电石渣对燃煤的高温固硫性能研究论文Word下载.docx
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本文利用工业废渣电石渣作为固硫剂，研究电石渣与煤掺烧固硫的适宜配比及有效添加剂对固硫的促进作用，并考察固硫剂的加入对燃煤发热量的影响。
使用电石渣作为固硫剂，可得到良好的固硫效果，达到以废治废、节能减排的目的，因此具有良好的应用前景。
本文在实验室条件下，采用微机库仑测硫仪，通过库仑滴定法测定煤燃烧时烟气释放出的硫含量，再根据煤的全硫含量和燃烧烟气释放硫含量计算固硫率。
首先考察燃烧温度、停留时间、Ca/S（钙硫摩尔比）等因素对电石渣固硫效率的影响，确定最佳混合配比的钙基固硫剂。
在优化固硫条件的基础上，以电石渣作为主固硫剂，系统研究了1100℃高温条件下单组分、双组分和三组分复合添加剂对固硫效率的影响。
并结合其他工业废渣的利用，考察了分别由粉煤灰、造纸黑液、赤泥等作为单一添加剂以及与其他添加剂复合使用对电石渣固硫的影响。
实验结果表明：
当燃烧温度为1100℃，停留时间为5min，Ca/S=1.6时，以质量比为2:
1混合的CaCO3与电石渣复合固硫剂作为主固硫剂，固硫效果较好；
选用K2CO3、Na2CO3、SiO2、Al2O3、ZnO、NaCl、Fe2O3、KMnO4、MgO等9种化合物做单组份固硫添加剂实验。
可知除NaCl外，其余添加剂均对固硫有促进作用，其中固硫率最高的添加剂为MgO，固硫率达到53.08%。
在双组分添加剂实验中，双组分复合添加剂的固硫效果好于单组分的添加剂，MgO-NaCl按摩尔比3:
1、5:
1混合，MgO-K2CO3按摩尔比5:
1混合，Al2O3-K2CO3按摩尔比1:
2混合，Al2O3-Fe2O3按摩尔比5:
1混合时，固硫率最高。
三组分复合添加剂实验中，MgO-NaCl-K2CO3按摩尔比5:
1:
1混合，MgO-K2CO3-SiO2按摩尔比5:
1混合，K2CO3-Al2O3-Fe2O3按摩尔比10:
5:
1混合，固硫率分别达到了56.75%、56.83%、56.89%。
在有其他工业废渣作为添加剂的电石渣固硫实验中，单种废渣作添加剂时以粉煤灰对固硫率提高最大；
MgO-造纸黑液按质量比3:
1混合，MgO-赤泥按质量比1:
1混合，造纸黑液-赤泥按质量比5:
1混合，固硫效果较好，固硫率分别为53.62%、54.71%、53.29%、54.30%；
多组份复合的废渣添加剂MgO-NaCl-造纸黑液提高固硫率至55.36%。
采用全自动量热仪系统地考察添加剂的加入对燃煤发热量的影响，结果表明，固硫剂会微弱降低煤的发热量，但加入复合添加剂后，燃煤发热量有所提高。
关键词：
固硫；
电石渣；
固硫剂；
添加剂；
弹筒发热量
StudyontheSulfur-RetentionofCarbideSlagatHighTemperatureduringCoalCombustion
Abstract
Coalisadominantpositionenergyresourceinourcountry’senergyresources.However,massusingofcoalresources,andrelativelythebackwardmodesofproductionandconsumptionhavecreatedenormouspressureontheecologicalenvironment.Thecombustionofcoalcancauseairpollutantofdustandsulfurdioxide,thereforemayleadtoacidrainandotherdisastersandendangertheecologicalenvironment.Inthisthesis,theindustrialwastecarbideslagisusedassulfurfixingagenttostudyonthesulfurretentionduringcoalcombustionandtheeffectofoncoalcalorificvalue.Whatismore,thisthesisisalsocomposedoftheinfluenceofsulfur-retentiontowardcoalcalorificvalue.Thecarbideslagusedasthesulfurfixingagenthasgreatsulfurfixingeffectanditcanalsogetbettereffectinwasteprotectingandenergysaving.Thus,itwillgetagreatpromisingforegroundinthisfield.
