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钙基吸收剂脱硫产物微观形貌及其破碎特性研究

作　者: 马鹏飞
导　师: 赵广播
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 动力工程
关键词: 钙基吸收剂添加剂脱硫气氛孔隙结构破碎特性
分类号: X701.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

我国现在应用较广的烟气脱硫技术普遍使用钙基吸收剂，而由于脱硫过程中产物层的形成，阻碍了吸收剂有效固相组分与SO₂的接触，造成钙基吸收剂利用率降低。为解决上述问题学者先后提出了多种工艺路线，其中之一是脱硫产物表面粗糙化生长，它是指利用添加剂或者调节脱硫反应条件，使钙基吸收剂表面生成粗糙度高，机械强度低的脱硫产物。在脱硫过程中通过颗粒之间、颗粒与反应器壁面之间的摩擦碰撞可以使粗糙化的脱硫产物从吸收剂表面破碎脱落，使吸收剂中有效固相组分与SO₂直接接触，从而提高吸收剂的利用率。本文在前人研究的基础上，针对不同反应条件及添加剂对钙基吸收剂脱硫产物的微观形貌和破碎特性所造成的影响展开了研究。本文采用固定床反应器作为脱硫试验平台，借助压汞仪、扫描电镜、XRD、EDS等分析测试手段，对不同反应条件及添加剂对钙基吸收剂脱硫产物微观形貌产生的影响进行了研究。试验发现：高浓度水蒸气和NO₂的存在可以提高吸收剂脱硫效率，这说明高浓度水蒸气以及NO₂的存在有利于脱硫反应的进行；高浓度水蒸气使脱硫产物表面微观形貌更加致密，NO₂的存在导致脱硫产物表面粗糙度增加。烟气中CO₂浓度升高时，钙基吸收剂脱硫效率下降，且脱硫产物表面微观形貌变得致密，这说明CO₂使钙基吸收剂表面孔隙更容易堵塞。添加剂造成了如下影响：添加1%MgCl₂或1%MgO的钙基吸收剂利用率大幅上升，其他种类和含量的添加剂会降低钙基吸收剂的利用率。添加SiO₂造成了脱硫产物中小于100nm孔隙比孔容积降低，表面粗糙化现象加剧。MgCl₂、MgO及Ba（OH）₂添加量增加造成了脱硫产物中“小孔”比孔容积降低，表面粗糙度下降。在固定床脱硫试验的基础上，利用振筛机上对多种脱硫产物进行了振筛试验，以研究不同反应条件和添加剂对脱硫产物破碎特性的影响。通过试验研究发现：低浓度水蒸气、高浓度CO₂、存在NO₂都会提高脱硫产物的破碎性能；10%水蒸气条件下得到的脱硫产物振筛后筛上样品中100-300nm之间的“中孔”的比孔容积较原始吸收剂略有上升，而30%CO₂条件下得到的筛上样品中“中孔”比孔容积上升明显，500ppm NO₂条件下得到的筛上样品中“中孔”比孔容积与原始吸收剂持平。添加SiO₂、MgCl₂、MgO会提高脱硫产物的破碎效率，而添加Ba（OH）₂时脱硫产物的破碎效率降低；添加5%SiO₂和3%MgCl₂的振筛后筛上样品中“中孔”比孔容积与原始吸收剂相比有所上升，而添加了1%MgO的振筛后筛上样品中“中孔”比原始吸收剂有所减少。通过扫描电镜观察，振筛后筛上样品普遍具有比筛下样品更为粗糙的表面微观形貌。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 SO_2的排放现状和危害  9-11
  1.2 干法脱硫技术  11-13
  1.3 提高钙基吸收剂利用率的国内外研究现状  13-17
  1.4 本文意义及主要内容  17-19
第2章试验系统和试验方法  19-28
  2.1 钙基吸收剂脱硫试验系统介绍  19-21
    2.1.1 配气系统  19-20
    2.1.2 增湿系统  20
    2.1.3 固定床反应器  20
    2.1.4 加热与保温系统  20-21
    2.1.5 测量系统  21
    2.1.6 尾部烟气处理系统  21
  2.2 试验原料和器材  21-22
    2.2.1 试验原料  21
    2.2.2 试验器材  21-22
  2.3 试验过程  22-25
    2.3.1 消石灰样品制备  22-23
    2.3.2 脱硫试验  23-24
    2.3.3 脱硫产物振筛试验  24-25
  2.4 试验所使用分析测试手段  25-27
    2.4.1 钙基吸收剂脱硫性能评价及脱硫产物破碎特性评价  25-26
    2.4.2 傅里叶红外光谱仪  26
    2.4.3 压汞仪  26
    2.4.4 X 射线衍射仪  26
    2.4.5 扫描电镜及 X 射线能谱分析  26-27
    2.4.6 振筛机  27
  2.5 本章小结  27-28
第3章钙基吸收剂脱硫产物微观形貌研究  28-59
  3.1 引言  28
  3.2 反应条件对钙基吸收剂脱硫产物微观形貌的影响  28-36
    3.2.1 反应条件对钙基吸收剂脱硫性能的影响  28-30
    3.2.2 水蒸气浓度对脱硫产物微观形貌的影响  30-32
    3.2.3 CO_2浓度对脱硫产物微观形貌的影响  32-34
    3.2.4 NO_2浓度对脱硫产物微观形貌的影响  34-36
  3.3 添加剂对钙基吸收剂脱硫产物微观形貌的影响  36-57
    3.3.1 添加剂对原始钙基吸收剂表面微观结构的影响  36-45
    3.3.2 添加剂对钙基吸收剂脱硫性能的影响  45-48
    3.3.3 添加剂对脱硫产物表面微观结构的影响  48-57
  3.4 本章小结  57-59
第4章钙基吸收剂脱硫产物破碎特性的研究  59-76
  4.1 引言  59
  4.2 振筛对颗粒微观形貌的影响  59-61
  4.3 反应条件对脱硫产物破碎特性的影响  61-68
    4.3.1 消石灰脱硫产物层的破碎特性  61-63
    4.3.2 10%水蒸气的影响  63-65
    4.3.3 30%CO_2的影响  65-66
    4.3.4 500ppmNO_2的影响  66-68
  4.4 添加剂对脱硫产物破碎特性的影响  68-74
    4.4.1 SiO_2的影响  68-70
    4.4.2 MgCl_2的影响  70-71
    4.4.3 MgO 的影响  71-73
    4.4.4 Ba(OH)_2的影响  73-74
  4.5 本章小结  74-76
结论  76-77
参考文献  77-82
致谢  82

钙基吸收剂脱硫产物微观形貌及其破碎特性研究

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