鎂還原渣應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐脫硫的試驗(yàn)

白坤舉

（河南省鶴壁市淇濱區(qū)鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，如今社會(huì)對(duì)于電力的需要性也在不斷的提升。但迫于如今的資源情況限制，為能夠?qū)崿F(xiàn)資源的可持續(xù)利于的同時(shí)，提高發(fā)電效率，如今越來越多的相關(guān)業(yè)內(nèi)人士開始利用工業(yè)廢渣，尤其是硅熱法煉鎂還原渣（鎂渣）進(jìn)行煤炭的脫硫工作。但鎂渣在運(yùn)輸和生產(chǎn)過程中極易產(chǎn)生粉塵污染，進(jìn)而對(duì)人類和動(dòng)物的呼吸習(xí)慣造成極為嚴(yán)重的負(fù)面影響。另外鎂渣作為工作廢棄物，其還將會(huì)環(huán)境和水資源造成污染。因此對(duì)鎂渣應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐脫硫的試驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)研究，將可以為鎂渣脫硫技術(shù)提供更多的理論參考，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鎂渣的回收再利用的同時(shí)，降低環(huán)境污染問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 鎂渣的脫硫性能

在實(shí)驗(yàn)室條件下，為能夠充分的研究鎂渣的實(shí)際脫硫效果，本次試驗(yàn)將會(huì)通過熱重分析儀為試驗(yàn)中的脫硫反應(yīng)裝置，并以此為基礎(chǔ)來對(duì)鎂渣在不同溫度下的實(shí)際脫硫效果進(jìn)行試驗(yàn)。而在實(shí)際試驗(yàn)中，鎂渣脫硫反應(yīng)系統(tǒng)大體上可以劃分為配氣、硫化反應(yīng)、數(shù)據(jù)記錄三個(gè)流程。其中樣品的硫化反應(yīng)全過程都將會(huì)位于熱重分析儀中完成。在進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)過程中，脫硫反應(yīng)樣品將會(huì)放入到熱重分析儀中的坩堝中，然后其頂部將會(huì)通入適當(dāng)量的模擬氣體，模擬氣體為SO2、N2以及O2三種氣體的混合氣體；而底部則會(huì)通入適當(dāng)量的保護(hù)氣體，保護(hù)氣體為N2氣體，而在熱重分析儀的側(cè)邊處，將會(huì)在試驗(yàn)中排除脫硫反應(yīng)的廢棄，并且該廢氣還會(huì)通過堿液進(jìn)行洗滌，待全部洗滌完成后，排放到儲(chǔ)存氣體的玻璃罐中，待后期進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證反應(yīng)所產(chǎn)生的廢氣，在經(jīng)過堿液洗滌后是否會(huì)到處空氣污染問題。

2 反應(yīng)溫度對(duì)鎂渣脫硫性能所造成的影響

在實(shí)際脫硫反應(yīng)過程中，床溫的變化不僅會(huì)對(duì)脫硫反應(yīng)劑的實(shí)際脫硫性能造成影響，還會(huì)導(dǎo)致脫硫反應(yīng)過程中反應(yīng)不完全，產(chǎn)生固體物質(zhì)或者造成孔結(jié)構(gòu)阻塞等問題，從而多方面結(jié)合下對(duì)脫硫反應(yīng)劑的實(shí)際脫硫性能造成影響。然而找鍋爐實(shí)際工作過程中，其床溫將會(huì)伴隨著鍋爐機(jī)組的負(fù)荷情況變化而在一定范圍內(nèi)進(jìn)行不斷變化，因此在鍋爐的實(shí)際工作過程中，對(duì)脫硫反應(yīng)劑的脫硫性能造成影響是難以避免的問題，因此為能夠最大限度的保障鎂渣的實(shí)際脫硫效果，還需要確定反應(yīng)溫度對(duì)鎂渣脫硫性能所造成的影響[1]。