Inthispaper,automaticsulfuranalyzerwithcoulometerwasusedtodeterminethesulfurcontentreleasingfromfluegasduringcoalcombustionandthenthesulfur-fixingratewascalculatedaccordingtothetotalsulfurcontentinthecoalandthesulfuremissioncontent.Firstly,theinfluenceofburningtemperature,residencetimeandmoleratioofcalciumandsulfuronsulfurretentionefficiencyofcarbideslagwereinvestigated,anddeterminedtheoptimumproportionofcalcium-basedsulfur-fixingagent.Basedontheoptimizationofsulfurfixingconditions,withthecarbideslagasthemainsulfur-fixingagent,thisthesisfocusesonthesulfurinfluencedbyunitary,binaryandternaryat1100℃.Combinedwithutilizationofotherindustrialwasteslag,thisthesisstudiesonthecarbideslagsulfurinfluencedbyflyash,blackliquor,redmudwhichareusedassingleadditiveagentandcompositeeffecttogetherwithotheradditiveagent.
Theresultsshowthatwhenburningtemperatureis1100℃,residencetimeis5min,Ca/Smolarratiois1.6,CaCO3-carbideslagcompoundsulfur-fixingagentmixedby2:
1quantitativelyismainsulfur-fixingagent;
themaximumvalueofsulfur-retentionefficiencyisobtained.Theeffectofsulfur-retentionwasslightlyincreasedbyadditionoftheselectedsulfur-fixingadditives,suchasK2CO3、Al2O3、Na2CO3、MgO、Fe2O3、ZnO、KMnO4、SiO2,andthebesteffectis53.08%throughadditionofMgO.Inthebinarycomplexadditivesexperiment,theeffectofsulfur-retentionofbinarycomplexadditiveswasbetterthanone-componentadditive.WhenMgOmixedrespectivelywithNaClwiththemolarratiosof3:
1and5:
1;
MgOmixedK2CO3withthemolarratiosof5:
Al2O3mixedK2CO3withthemolarratiosof1:
2;
Al2O3mixedFe2O3withthemolarratiosof5:
1,theratioofsulfur-retentionwasbetter.Intheternarycomplexadditivesexperiment,whenthemixturesofMgO,NaClandK2CO3withthemolarratioof5:
1,ofMgO,K2CO3andSiO2withthemolarratioof5:
1,ofK2CO3,Al2O3andFe2O3withthemolarratioof10:
1,themaximumvalueofsulfur-retentionefficiencyisrespectively56.75%,56.83%,56.89%.
Intheindustrialwasteslagadditivesexperiment,theeffectofflyashandblackliquorwasthebestamongalltheone-componentsulfur-fixingadditives;
Whentwo-componentsulfur-fixingadditiveMgOandblackliquorrespectivelymixedwithmassratioof3:
1,MgOandredmudmixedwithmassratioof1:
1,blackliquorandredmudmixedwithmassratioof5:
1,themaximumvalueofsulfur-retentionefficiencyisrespectively53.62%,54.71%,53.29%,54.30%.Inthetri-complexadditivesexperiment,whenthemixturesofMgO,NaClandblackliquorwiththemolarratioof6:
3:
2,themaximumvalueofsulfur-retentionefficiencywas55.36%.
Theexperimentadoptsautomaticheatmeasuringapparatustoinvestigatetheinfluenceofadditiveagentoncoalcalorificvalue.Andtheresultshowsthattheadditiveagentofsulfurfixingcandecreasethecoalcalorificvalue,however,whenitisaddedcomplexadditives,thecoalcalorificvalueincreases.
