文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
O2/CO2气氛下改性方解石煅烧分解与固硫特性研究
姓名:曹会龙
申请学位级别:硕士
专业:热能工程
指导教师:徐明厚;姚洪
2011-01-11
华中科技大学硕士学位论文
摘要
本文借助固定床反应器和 TGA 实验,结合 XRD、SEM、N2 吸附仪等测试仪器
对 O2/CO2 气氛下方解石、改性方解石(Na-Treated)和海贝壳(Scallop)的静态煅
烧分解、烧结和固硫特性进行了研究;然后运用沉降炉系统进行了动态固硫特性实
验研究,考察了气氛、温度和 CO2 分压等因素的影响。通过系统研究,阐述了 O2/CO2
气氛下方解石脱硫机理,并对碱金属 Na 在强化方解石脱硫效率方面进行了解释。
首先对方解石、改性方解石与海贝壳的煅烧分解、烧结特性进行研究。实验和
模拟研究结果表明:CO2 分压是影响 CaCO3 分解的主要因素之一,低 CO2 浓度时,
方解石煅烧起始分解温度更加依赖于 CO2 分压,而当 CO2 分压大于时,CO2 分
压对煅烧反应的影响减弱。随着 CO2 分压的增高,脱硫剂起始分解温度升高,煅烧
反应活化能 E 增大,加入 Na2CO3 改性可以明显降低方解石煅烧反应的活化能 E。同
时借助 SEM、XRD 测试分析后发现:方解石煅烧产物呈现出小孔孔径分布,晶粒较
小,容易烧结粘连一起堵塞内孔;相对于 O2/CO2 气氛,O2/N2 气氛下烧结更为严重,
形成大片粘连的晶粒群, BET 和 PV 降低明显,这也是导致 O2/N2 较 O2/CO2 气氛下
脱硫效率低的主要原因。此外煅烧过程中碱金属 Na 的添加,因煅烧过程中晶格重组,
使得改性方解石和海贝壳煅烧产物具有典型的大孔孔径分布,烧结明显减缓,经过
1800s 煅烧后,BET 和 PV 是相同工况下方解石的 4 倍。
其次运用模拟烟气方法对方解石等钙基脱硫剂在 O2/CO2 气氛下静态硫化特性进
行了实验研究。结果表明:O2/CO2 气氛下脱硫机理由传统的 CaO-SO2 机理转变成为
CaCO3-SO2 机理。在相同工况下,O2/CO2 气氛比 O2/N2 气氛有高的脱硫效率;同时
改性方解石与海贝壳均可以提高脱硫效率,加入 Na2CO3 改性可以显著提高方解石脱
硫效率,且受硫化温度影响较小。O2/CO2 气氛下喷钙脱硫实验结果表明:方解石、
改性方解石以及海贝壳的钙转化率在 850℃和 1000℃分别为 %和 %、
%和 %和 %和 %。
最后借助于沉降炉系统,考察了温度、气氛和 Ca/S 摩尔比等因素对方解石炉内
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喷钙脱硫效率的影响,同时对比研究了改性方解石、海贝壳与方解石之间脱硫效率
的差异。实验结果表明:与传统 O2/N2 气氛相比,O2/CO2 气氛具有较高的最佳脱硫
温度更宽的最佳脱硫温度区间,最佳脱硫温度和脱硫区间为 1000℃和 1000-1100℃。
碱金属 Na 盐的存在抑制硫酸盐的高温分解,显著提高了方解石最佳脱硫温度和脱硫
效率。在本文研究中改性方解石和海贝壳最佳的脱硫温度在 1050℃附近,且在一定
温度范围内改性方解石(Na-Treated)的脱硫效率比海贝壳(Scallop)要高。在 1100℃
时,改性方解石、海贝壳与方解石的脱硫效率分别为 %、%和 %。

关键词:O2/CO2 气氛;方解石改性;煅烧分解与烧结;模拟烟气;硫化特性;
II
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Abstract
The static characteristic of calcined position, sintering and sulfation for
limestone,scallop and modified limestone were carried out on the fix-bed reacter and the
vertical thermal balance system . And then we use the drop tuber furnace(DTF)investigate
the dynamic characteristic of sulfuraization for limestone and Na-Treated. Through the
systematic investigatement, the main conclusions are as follows:
Firstly, th