富氧燃燒煙氣中褐煤飛灰的固硫與固碳反應(yīng)特性實驗研究

0 引言

對溫室氣體CO

進(jìn)行逐步的控制減排是我國的重要國策

。目標(biāo)是CO

排放力爭在2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。2030年碳排放強(qiáng)度較2005年下降65%，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右。目前，煤炭燃燒在能源比重中會有一定下降，但是在大多數(shù)城市及可展望的未來，化石能源仍然會占據(jù)著重要的能源供給地位。

富氧燃燒（oxy-fuelcombustion）技術(shù)中，通過空氣分離獲得的純氧與部分鍋爐排氣構(gòu)成混合氣，用以代替空氣，作為礦物燃料燃燒的氧化劑

。該技術(shù)的優(yōu)勢是讓燃燒產(chǎn)生的煙氣中CO

濃度直接提高到80%～90%，便于CO

直接提純、液化儲備與回收利用。富氧燃燒的一個較大影響是煙氣流量降低后，爐內(nèi)SO

濃度（ppm）提高了約3～4倍

，會造成低溫管段的腐蝕問題。

2.整合資源，提高內(nèi)審人員素質(zhì)。要保證學(xué)校內(nèi)審機(jī)構(gòu)的獨(dú)立性和權(quán)威性，以人為本構(gòu)建“學(xué)習(xí)型”內(nèi)審機(jī)構(gòu)，改善內(nèi)審人員結(jié)構(gòu)，保障內(nèi)審人員培訓(xùn)時間、培訓(xùn)經(jīng)費(fèi)，開展審計項目質(zhì)量評比。通過切實加強(qiáng)內(nèi)審人員隊伍建設(shè)，踐行“捧著一顆心來不帶半根草去”的思想，在高校內(nèi)審工作實踐中錘煉責(zé)任、廉潔、務(wù)實、學(xué)習(xí)、服務(wù)意識，樹立趕超、競爭、創(chuàng)新意識［4］，在信任的基礎(chǔ)上以職業(yè)的態(tài)度相互尊重，適應(yīng)“服務(wù)主導(dǎo)型”內(nèi)部審計的需要。

1)斷路器垂直連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。該GIS斷路器設(shè)計采用的是垂直連桿與軸密封件之間的直接接觸結(jié)構(gòu)，兩者之間僅靠少量的硅脂潤滑。斷路器垂直連桿部分在廠內(nèi)安裝過程或運(yùn)輸過程中出現(xiàn)密封墊微小錯位，即會造成垂直連桿與密封件之間磨擦，為斷路器的安全運(yùn)行埋下隱患。

煤燃盡后的飛灰在鍋爐尾部的煙氣通道中，會經(jīng)歷將SO

與CO

重新捕捉到顆粒中，即飛灰的固硫反應(yīng)

與固碳反應(yīng)過程

，具體反應(yīng)包括：

（M——指灰中堿土金屬，如Ca，Mg)

富含活性堿土金屬的飛灰，對于消除高濃度SO

有著積極的作用，起到與添加石灰石或生石灰干法脫硫

的類似效果。高CO

濃度對于飛灰的固硫反應(yīng)也有一定的影響，表現(xiàn)為比傳統(tǒng)空氣燃燒有更多的硫被灰渣所捕捉

。此外，不同物料的殘余飛灰也有一定的飛灰脫硫作用，比如油頁巖飛灰

、污泥飛灰

、水泥生料飛灰

等，這些飛灰也可以被使用在煙氣管道的干法脫硫工藝中，對空氣燃燒煙氣或富氧燃燒煙氣有一定的脫硫清潔作用。這對于固廢的回收與再利用有著一定的工業(yè)應(yīng)用價值。

目前對于褐煤飛灰的固硫與固碳反應(yīng)特性并沒有太多研究。本文針對褐煤飛灰在富氧煙氣中固硫反應(yīng)特性開展研究，并分析飛灰固碳反應(yīng)對固硫反應(yīng)的影響作用。這對使用一定煤灰作為爐內(nèi)脫硫的吸附劑，提供了理論研究支持。

1 實驗工況

實驗是在圖1所示的高溫沉降爐內(nèi)進(jìn)行，煙氣以富氧燃燒煙氣組成來模擬配置。氣體流量約為10 L/min，顆粒給粉量0．4 g/min。實驗?zāi)康呐c具體工況見表1。主要研究飛灰顆粒在富氧燃燒（oxy-fuelfiring，簡稱OF）煙氣中的固硫和固碳行為。測試了碳酸鈣粉末在不同空氣與富氧氣氛下的熱解，作為分析比較使用。褐煤煤粉飛灰從電站的布袋除塵器中獲得，AF表示空氣燃燒（air-firing）的煙氣工況，表2為XRF測試的該飛灰中主要氧化物成分，富含CaO和MgO堿土金屬，Si與Al含量較低。

