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影響水泥窯幹法脫硫效率的幾點因素

2019-11-28

水泥窯幹法脫硫反饋屬於非催化氣固反饋,本征反饋速度隨溫度枯燥遞增。以接納CaO作為脫硫劑為例,脫硫反饋除了在CaO顆粒表麵產生反饋外,反饋氣體還會在向CaO裏麵孔隙分散的過程中與孔隙內表麵產生反饋。因為CaSO4的摩爾容積(46.0 cm3/mol)是反饋物CaO摩爾容積(16.9 cm3/mol)的2.72倍,隨著反饋的進行CaO表麵會漸漸形成產物層,產物層的發展會漸漸堵塞孔隙,使氣態反饋物SO2分散至CaO未反饋表麵的阻力急劇增大,從而緊張影響反饋繼續進行。因此水泥幹法脫硫反饋受到溫度、CaO孔隙布局、其餘氣相組分分散、反饋時間等影響。

1)溫度的影響

溫度會同時影響反饋的3個緊張參數,即反饋速度常數K、孔隙分散率De和產物層分散率Dp,此三者均可寫成以下的形式

H=H0 exp-E/RT

上式中H代表了反饋速度常數K、孔隙分散率De和產物層分散率Dp。因其符合Arrhenius定律均會隨溫度的升高而增加,因此CaO固硫服從應該也會隨溫度增加而進步。清華大學王愛軍、侯波等研究了300~800℃的條件下CaO的固硫特性,表明脫硫劑鈣行使率隨溫度枯燥上升,但並不符合Arrhenius定律所形貌的指數型增長。這表明脫硫反饋最終的進行程度並不取決於脫硫劑與SO2之間的化學反饋速度,而在很大程度上依附於SO2在脫硫劑顆粒外部以及裏麵孔隙中的分散速度和在反饋表麵產物層中的分散速度。

2CaO孔隙布局的影響

隨著脫硫反饋程度的增加,脫硫服從在很大程度上依附於SO2CaO顆粒裏麵孔隙及產物層中的分散速度。Rasmussen 行使固定床製備了不同孔布局CaO樣品,表明CaO固硫服從隨比表麵積增加而增大,但在441~517℃當比表麵積增加到一定值時固硫服從基本固定;在590℃時則不存在該現象。ShihLiMa的研究也表明CaO固硫服從會隨比表麵積的增大而增加。全體來講,CaO的孔隙布局與固硫反饋速度有較大關係,但不同溫度下該關係存在差異,主要受SO2的外分散阻力、孔隙裏麵的分散阻力以及產物層中分散阻力的綜合影響。

幹法脫硫.png

3)煙氣CO2濃度的影響

因為現實煙氣中CO2的濃度平時是SO2濃度的數百倍,在固硫反饋過程中CO2不但會迅速與CaO產生碳酸化反饋,其反饋產物CaCO3還會迅速阻塞脫硫劑裏麵孔隙而且在反饋表麵形成CaCO3產物層,增加SO2分散至反饋表麵的阻力。王愛軍等[10]研究表明當煙氣中CO2濃度為15%時,在350℃以上可以調查到明顯的碳化現象,在500℃時碳化反饋迅速增加,使得CaO脫硫服從大大降低。侯波等研究發現,在300~750℃局限內CO2對脫硫劑的有用鈣行使率有較大的影響,這種負麵用途在450~650℃時闡揚得尤為明顯。HuCorderoGalloway研究表明CaO硫化反饋產物孔隙率較低,使得CaOSO2反饋速度很低;同時,當CO2濃度到達20%時,CaO會優先與CO2反饋,阻礙脫硫反饋。

4)反饋時間的影響

對任何化學反饋而言,隨著反饋時間的延伸,反饋程度慢慢加強,幹法固硫反饋也不例外。Bortz幹脆把幹態鈣基吸收劑噴入汽鍋省煤器區(400~600℃),後果表明當Ca/S=1.5~2.0時,450℃SO2的去除率可達50%~70%,延伸停留時間可增加脫硫服從。

對於傳統的水泥窯幹法脫硫技術,反饋具有如下特色:溫度偏低,主要反饋區域在C1~C2預熱器,溫度約為300~500℃CaO本身比表麵積有限,平時為商用CaO或分解爐本身熱生料,並無經過分外處理;CO2濃度偏高,水泥預熱器內CO2體積濃度平時高達30%以上,對脫硫反饋產生顯著影響;反饋時間短,因為脫硫反饋主要產生在C1~C2預熱器上升煙道,其有用反饋時間平時不及1~2 s。基於以上緣故,水泥窯幹法脫硫反饋服從平時偏低,因此僅適用於SO2初始排放濃度較低的水泥企業;當水泥企業SO2排放濃度較高時,傳統的水泥窯幹法脫硫技術往往無法到達脫硫目標。


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