通過研究發(fā)現(xiàn)，無論在任何反應(yīng)時(shí)間段內(nèi)，812℃情況下的鎂渣脫硫性能都無法同925℃和1131℃下的鎂渣脫硫性能所相比較。哪怕隨著時(shí)間的推移，812℃下的鎂渣鈣轉(zhuǎn)化率一直呈現(xiàn)為持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。之所以會(huì)出現(xiàn)該種現(xiàn)象，主要還是因?yàn)殡S著溫度的不斷增加，氣體分子的平均動(dòng)能將會(huì)隨著脫硫反應(yīng)溫度的增加而不斷提升，致使能夠加入到脫硫反應(yīng)中的活性分子量也在持續(xù)增加，進(jìn)而直接對(duì)鎂渣表面的化學(xué)反應(yīng)速度造成影響，最終造成鈣轉(zhuǎn)化率隨著脫硫反應(yīng)的反應(yīng)溫度不斷增加而持續(xù)上升現(xiàn)象。

除此之外，通過研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的不斷增加，當(dāng)達(dá)到一定溫度限度內(nèi)后，脫硫反應(yīng)的反應(yīng)溫度所能夠造成的轉(zhuǎn)化率增幅將會(huì)持續(xù)降低。之所以會(huì)出現(xiàn)該種情況，主要是因?yàn)樵?131℃時(shí)，鎂渣固體表面所產(chǎn)生的燒結(jié)作用將會(huì)快速加劇，進(jìn)而造成鎂渣固體表面的孔隙率在持續(xù)降低，同樣也會(huì)降低鎂渣固體表面同混合氣體間的接觸面積，進(jìn)而對(duì)鎂渣的脫硫反應(yīng)效率造次實(shí)質(zhì)性的影響。因此，在經(jīng)過多方面測(cè)試總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鎂渣脫硫反應(yīng)的反應(yīng)溫度在925℃時(shí)，其實(shí)際脫硫性能最佳，并且該溫度也與鍋爐政策運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的床溫相對(duì)一致，因此將將鎂渣應(yīng)用與實(shí)際煤炭脫硫，對(duì)于如今的電廠發(fā)電來說有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 鎂渣應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐脫硫的試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)研究對(duì)象

在實(shí)際試驗(yàn)過程中，需要先將鎂渣與鎂渣盡可能的進(jìn)行均勻混合，然后將混合物一同送入到鍋爐內(nèi)部。為能最大限度的保障研究效果，本次試驗(yàn)研究所使用的煤種將不會(huì)發(fā)生變化，并且對(duì)于煤種的元素分析情況也要盡可能保證一致性，之后利用煙氣分析儀對(duì)鍋爐出口出的SO2含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然后以此為基礎(chǔ)分析出以鎂渣作為脫硫反應(yīng)劑時(shí)，煤炭的實(shí)際脫硫反應(yīng)效果。另外，在試驗(yàn)過程中，為能夠模擬在不同燃燒情況下的爐內(nèi)溫度，本次試驗(yàn)將會(huì)采用812℃、925℃以及1131℃三種溫度來對(duì)爐內(nèi)溫度進(jìn)行模擬。而在工業(yè)化生產(chǎn)狀態(tài)下，鍋爐所產(chǎn)生的氣體中CO2和NOx將會(huì)在300℃～600℃之間同鎂渣發(fā)生較為明顯的化學(xué)反應(yīng)，并在反應(yīng)過程中發(fā)生脫硫反應(yīng)。不過由于本次試驗(yàn)所選擇的溫度都在812℃以上，因此兩者與鎂渣之間所發(fā)生的硫化反應(yīng)并不是太明顯。并且在低溫度下，爐內(nèi)的水蒸氣的存在也將會(huì)在一定程度上促進(jìn)硫化反應(yīng)的進(jìn)程，但在812℃以上，該進(jìn)程卻被極大的削弱。因此為能夠?qū)υ囼?yàn)過程進(jìn)行有效的簡(jiǎn)化，本次試驗(yàn)過程中并未加入CO、NOx、水蒸氣等在812℃以上反應(yīng)并不是很明顯的氣體[2]。

