还原气氛对流化床锅炉内脱硫反应的影响

但是如果直接使用上述结果进行分析,存在一个问题,热重分析仪给出的是样品质量随时间变化的曲线,但是在实际反应过程中会发生反应(R1)和反应(R2)两个不同的反应.

反应(R1)和(R2)反应机理不同,导致单位摩尔氧化钙的质量变化并不相同,因此质量变化曲线并不能正确地反映脱硫反应的进行程度.

引入参数钙利用率hCa,其代表了样品中钙参与脱硫反应占总钙含量的百分比,使用公式(1)和公式(2)对反应(R1)和(R2)的反应结果进行处理,便得到了不同脱硫反应下的钙利用率,公式(1)用于计算有氧条件下(反应(R1))的钙利用率,公式(2)用于计算无氧条件下(反应(R2))的钙利用率.

式中:hCa为钙利用率;xt,CaO为热重分析仪曲线t时刻对应的数值;xt,CaO为热重分析仪空白对照组t时刻对应的数值;m0为样品质量;nCa为样品中钙的物质的量.

对热重分析仪的实验结果进行处理后,便得到不同样品钙利用率随时间的变化曲线,如图3所示.

由图3可知,随着反应时间的增加,尽管反应气体成分不同,但是脱硫反应的钙利用率都在上升,在60min之内都未达到反应平衡状态,且在900℃下､60min的反应时间内,反应速率基本不变;

氧气体积分数的降低对脱硫反应钙利用率影响较小,随着氧气体积分数降低,60min反应时间内钙利用率从5%氧气体积分数条件下的68.5%下降到3%氧气体积分数下的62.9%,钙利用率变化约为6%,从反应(R1)可知,氧气体积分数降低会降低正向反应速率,进而降低单位时间内脱硫反应的钙利用率;

氧气是否存在对脱硫反应的钙利用率有较大影响,当氧气体积分数从3%下降为0时,60min反应时间内钙利用率从62.9%下降到44.6%,下降近20%,远高于氧气体积分数降低时钙利用率的变化幅度;

还原气氛对脱硫反应钙利用率有较大影响,随着一氧化碳体积分数增加,模拟烟气的还原气氛逐渐增加,样品的钙利用率逐渐降低,当一氧化碳体积分数为1×10-3时,60min反应时间内钙利用率仅为21.6%,远低于一氧化碳体积分数为1×10-4时的钙利用率43.5%.

3、结论

本文通过使用热重分析仪,改变反应气体成分,模拟循环流化床锅炉炉内脱硫反应,研究了还原氛围对循环流化床锅炉炉内脱硫反应的影响.通过对实验结果进行分析处理发现:

(1)随着氧气体积分数的降低,钙利用率下降较小,60min反应时间内钙利用率从5%氧气体积分数下的68.5%下降到3%氧气体积分数下的62.9%,钙利用率变化约为6%;当氧气消失时,钙利用率迅速下降近20%,对脱硫反应的钙利用率影响较大;随着还原气氛体积分数增加,60min反应时间内钙利用率从一氧化碳体积分数10-4条件下的43.5%下降到一氧化碳体积分数1×10-3条件下的21.6%.

(2)脱硫反应的气体氛围对脱硫反应最终反应程度有重要影响,还原气氛会大大降低脱硫反应的钙利用率,在反应时间不变的情况下,会对最终脱硫反应结果产生很大的负面影响.因此在循环流化床锅炉实际运行过程中,应尽量避免脱硫反应在还原气氛下进行,而应控制在有氧条件下进行,且在条件允许的情况下尽量提高氧气体积分数并保持稳定.

文献信息

赵硕,由长福.还原气氛对流化床锅炉内脱硫反应的影响[J].燃烧科学与技术,2016,01:33-36.

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