電石渣干法固硫性能的實驗研究

韋佳鈺 任慧琴 張 健 穆金琴

電石渣干法固硫性能的實驗研究

韋佳鈺 任慧琴 張 健 穆金琴

貴州大學電氣工程學院

用熱分析儀做出的煤燃燒、電石渣熱分解、煤和電石渣的混合式樣反應和固硫反應的TG曲線和DTG曲線，并對曲線進行分析，在三種實驗條件下，鈣硫摩爾比為1.5時的固硫效果最好，添加催化劑Al2O3對固硫反應有促進作用。

電石渣 干法 固硫 催化劑

1 前言

二氧化硫是大氣的主要污染物之一，我國又是世界上二氧化硫的最大排放國。火電廠的煙氣脫硫是減少二氧化硫排放最有效的措施。煙氣脫硫就是將脫硫劑與煙氣中的二氧化硫等酸性氣體反應，生成脫硫產物，從而降低煙氣中酸性氣體含量的過程。在煤的燃燒中采用鈣基固硫技術脫除SO2等氣體污染物，是實現高效清潔燃燒的有效措施之一，研究表明，在鈣基固硫劑中摻入微量添加劑可以有效提高鈣基固硫劑的固硫率。工業廢料電石渣的主要成分是氫氧化鈣，我們可以利用電石渣中的鈣基來進行脫硫，實現以廢制廢的目的。

2 電石渣脫硫性能分析

電石渣的主要成份是Ca(OH)2,由于暴露在空氣中，一部分Ca(OH)2與空氣中的CO2反應生產CaCO3,電石渣脫硫原理就是利用其組分中的Ca(OH)2吸收燃煤所產生的SO2廢氣，生產硫酸鹽，其反應式如下：

Ca(OH)2→ CaO + H2O

CaO + SO2+ 1/2 O2→ CaSO4

CaCO3→ CaO + CO2

CaO + SO2+O2→ CaSO3

圖1 電石渣與煤單獨及混合燃燒的TG曲線

由圖1可知，電石渣的熱分解過程有三個失重階段，在100℃左右，電石渣中的水分析出，在450.5℃時，電石渣中的Ca(OH)2開始分解生成CaO和H2O，在757.3℃時，電石渣中CaCO3開始分解生產CaO和CO2，在829.5℃時達到恒重。煤在458.6℃時開始燃燒反應，并在643.0℃時燃燒完全達到恒重。將煤與電石渣混合進行燃燒反應，其反應特性中和了電石渣和煤單獨燃燒時的燃燒特性，且電石渣的熱分解產物CaO與煤的燃燒產物SO2反應生成了硫酸鹽，發生了固硫反應。

3 實驗

3.1 試驗樣品說明

實驗所用電石渣與煤均取自于貴州某樹脂廠。將電石渣放于烘干爐中，在100℃左右的溫度下烘制兩小時后取出，待其冷卻后磨碎，并用150目的標準篩進行篩分，將煤磨制成粉，也用150目的標準篩進行篩分，同時將電石渣與煤都放于干燥箱中備用。

3.2 實驗樣品配樣說明

干燥基煤質指標及電石渣化學組成見表1，表2。

表1　實驗煤樣的煤質分析

表2　電石渣化學組成

根據電石渣中鈣的質量分數以及煤中硫的質量分數，計算出對應電石渣和煤的質量，將樣品配置成鈣硫摩爾比分別為1.3、1.5、1.8的混合試樣，放在干燥箱中備用。

3.3 實驗條件說明

分別取干燥后的煤粉和電石渣各15mg左右送入同步熱分析儀STA409的坩堝中進行燃燒實驗。在保護氣氛N2為15mL/min、吹掃氣氛O2為40mL/min、升溫速率為15K/min的條件下從25℃加熱到900℃，記錄熱失重曲線，并計算其殘留質量作基礎數據。

