含碱工业废弃物脱硫性能实验研究

论文摘要

目前，以煤炭为主要一次能源的国情决定了我国燃煤火力发电在电力工业中占据着主体性地位，由此造成的燃煤污染成为我国环境污染的重点，其中控制含硫污染物排放是治理燃煤污染的一项重要内容。随着我国工业、经济以及社会的发展，工业废弃物大量排放，不但占用土地和空间，而且还会对环境造成污染。本文以高温固硫、中温烟气脱硫、湿法烟气脱硫的工业应用为目的，结合不同温度特性对含碱工业废弃物的脱硫性能进行了实验研究。本文选取了山东省内主要工业行业的含碱固体废弃物包括来自化工行业的碱渣、盐泥、白泥、电石渣、水处理废弃物，来自冶金行业的高炉渣、赤泥、镁渣，来自电力行业的粉煤灰、炉渣作为实验物料，并选用石灰石和菱镁矿两种矿石作为对比物质。本文实验结合不同的温度特性研究了实验物料的脱硫性能，并借助比表面积与孔结构分析仪、XRD衍射技术、热重分析法对实验废弃物的脱硫机理进行了研究。首先，本文在800℃对所取各种实验物料的脱硫性能进行了测定，结果表明，盐泥、碱渣、赤泥、白泥、电石渣、水处理废弃物的硫容明显高于对比物质石灰石，固硫性能良好，而高炉渣、镁渣、粉煤灰和炉渣几乎没有固硫能力。对筛选出的含碱工业废弃物在800～1100℃高温段的固硫性能进行了实验研究。结果表明，碱渣、盐泥、赤泥在800℃～850℃具有较强的脱硫能力，高温下因为烧结严重而几乎丧失固硫能力。白泥和电石渣在该温度段具有优于其它实验物料的脱硫性能。水处理废弃物在高温段的固硫能力几乎不受温度影响。在该温度段研究了固硫效果较好的实验废弃物对煤中硫析出的影响规律。结果表明，赤泥、碱渣、盐泥对低温硫的析出有很好的捕捉作用，当温度升至1000℃后其固硫性能变差。白泥、电石渣在800～1000℃对煤中硫析出均具有较强的抑制作用。为更好的分析高温段实验废弃物的固硫机理，采用XRD衍射技术对800℃和1100℃时的固硫煤渣进行了物相分析。800℃时实验物料的主要固硫产物为CaSO4，说明参加脱硫反应的主要为钙基物质，而碱渣和盐泥的固硫煤渣中还含有MgSO4，表明其中的镁基物质也参加了固硫反应。1100℃时各种实验物料的主要固硫产物为Ca3Al6O12·CaSO4和Ca5（SiO4）2SO4，仅有少量的CaSO4，说明产物主要以复盐的形式存在。采用压氮法对实验废弃物的孔结构进行了分析，研究表明除高炉渣外其他实验废弃物均具有良好的孔结构，其比表面积、比孔容积、总孔隙率均优于石灰石，有利于颗粒内部固硫反应的进行。其次，本文研究了含碱工业废弃物在400～800℃中温段的脱硫性能。结果表明，在该温度段实验物料的硫容均随温度的升高而增大。盐泥、碱渣、赤泥在该温度段具有较好的脱硫性能。采用XRD衍射技术对实验物料在500℃和800℃时的脱硫产物进行了物相分析。结果表明，500℃白泥、电石渣、石灰石脱硫产物中含有大量的CaCO3，表明碳化反应很严重，参与脱硫反应的钙基物质减少，使其脱硫性能变差。800℃时盐泥、碱渣中的镁基物质均参与了脱硫反应，提高了二者的脱硫能力。热分析实验研究表明，石灰石、白泥、电石渣在低温段的碳化反应很严重。而碱渣、盐泥、赤泥、水处理废弃物的脱硫反应几乎不受CO2的影响。菱镁矿在500～600℃参加脱硫反应的MgO很少，在700℃以上才有明显的反应。最后，在湿法烟气脱硫的条件下，采用碘量法对实验物料的脱硫性能进行了研究。结果表明，菱镁矿脱硫效率高，脱硫时间长，表现出最好的脱硫性能，其次为电石渣，石灰石，白泥，镁渣，盐泥，赤泥，碱渣；而粉煤灰、炉渣、高炉渣、水处理废弃物的脱硫率较低，脱硫性能差。采用XRD衍射技术对实验物料的脱硫固体产物进行物相分析。白泥、石灰石、电石渣、碱渣、镁渣、赤泥、盐泥这几种实验物料的湿法脱硫产物主要是硫酸钙、水合硫酸钙、水合亚硫酸钙，菱镁矿脱硫后产物主要为硫酸镁和亚硫酸镁的水合物。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号表
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 二氧化硫的污染现状
• 1.1.2 含碱工业废弃物排放现状
• 1.2 课题研究现状
• 1.2.1 二氧化硫控制技术
• 1.2.2 含碱工业废弃物用于脱硫的研究现状
• 1.3 课题研究目的和研究内容
• 2 实验系统与实验物料
• 2.1 实验系统
• 2.1.1 双管定硫实验系统
• 2.1.2 快速智能测硫仪
• 2.1.3 燃煤固硫实验系统
• e热重分析仪'>2.1.4 TGA/SDTA851^e热重分析仪
• 2.1.5 湿法烟气脱硫实验系统
• 2.2 实验系统特性与实验条件
• 2.2.1 实验系统特性
• 2.2.2 实验条件
• 2.3 实验物料
• 2.3.1 实验物料的制备
• 2.3.2 实验物料的成分分析
• 2.4 本章小结
• 3 含碱工业废弃物高温固硫性能实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 含碱工业废弃物高温固硫机理
• 3.3 含碱工业废弃物高温固硫能力评价方法
• 3.4 含碱工业废弃物高温固硫性能研究
• 3.4.1 含碱工业废弃物高温固硫能力筛选实验研究
• 3.4.2 含碱工业废弃物高温固硫温度特性研究
• 3.4.3 含碱工业废弃物对煤中硫析出的影响规律
• 3.5 含碱工业废弃物高温固硫产物分析
• 3.6 含碱工业废弃物孔结构特性对固硫性能的影响规律
• 3.7 本章小结
• 4 含碱工业废弃物中温烟气脱硫性能实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 含碱工业废弃物中温烟气脱硫机理
• 4.3 含碱工业废弃物中温烟气脱硫性能研究
• 4.4 含碱工业废弃物中温烟气脱硫产物分析
• 4.4.1 脱硫产物物相成分分析
• 4.4.2 脱硫产物煅烧特性分析
• 4.5 本章小结
• 5 含碱工业废弃物湿法烟气脱硫性能实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 含碱工业废弃物湿法烟气脱硫机理
• 5.2.1 钙基物质湿法烟气脱硫机理
• 5.2.2 镁基物质湿法烟气脱硫机理
• 5.3 含碱工业废弃物湿法烟气脱硫能力评价方法
• 5.4 含碱工业废弃物湿法烟气脱硫性能研究
• 5.5 含碱工业废弃物湿法烟气脱硫产物分析
• 5.6 本章小结
• 6 全文总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 创新点
• 6.3 建议
• 附录：标准碘量法
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表