Keywords:
Sulfur-retention;
carbideslag;
sulfur-fixingagent;
sulfur-fixingadditive;
bombcalorificvalue
目录
毕业设计（论文）任务书i
摘要ii
Abstractiv
第1章绪论1
1.1课题的研究背景1
1.1.1我国的能源结构特点1
1.1.2我国关于SO2的排放现状及相关政策2
1.1.3我国基于循环经济的煤炭脱硫技术应用现状3
1.2燃煤脱硫技术及固硫剂的发展现状4
1.2.1国内外脱硫技术应用现况4
1.2.2燃煤固硫剂及添加剂的机理与发展现状5
1.2.3钙基固硫剂的机理及研究概况7
1.3燃煤助燃技术概述7
1.3.1国内外主要采用的助燃技术7
1.3.2燃煤助燃添加剂的机理8
1.3.3燃煤助燃添加剂的种类9
1.4电石渣脱硫的可行性分析9
1.4.1电石渣概述9
1.4.2电石渣脱硫的技术现状及发展趋势9
1.5本课题研究目的及意义10
1.6本课题的主要工作内容10
第2章实验方案及准备工作12
2.1实验方案12
2.1.1燃煤固硫的实验方案12
2.1.2燃煤助燃的实验方案12
2.2实验用设备与仪器12
2.2.1CLS-5A型微机库仑测硫仪12
2.2.2天龙-LY300全自动量热仪14
2.2.3其它15
2.3实验原料15
2.3.1原煤来源与煤质分析15
2.3.2电石渣的来源及成分16
2.3.3实验所用工业废渣的来源及成分16
2.3.4其他化学试剂17
2.4原煤中全硫含量的测定18
第3章电石渣的固硫特性及添加剂对固硫的影响实验研究19
3.1电石渣固硫的主要影响因素研究19
3.1.1燃烧温度对固硫效果的影响19
3.1.2燃烧时间对固硫效果的影响20
3.1.3Ca/S摩尔比的确定21
3.2不同种类钙基固硫剂的固硫性能比较22
3.3添加剂对电石渣固硫效率的影响23
3.3.1单组分添加剂对固硫效率的影响24
3.3.2双组分添加剂对固硫效率的影响25
3.3.3三组分添加剂对固硫率的影响31
3.4添加其他工业废渣对电石渣固硫的影响32
3.4.1添加单种其他废渣对固硫率的影响33
3.4.2多组分工业废渣复合添加剂对固硫率的影响33
第4章复合固硫剂对燃煤发热量的影响39
4.1固硫剂对燃煤弹筒发热量的影响39
4.1.1电石渣Ca/S比对燃煤发热量的影响39
4.1.2CaCO3-电石渣复合固硫剂对燃煤发热量的影响40
4.2多组分固硫添加剂对燃煤发热量的影响41
第5章结论44
参考文献46
致谢49
附录50
第1章绪论
1.1课题的研究背景
1.1.1我国的能源结构特点
能源已经成为当今世界各国经济发展的战略性基础资源，世界各国的发展都依赖于能源的消耗。
我国作为世界上发展速度较快的经济大国，对能源有高消费和强依赖的特点，其能源利用效率也在逐步提高。
目前，我国是世界上典型的煤炭大国，对煤炭的生产量和消费量占世界总量的40%以上。
近些年来，我国煤炭生产和消费的增长速度较快，每年增长接近2亿吨[1]。
我国的能源资源条件决定了本国能源结构以煤为主的特点。
在我国的能源资源中，煤炭占73.2%，石油占1.3%，天然气占1.3%，水能占24.2%[2]。
煤炭占绝对优势地位，油气资源量较少。
随着中国产业结构调整和能源结构优化，煤炭在总能源需求中所占比例会趋于下降，但需求总量仍将持续增长。
而且受资源条件的约束，中国能源结构在一段时间内仍将以煤炭为主，这个格局不会改变。
预计到2015年，我国煤炭的消费量将达到35~40亿吨。
我国的煤炭资源主要面临分布广泛，但不均匀，人均占有率低，能源利用率较低等问题。
从区域分布来看，煤炭资源主要分布特点为北多南少，西多东少，其中新疆和内蒙古煤炭储量就占到全国煤炭的2/3之多。
煤炭资源的分布区域和消费区域配置也极不协调，一些能源资源相对富足的地区，自身发展的能源需求量反而较小，一些主要能源消费地区，自身的资源有限，不能满足消费需求[3]。
我国煤炭资源储量丰富，但人均占有量低，勘探程度较低，精查储量在已被勘探证实的储量中仅占30%，且大部分己开发利用，有效供给能力不足，后备储量相当紧张。
中国人口数量众多，煤炭的人均可采储量约为90吨，仅为世界人均可采储量的55.4%[4]。
虽然我国处于工业化迅速发展阶段，但是煤炭的开采技术和装备水平仍落后于发达国家。
煤炭行业仍存在产业集中度低，小煤矿数量和产量规模占比重过大；
开采技术落后，劳动生产率低，由不合理开采造成的资源耗费率较高；
设备简陋，机械化开采程度较低；
资源回采率低，煤炭资源浪费严重等问题[5]。
