富氧燃燒煙氣中褐煤飛灰的固硫與固碳反應特性實驗研究

0 引言

對溫室氣體CO

進行逐步的控制減排是我國的重要國策

。目標是CO

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

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

。該技術的優勢是讓燃燒產生的煙氣中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，提高內審人員素質。要保證學校內審機構的獨立性和權威性，以人為本構建“學習型”內審機構，改善內審人員結構，保障內審人員培訓時間、培訓經費，開展審計項目質量評比。通過切實加強內審人員隊伍建設，踐行“捧著一顆心來不帶半根草去”的思想，在高校內審工作實踐中錘煉責任、廉潔、務實、學習、服務意識，樹立趕超、競爭、創新意識［4］，在信任的基礎上以職業的態度相互尊重，適應“服務主導型”內部審計的需要。

1)斷路器垂直連桿結構設計不合理。該GIS斷路器設計采用的是垂直連桿與軸密封件之間的直接接觸結構，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安裝過程或運輸過程中出現密封墊微小錯位，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，會經歷將SO

與CO

重新捕捉到顆粒中，即飛灰的固硫反應

與固碳反應過程

，具體反應包括：

（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也有一定的影響，表現為比傳統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應用價值。

目前對于褐煤飛灰的固硫與固碳反應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特性開展研究，并分析飛灰固碳反應對固硫反應的影響作用。這對使用一定煤灰作為爐內脫硫的吸附劑，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進行，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。實驗目的與具體工況見表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特性

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

使用飛灰固硫率概念

進行定量分析，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

熱解出現在大于800℃情況下，而富氧燃燒的煙氣中CaCO

的熱解發生在大于900℃。原因是當CO

濃度高，抑制了反應（5)的進程，反應傾向于逆向進行，也就是發生了飛灰固碳反應。實驗結果與文獻［9］一致。綜上，在800～900℃窗口下，堿土金屬的固硫反應與固碳反應是同步發生的。

從圖6（a）發現：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和固碳反應是同時進行的：

固硫率高也是減少SOx排放的一個指標。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。

碳酸鹽會發生的“直接固硫反應”，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”。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的特性

對800℃下富氧燃燒煙氣（考慮不同SO

濃度）中飛灰發生固硫與固碳反應的過程進行分析。經XRF測試，獲得飛灰中CO

與SO

的質量分數，見圖6，兩者數據反映了灰中碳酸根和硫酸根的質量含量。

此外，對實驗3工況，使用商業購置的純CaCO

粉末，使其在不同沉降爐溫度下發生煅燒分解反應：

S

——煤粉干燥基的S含量；

4 800℃富氧燃燒煙氣中飛灰同時發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進行

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

與MgCO

會在不同溫度下進行熱分解反應。根據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據見圖4。可見：富氧煙氣條件下，溫度越低，飛灰發生固碳反應的程度越高。溫度在400～1 000℃是飛灰中CaO固碳反應的主要溫度，而400～800℃是MgO固碳反應的主要溫度。熱天平法測試不同溫度與富氧煙氣環境下灰樣的碳酸鹽含量見圖4。

秸稈直燃發電是當前國家大力發展的戰略性新興產業之一，不僅能避免農作物廢棄物資源的浪費，而且能有效緩和秸稈禁燒管理難的問題。開發利用秸稈發電對我國能源安全、生態環境和社會可持續發展具有重要意義。

Y

——煤粉干燥基的灰含量。

但是，當SO

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

，即

在1 500 ppm SO

下，對不同氣氛反應后的褐煤飛灰樣品進行了XRD測試，測試結果見圖3。測試發現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

研究了CaO與MgO與SO

反應的溫度范圍，一般980～1 230℃是CaO固硫反應的主要溫度區間，650～820℃是MgO固硫反應的主要溫度區間。本文中，較高溫度800℃、1 000℃下，是CaO起到主要的固硫作用，與文獻結論一致。

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與固碳反應的總量，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：參與發生固硫反應與固碳反應的活性CaO總量是基本一致的。

我們一向提倡實事求是，文稿工作也當遵循這個原則。文風也是作風的組成部分。文風實，作風才可能實。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，還可以進一步強化工作責任心，提醒人們時時處處“老實”為上。查文風，正作風，以小帶大，但愿能從痛處觸動某些人，由此產生良好的連鎖反應。

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

5 結論

利用沉降爐創造高溫富氧煙氣氣氛，對褐煤飛灰進行了飛灰固硫、固碳反應的實驗研究。主要結論如下：

1）飛灰中堿土金屬固硫反應一般發生在800～1 100℃，而且灰中CaO是發生高溫固硫反應的主要因素。

2）飛灰中CaO與CO

的固碳反應，在空氣燃燒煙氣中會在小于800℃下進行，在富氧燃燒煙氣條件下會在小于900℃下進行。因此，富氧燃燒煙氣中，固碳反應擁有一個與固硫反應同時發生的溫度區間，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作為試驗區，包括伊犁哈薩克自治州、博爾塔拉蒙古自治州、阿克蘇地區等部分區域.該區域人口密度低，地形條件復雜，地物類型多樣、特征明顯，云系生成量大，山區覆蓋有豐富的積雪，因而采用多時相的遙感手段監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行固硫與固碳的兩個反應。在高濃度SO

環境中，灰中的碳酸鈣也會與SO

發生直接固硫反應，從而在一定程度上對飛灰固碳反應有一定的抑制作用。

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