4 結果與討論

4.1 電石渣的固硫反應曲線分析

由圖2可知，曲線3是鈣硫摩爾比為1.8的固硫反應曲線，固硫反應從501.5℃開始，煤燃燒反應生成的SO2和CO2分別與CaO（Ca(OH)2分解生成）和Ca(OH)2（未分解）反應，生成CaSO4和CaCO3，曲線呈上升趨勢，電石渣的質量增加，由固硫反應的DTG曲線可知，在602.8℃時,固硫反應速率達到最大值8.93%/min。反應繼續進行，在650.6℃時，SO2和CO2被最大限度吸收。在650.6℃之后，生成的CaCO3開始分解生成CO2和CaO，曲線呈下降趨勢，電石渣的質量下降，在795.9℃時，反應完成，質量恒定。由曲線2和曲線3可知，固硫反應的殘余質量大于電石渣熱分解的殘余質量，證明電石渣具有固硫效果。

圖2 電石渣固硫反應曲線

4.2 不同鈣硫摩爾比下混合試樣的反應曲線分析

圖3為不同鈣硫摩爾比電石渣與煤混合試樣TG曲線和DSC曲線，從TG曲線上可以看出，鈣硫摩爾比為1.5的TG曲線反應的起始點為450.2℃，與鈣硫摩爾比為1.3（起始點為462.7℃）和1.8（起始點為461.0℃）相比，為最低，即鈣硫摩爾比為1.5時，電石渣最先與煤中的SO2反應。鈣硫摩爾比為1.5時，終止點為898.4℃，且殘留質量百分數為49.29％。與鈣硫摩爾比為1.3（終止點為898.1℃、殘留質量百分數為48.20％）和1.8（終止點為898.4℃、殘留質量百分數為47.53％）相比，溫度差最大，反應時間最長，殘留質量最多。鈣硫摩爾比為1.5的TG曲線的第1失重臺階和第2失重臺階（TG曲線的第2失重臺階是第1失重臺階生成的CaCO3的分解過程）前半段基本與鈣硫摩爾比1.8的重合，但在后半段，結合DSC曲線，鈣硫摩爾比1.8的失重更明顯，這說明在第一失重階段鈣硫摩爾比1.5混合試樣生成的CaSO4多于鈣硫摩爾比1.8的混合試樣，固硫效果較好；與鈣硫摩爾比1.3的混合試樣相比，鈣硫摩爾比1.5混合試樣在第2失重臺階殘留質量更大，固硫效果也較高。綜上所述，鈣硫摩爾比為1.5時，電石渣的固硫效果最好。

圖3 不同鈣硫摩爾比下混合試樣的反應曲線

4.3 在催化劑條件下混合試樣反應曲線分析

圖4為在以Al2O3為催化劑的條件下，電石渣與煤樣按鈣硫摩爾比為1.3的混合式樣反應的TG曲線和DTG曲線。從TG曲線上可以看出，加入催化劑的固硫反應起始點溫度為459.8℃，未加入催化劑固硫反應起始溫度為462.3℃，說明加入催化劑使固硫反應提前。從680℃開始發生碳酸鈣的分解反應，加入催化劑的式樣中碳酸鈣的分解速率降低。且最終殘留質量較未加催化劑時的值大，在一定程度上反映出加催化劑使固硫反應的效率提高了。

圖4 在Al2O3催化下的混合試樣的反應曲線

5 結論

5.1 在實驗原理的指導下，通過對不同鈣硫摩爾比的混合試樣曲線進行分析，得出鈣硫摩爾比為1.5時的固硫效果最好。

5.2 通過對添加催化劑條件下的反應曲線進行分析，得出添加催化劑Al2O3可以使固硫效率提高。

[1] 龔德鴻, 錢進, 朱兵. 電石渣在電廠煙氣固硫中的應用[J]. 鍋爐技術, 2008, 39(6):13-17.

[2] 譚婭, 李彩亭, 曾光明, 翟云波, 李珊紅, 鄧久華. 添加劑對燃煤電石渣固硫的促進作用[J]. 燃燒化學學報,2005, 33(6): 767-770.

[3] 陳列絨. 電石渣干法煙氣脫硫的研究進展[J]. 山東煤炭科技,2008,(5): 151-152.