我国经济发展处于工业化初期阶段，要满足需求的快速增长就必须保证足够的能源投入。
而随着能源生产的快速增长，煤炭增长也极为迅速。
过去几年，我国原煤的年产量增加了近12亿吨，在2007年原煤产量达到了25.4亿吨，约占全球产量的40%[6]。
大幅度的煤炭开采与使用也带来了较严重的环境问题，我国二氧化硫和二氧化碳的排放量居世界前列，由二氧化硫造成的酸雨问题导致我国酸雨区面积不断增大。
所以，我国能源以煤为主的结构特点，也是一些环境问题产生的主要原因。
国家能源局综合司司长周喜安预计由于中央应对金融危机的一系列计划中投资项目大多数在2010年进入了大规模建设期，这将带动能源需求的持续增长，故2010年原煤产量将增长5％左右。
而据国家环境保护总局公布的最新环境资料显示，全国SO2排放量及酸雨污染呈加重趋势，我国的大气污染状况十分严重[7]。
由此看来，在我国倡导低碳经济、循环经济的背景下，研究如何发展煤炭利用技术，提高能源利用效率，降低环境污染具有重要的现实意义。
1.1.2我国关于SO2的排放现状及相关政策
我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭资源的大量开采和使用引起了一系列的环境问题。
尤其是燃煤过程中排放的SO2不断增加，导致我国大气污染形势日益严峻，其引发的酸雨问题，已经对我国的生态环境造成了一定程度的危害。
由于二氧化硫的大量排放，我国的酸雨区域已由西南发展到长江流域，且有向北发展的趋势，严重威胁京津地区[8]。
目前我国受酸雨危害的面积约占国土总面积的40%，而且每年仍以105km2的面积持续增加。
酸雨及高SO2浓度可造成植物的叶片表面坏死、脱落，破坏植物的生理机能，导致植物减产，因此对我国农作物、森林等影响巨大，仅江苏、浙江等省因酸雨造成的农田减产约为1.5亿亩，森林受害面积可达128.1万公顷，年经济损失及森林生态效益损失可达数十亿元。
此外二氧化硫的严重污染对人类的身体健康也有极大损害，二氧化硫中毒可引起眼、鼻、黏膜刺激症状，严重时产生喉头痉挛、支气管痉挛，大量吸入可引起肺水肿、窒息、昏迷甚至死亡[9]。
在我国SO2的排放总量中，电站锅炉燃煤的SO2排放量约占1/2，而以工业锅炉燃煤SO2的排放量约占1/3[10]。
因此解决好锅炉燃煤过程中SO2的排放污染问题是SO2污染控制工程的重点。
我国近几年的二氧化硫排放量趋势如图1.1所示[11]，尽管我国对二氧化硫污染排放有一定的控制，但是总的排放量和酸雨问题仍很严重。
据2009年发布的中国环境公报显示，虽然“十一五”规划部分指标超额完成，但SO2含量自2007年以来首次不降反升。
图1.1二氧化硫2004-2008的排放量
Fig1.1Emissionofsulfuroxidesfrom2004to2008
面对日益严峻的SO2污染形势，我国从中央到地方的环保机构制定了一系列的法律法规以及相应的政策措施，对SO2的排放进行控制和管理。
早在1998年，国务院就正式批文授权国家环境保护总局确定控制二氧化硫污染的政策和措施。
国家环境保护十五计划也明确提出，到2005年全国二氧化硫排放总量要比2000年减少10%。
2006年8月发布了《国务院关于“十一五”期间全国主要污染物排放总量控制计划的批复》，该文件制定到2010年，全国二氧化硫排放量由2549万吨减少到2294万吨[12]。
1.1.3我国基于循环经济的煤炭脱硫技术应用现状
20世纪90年代以来，随着工业社会的迅猛发展，资源环境问题日益严重，人们为了改变以往的线性经济模式，提出了建立以可持续发展为理念的循环经济模式。
传统的煤炭行业是以资源—产品—废物排放为生产模式。
按照循环经历的理论，可以利用合理的脱硫技术及工艺，处理煤炭开采和加工过程中的废弃资源，以实现提高经济效益和保护环境的目的。
以新汉矿业集团的四个循环经济工业园中实施的脱硫固硫技术为例，见表1-1[13]。
在煤炭产业的全过程管理中，对每一步骤产生的大量的代谢物质进行充分的利用，既降低了对于环境的污染，又减少了企业的排污费用，可以最大程度上发挥煤炭资源的效用，是符合循环经济可持续发展理论的发展模式。
表1.1主要固硫技术
Table1.1Maintechnologyofsulfur-retention
序号
技术方法
脱硫固硫效率（%）
原料/年处理量（万吨）
主产品/年产量
硫去向（万吨）
脱硫副产品处理
技术特点以废治废
1
煤炭地下气化
90
无法开采煤炭
煤气
35万m3
化工原料
煤炭转化
2
硫铁矿分拣与利用
---
硫铁矿
硫磺、聚合硫
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