2 褐煤飛灰高溫下的固硫反應(yīng)特性

傳統(tǒng)建筑承載了村民的居住習(xí)慣。堂屋是傳統(tǒng)農(nóng)村建筑的核心，起居功能皆環(huán)繞堂屋發(fā)生。而新農(nóng)村建設(shè)帶來的“高大建筑”“平直馬路”令傳統(tǒng)建筑的特色與所處環(huán)境消失殆盡。隨著農(nóng)村生活條件的好轉(zhuǎn)，越來越多的自建房取代傳統(tǒng)的建筑。自建房多數(shù)采用城市住宅的空間構(gòu)成方式，以客廳為生活中心；傳統(tǒng)的起居軌跡漸漸消失，年輕人開始對一些傳統(tǒng)的設(shè)施和用具感到莫名。

使用飛灰固硫率概念

進(jìn)行定量分析，固硫率是描述煤粉中燃料硫最終殘留在灰中的百分比，即

其中，

S

——測試的灰顆粒中的S含量；

用元素分析儀，測試不同飛灰樣品中的碳含量，利用碳含量推算碳酸鈣的分解率。碳酸鈣在空氣燃燒與富氧燃燒煙氣中的分解率見圖5。空氣燃燒的煙氣條件中，CaCO

熱解出現(xiàn)在大于800℃情況下，而富氧燃燒的煙氣中CaCO

的熱解發(fā)生在大于900℃。原因是當(dāng)CO

濃度高，抑制了反應(yīng)（5)的進(jìn)程，反應(yīng)傾向于逆向進(jìn)行，也就是發(fā)生了飛灰固碳反應(yīng)。實驗結(jié)果與文獻(xiàn)［9］一致。綜上，在800～900℃窗口下，堿土金屬的固硫反應(yīng)與固碳反應(yīng)是同步發(fā)生的。

從圖6（a）發(fā)現(xiàn)：與空氣燃燒的煙氣飛灰相比，在SO

濃度為0 ppm的富氧煙氣中，飛灰的固碳量有提高，固硫量不變化。當(dāng)提高SO

濃度到1 000 ppm，與原灰樣相比，灰中固碳量和固硫量都有提高，也就是以下的固硫反應(yīng)和固碳反應(yīng)是同時進(jìn)行的：

固硫率高也是減少SOx排放的一個指標(biāo)。本文中褐煤，固硫率在AF工況下為43．6%，而1 000℃富氧氣氛下，對應(yīng)SO

氣氛分別為600 ppm、1 000 ppm、1 500 ppm，固硫率分別為45．23%、52．9%和60．78%。不同工況下飛灰中固硫量的比較見圖2。

碳酸鹽會發(fā)生的“直接固硫反應(yīng)”，這有別于碳酸鹽先分解為堿土金屬氧化物（CaO）后，氧化物再固硫的“間接固硫反應(yīng)”。含有高濃度SO

的富氧燃燒煙氣，會抑制CaCO

的生成，因而灰中碳酸鈣有一定的減少。

3 富氧燃燒煙氣中褐煤飛灰固碳反應(yīng)的特性

對800℃下富氧燃燒煙氣（考慮不同SO

濃度）中飛灰發(fā)生固硫與固碳反應(yīng)的過程進(jìn)行分析。經(jīng)XRF測試，獲得飛灰中CO

與SO

的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，見圖6，兩者數(shù)據(jù)反映了灰中碳酸根和硫酸根的質(zhì)量含量。

此外，對實驗3工況，使用商業(yè)購置的純CaCO

粉末，使其在不同沉降爐溫度下發(fā)生煅燒分解反應(yīng)：

S

——煤粉干燥基的S含量；

4 800℃富氧燃燒煙氣中飛灰同時發(fā)生固硫與固碳的分析

灰中碳酸鹽含量的測試是在熱天平內(nèi)進(jìn)行

。采用非等溫程序，升溫速率設(shè)置為20℃/min，將溫度從常溫升高到800℃，在800℃處維持0．5 h。CaCO

與MgCO

會在不同溫度下進(jìn)行熱分解反應(yīng)。根據(jù)樣品在不同溫度下的失重，可以算出灰中CaCO

與MgCO

的含量。不同測試樣品的測試數(shù)據(jù)見圖4。可見：富氧煙氣條件下，溫度越低，飛灰發(fā)生固碳反應(yīng)的程度越高。溫度在400～1 000℃是飛灰中CaO固碳反應(yīng)的主要溫度，而400～800℃是MgO固碳反應(yīng)的主要溫度。熱天平法測試不同溫度與富氧煙氣環(huán)境下灰樣的碳酸鹽含量見圖4。