表1 試驗(yàn)所使用煤種元素分析以及工業(yè)分析

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及其分析論述

3.2.1 SO2濃度對(duì)鎂渣脫硫性能的影響

在實(shí)際反應(yīng)過程中，鎂渣的脫硫反應(yīng)主要是與氣體中的SO2氣體進(jìn)行反應(yīng)，該反應(yīng)也是典型的氣固反應(yīng)。在反應(yīng)中，與SO2氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的的是鎂渣中的CaO成分，并在反應(yīng)過程中，CaO將會(huì)與SO2氣體將會(huì)發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng)控制過程與產(chǎn)物層擴(kuò)散兩大過程?，F(xiàn)如今，眾多專家學(xué)者都認(rèn)為這兩個(gè)反應(yīng)過程都極為快速，并在反應(yīng)過程中產(chǎn)生CaSO4。然而因?yàn)镃aSO4的摩爾體積比CaO大，所以在反應(yīng)過程中，CaO表面和孔隙將逐漸會(huì)被覆蓋堵塞，從而對(duì)脫硫反應(yīng)的反應(yīng)性能進(jìn)行控制。而隨著SO2氣體濃度的不斷增大，兩者間的脫硫反應(yīng)速率也將會(huì)隨之上升，但反應(yīng)速率提升的同時(shí)CaSO4的生產(chǎn)效率也將會(huì)增加，從而CaO表面的覆蓋堵塞現(xiàn)象也將會(huì)更加明顯，這對(duì)于脫硫反應(yīng)來說是極為不利的，最終導(dǎo)致隨著SO2氣體的增加，鎂渣的脫硫反應(yīng)的性能上升的同時(shí)，反應(yīng)速率卻呈現(xiàn)為下降的情況。

3.2.2 O2濃度對(duì)鎂渣脫硫性能的影響

在脫硫反應(yīng)的前10min，O2的濃度對(duì)于脫硫反應(yīng)并不會(huì)造成太大的影響，但隨著時(shí)間的推移，不同O2濃度下的脫硫反應(yīng)效果卻出現(xiàn)了較大的差異性，具體體現(xiàn)為隨著O2濃度的不斷提升，鎂渣的實(shí)際脫硫性能也將會(huì)隨之上升。并且通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著O2濃度的不斷上升，SO2與鎂渣反應(yīng)將會(huì)更加徹底，使得反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的反應(yīng)物CaSO4的量也更少，鈣轉(zhuǎn)化率也就更高，這是導(dǎo)致鎂渣反應(yīng)性能得到提升的根本原因所在[3]。

3.2.3 鎂渣量對(duì)于脫硫反應(yīng)性能的影響

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著鍋爐內(nèi)所加入的鎂渣量的不斷增加，鎂渣的實(shí)際脫硫性能也將會(huì)隨之上升。當(dāng)然，無論是任何脫硫劑的使用都是有著一定限度的，若是鎂渣應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐脫硫中的鎂渣量過大，那么將將會(huì)造成大量的不完善反應(yīng)情況，從而使得鎂渣產(chǎn)生大量的附加灰渣，這種情況在實(shí)際鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，不僅會(huì)造成發(fā)電過程中的熱損失，增加發(fā)電成本，還會(huì)加劇鍋爐爐膛內(nèi)部的實(shí)際磨損問題，從而為鍋爐留下安全隱患，對(duì)于后期的運(yùn)行與管理都有著不利影響[4]。因此在鎂渣應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐脫硫的時(shí)候，相關(guān)人員需要結(jié)合煤炭的實(shí)際元素狀況來進(jìn)行鎂渣的使用量計(jì)算，進(jìn)而讓所有鎂渣都能夠充分進(jìn)行反應(yīng)的同時(shí)，還能夠達(dá)到最大化的脫硫效果，最終降低發(fā)電成本。

4 結(jié)論

（1）但鎂渣作為脫硫劑進(jìn)行使用的時(shí)候，鍋爐中最適宜的脫硫反應(yīng)溫度為925℃，該溫度與鍋爐正常運(yùn)行穩(wěn)定保持一致。

（2）在脫硫反應(yīng)過程中，O2氣體和SO2氣體對(duì)于鎂渣脫硫性能所造成的影響最為明顯，并且隨著O2和SO2濃度的不斷增加，鎂渣的實(shí)際脫硫性能也將會(huì)隨之上升。

（3）鎂渣應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐脫硫以后，有著成本低，效率高、還能夠?qū)崿F(xiàn)廢物利用、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，因此在如今的煤炭脫硫中應(yīng)對(duì)該方面內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的研究發(fā)展，從而促進(jìn)該技術(shù)的工業(yè)化發(fā)展，提高脫硫效率，促進(jìn)發(fā)電企業(yè)的發(fā)展。