化的影響很大；脫硫灰中本身含有的氧化物(CaO、Fe2O3、MgO)對脫硫灰中的CaSO3氧化轉(zhuǎn)化的作用也不同,其中CaO對脫硫灰中的CaSO3的氧化轉(zhuǎn)化有抑制作用,而Fe2O3和MgO對脫硫灰中的CaSO3的氧化轉(zhuǎn)化有促進作用；催化劑對CaSO3氧化轉(zhuǎn)化有不同程度的影響,其中,CuSO4和Cr2O3對其氧化轉(zhuǎn)化影

6、響最大；CuSO4和Cr2O3分別與強氧化劑(H2O2)共同作用,可以使CaSO3在低溫條件下(≤100℃),氧化轉(zhuǎn)化效率商達78.11％。
　　 結(jié)合BOX-Behnken的中心組合實驗設(shè)計及響應(yīng)曲面分析法,在低溫條件下(60℃)建立了濕度、時間和鉻渣添加量與脫硫灰轉(zhuǎn)化率之間的數(shù)學(xué)模型,通過模型分析得到鉻渣添加量對脫硫灰的轉(zhuǎn)化率的影響最大,同時濕度和鉻渣添加量的交互作用對脫硫灰的轉(zhuǎn)化率的影響作用最大,得到的改進預(yù)測模型為Y=0

7、.3091+0.0875X2+0.1932X3+0.0687X23+0.0719X2X3,其中X2和X3分別代表濕度和鉻渣添加量的編碼水平,且脫硫灰的最佳改性工藝條件為時間30 min,濕度為9.8％,鉻渣添加量為46.8％。
　　 采用差熱-熱重分析(TGA-DTA)對半干法脫硫灰中CaSO3氧化轉(zhuǎn)化為CaSO4的動力學(xué)特性進行了研究,并就CaO、MgO、Fe2O3等氧化物對其氧化轉(zhuǎn)化的影響進行了單因素分析。結(jié)果表明:5種試樣

8、的氧化轉(zhuǎn)化反應(yīng)均符合一級動力學(xué)反應(yīng)模型。純CaSO3干法氧化轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化溫度為426～508℃,活化能為117.2192 KJ·mol-1；分別加入CaO、MgO、Fe2O3的CaSO3干法氧化活化能為153.4195 KJ·mol-1、109.7042KJ·mol-1、91.3526 KJ·mol-1,初始轉(zhuǎn)化溫度為441℃、413℃、392℃；鋼廠半干法脫硫灰中CaSO3氧化轉(zhuǎn)化的活化能升高為169.3116 KJ·mol-1,初始轉(zhuǎn)