钙基脱硫剂反应性能评价体系及反应机理的研究

煤炭是中国的主要能源，煤燃烧后排放的SO2所造成的大气污染已经成为一个相当严重的问题，对燃煤固硫问题进行深入研究，控制SO2污染排放已势在必行。目前脱硫效率的提高主要有两条途径：脱硫工艺的改进和脱硫剂性能的改善，其中脱硫剂的反应性能是影响脱硫效果的重要因素，因此脱硫剂品种的选择和改善脱硫剂的性能成为日益关注的焦点。本文通过大量的实验和理论分析对脱硫剂的反应性能进行了深入系统的研究。 本文选取了三种石灰石和两种贝壳作为脱硫剂，建立了一套干性条件下脱硫剂反应活性测定的小型流化床反应器试验台架，对五种脱硫剂的硫化反应性能进行了研究。并利用扫描电镜（SEM）和压汞分析等微观手段研究了各种脱硫剂在反应前后的表面形态及其孔结构特性，讨论各种脱硫剂脱硫反应特性的差别以及导致这些差别的物化因素。结果发现脱硫剂的反应活性是受多方面因素的影响，而且这些因素之间是相互关联，同时起作用的。通过实验分析认为脱硫剂反应活性的差异可以解释为孔结构的不同，而化学成分是第二影响因素。 根据脱硫剂的物化性能数据结合小型台架实验结果，选取了脱硫剂的化学成分以及脱硫剂煅烧后的孔结构特性两类参数，共六个变量，作为预测和评估脱硫剂反应活性的基本指标，采用主成分分析综合评价方法对五种脱硫剂样本建立了评价标准和体系，得到了反映指标信息最多的主成分，并建立了脱硫剂的钙转化率与主成分之间的函数关系，对脱硫剂反应性能的影响因素进行分析，为脱硫剂的优化选取提供了理论依据。 脱硫剂煅烧后的多孔结构是具有自相似性的分形结构。本文在压汞实验的基础上，利用脱硫剂的分形、孔隙结构分布原理来模拟脱硫剂的实际孔结构，建立了基于Menger海绵思想的多孔结构分形模型，并对多孔固体的孔隙率，比表面积和渗透率进行了分形描述。所建立的分形模型可以很好地用于模拟实际的多孔结构，并可以借助分形维数获得孔结构的进一步的信息，从而对复杂的多孔结构进行完整的认识和描述。 本文结合现有的压汞分析微观手段对吸收剂孔结构的实验数据，提出脱硫剂的孔径分布满足高斯函数分布形式，在此基础上，充分考虑了吸收剂颗粒内部孔结构在硫化反应过程中的变化，建立了干性条件下SO2和多孔CaO反应的孔分布数学模型。通过模型计算结果发现，吸收剂的初始孔隙率以及孔尺寸分布规律都影响硫化反应性能。颗粒中不同的孔径大小具有不同的钙转化率，小孔在反应初期对钙转化率的贡献较大，而大孔随着时间的延长，反应仍可以较低的速率持续进行，大孔在反应后期能够继续对总体转化率有所贡献。模型还对颗粒粒径大小、入口SO2浓度对吸收剂钙转化率的影响以及比孔容积在不同硫化时间段的变化进行了计算并与实验值做了比较。模型计算结果与试验结果吻合较好，能够很好地反映固硫的本质过程，可以用来预测脱硫剂的钙转化率。本模型的建立可为干法脱硫反应过程的实际应用提供理论指导。 最后本文探讨了湿法烟气脱硫技术的反应机理，研究湿法脱硫过程中添加剂对吸收 剂性能的影响，并对添加剂的作用机理进行了分析。通过实验重点研究了多组分悬浮液 中的离子及其浓度对Sq吸收反应过程的促进作用。研究结果在理论上为选择经济高效 脱硫剂提供了指导，在工程应用上具有重要意义。