秸稈直燃發(fā)電是當(dāng)前國家大力發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，不僅能避免農(nóng)作物廢棄物資源的浪費(fèi)，而且能有效緩和秸稈禁燒管理難的問題。開發(fā)利用秸稈發(fā)電對我國能源安全、生態(tài)環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

Y

——煤粉干燥基的灰含量。

但是，當(dāng)SO

濃度到了1 500 ppm時，固碳量比初始灰有降低，這是因為飛灰中發(fā)生與碳酸鈣的直接固硫反應(yīng)

，即

在1 500 ppm SO

下，對不同氣氛反應(yīng)后的褐煤飛灰樣品進(jìn)行了XRD測試，測試結(jié)果見圖3。測試發(fā)現(xiàn)在空氣條件下或者是富氧燃燒煙氣條件下，灰中的硫酸鹽主要是CaSO

，尚有一定量的MgO與CaO組成，并沒有MgSO

存在。文獻(xiàn)

研究了CaO與MgO與SO

反應(yīng)的溫度范圍，一般980～1 230℃是CaO固硫反應(yīng)的主要溫度區(qū)間，650～820℃是MgO固硫反應(yīng)的主要溫度區(qū)間。本文中，較高溫度800℃、1 000℃下，是CaO起到主要的固硫作用，與文獻(xiàn)結(jié)論一致。

不同富氧燃燒煙氣氣氛下，飛灰中固硫量的比較見圖2。圖中是對XRF測試樣品，獲得了S/Si的元素質(zhì)量比。可見600℃下固硫量幾乎沒有作用，而是在800℃下固硫量加大，1 000℃下固硫量更大。而且較多的SO

氣氛下飛灰的固硫作用更為顯著。

我們把對單一飛灰顆粒樣品的固硫反應(yīng)與固碳反應(yīng)的總量，匯總在圖6（b)中，可見在800℃煙氣中，隨著煙氣中SO

濃度提高，灰中碳酸鹽與硫酸鹽的酸根總量是基本接近的。即：參與發(fā)生固硫反應(yīng)與固碳反應(yīng)的活性CaO總量是基本一致的。

我們一向提倡實事求是，文稿工作也當(dāng)遵循這個原則。文風(fēng)也是作風(fēng)的組成部分。文風(fēng)實，作風(fēng)才可能實。文案尚能造假，工作還有幾分真？對公文抄襲說“不”，這是必須的，它不僅可以整治在文稿上弄虛作假的歪風(fēng)，還可以進(jìn)一步強(qiáng)化工作責(zé)任心，提醒人們時時處處“老實”為上。查文風(fēng)，正作風(fēng)，以小帶大，但愿能從痛處觸動某些人，由此產(chǎn)生良好的連鎖反應(yīng)。

最后，國外的品牌帶來競爭威脅。縱然有“國產(chǎn)保護(hù)月”一類的保護(hù)政策，但我國影視等娛樂文化企業(yè)在藝術(shù)表達(dá)形式、技術(shù)水平、營銷方式等方面仍與國外企業(yè)很大差距。因此對于未來世界全球化、多元化我們要準(zhǔn)備好接受來自國外品牌的競爭威脅。

5 結(jié)論

利用沉降爐創(chuàng)造高溫富氧煙氣氣氛，對褐煤飛灰進(jìn)行了飛灰固硫、固碳反應(yīng)的實驗研究。主要結(jié)論如下：

1）飛灰中堿土金屬固硫反應(yīng)一般發(fā)生在800～1 100℃，而且灰中CaO是發(fā)生高溫固硫反應(yīng)的主要因素。

2）飛灰中CaO與CO

的固碳反應(yīng)，在空氣燃燒煙氣中會在小于800℃下進(jìn)行，在富氧燃燒煙氣條件下會在小于900℃下進(jìn)行。因此，富氧燃燒煙氣中，固碳反應(yīng)擁有一個與固硫反應(yīng)同時發(fā)生的溫度區(qū)間，即約在800～900℃。

本文選取我國積雪資源豐富的新疆中西部地區(qū)作為試驗區(qū)，包括伊犁哈薩克自治州、博爾塔拉蒙古自治州、阿克蘇地區(qū)等部分區(qū)域.該區(qū)域人口密度低，地形條件復(fù)雜，地物類型多樣、特征明顯，云系生成量大，山區(qū)覆蓋有豐富的積雪，因而采用多時相的遙感手段監(jiān)測雪蓋范圍具有重要的意義和價值.

3)800℃下，在低濃度SO

氣氛，飛灰中的堿金屬氧化物會同時進(jìn)行固硫與固碳的兩個反應(yīng)。在高濃度SO

環(huán)境中，灰中的碳酸鈣也會與SO

發(fā)生直接固硫反應(yīng)，從而在一定程度上對飛灰固碳反應(yīng)有一定的抑制作用。

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