电石渣干法固硫性能的实验研究

韦佳钰 任慧琴 张 健 穆金琴

电石渣干法固硫性能的实验研究

韦佳钰 任慧琴 张 健 穆金琴

贵州大学电气工程学院

用热分析仪做出的煤燃烧、电石渣热分解、煤和电石渣的混合式样反应和固硫反应的TG曲线和DTG曲线，并对曲线进行分析，在三种实验条件下，钙硫摩尔比为1.5时的固硫效果最好，添加催化剂Al2O3对固硫反应有促进作用。

电石渣 干法 固硫 催化剂

1 前言

二氧化硫是大气的主要污染物之一，我国又是世界上二氧化硫的最大排放国。火电厂的烟气脱硫是减少二氧化硫排放最有效的措施。烟气脱硫就是将脱硫剂与烟气中的二氧化硫等酸性气体反应，生成脱硫产物，从而降低烟气中酸性气体含量的过程。在煤的燃烧中采用钙基固硫技术脱除SO2等气体污染物，是实现高效清洁燃烧的有效措施之一，研究表明，在钙基固硫剂中掺入微量添加剂可以有效提高钙基固硫剂的固硫率。工业废料电石渣的主要成分是氢氧化钙，我们可以利用电石渣中的钙基来进行脱硫，实现以废制废的目的。

2 电石渣脱硫性能分析

电石渣的主要成份是Ca(OH)2,由于暴露在空气中，一部分Ca(OH)2与空气中的CO2反应生产CaCO3,电石渣脱硫原理就是利用其组分中的Ca(OH)2吸收燃煤所产生的SO2废气，生产硫酸盐，其反应式如下：

Ca(OH)2→ CaO + H2O

CaO + SO2+ 1/2 O2→ CaSO4

CaCO3→ CaO + CO2

CaO + SO2+O2→ CaSO3

图1 电石渣与煤单独及混合燃烧的TG曲线

由图1可知，电石渣的热分解过程有三个失重阶段，在100℃左右，电石渣中的水分析出，在450.5℃时，电石渣中的Ca(OH)2开始分解生成CaO和H2O，在757.3℃时，电石渣中CaCO3开始分解生产CaO和CO2，在829.5℃时达到恒重。煤在458.6℃时开始燃烧反应，并在643.0℃时燃烧完全达到恒重。将煤与电石渣混合进行燃烧反应，其反应特性中和了电石渣和煤单独燃烧时的燃烧特性，且电石渣的热分解产物CaO与煤的燃烧产物SO2反应生成了硫酸盐，发生了固硫反应。

3 实验

3.1 试验样品说明

实验所用电石渣与煤均取自于贵州某树脂厂。将电石渣放于烘干炉中，在100℃左右的温度下烘制两小时后取出，待其冷却后磨碎，并用150目的标准筛进行筛分，将煤磨制成粉，也用150目的标准筛进行筛分，同时将电石渣与煤都放于干燥箱中备用。

3.2 实验样品配样说明

干燥基煤质指标及电石渣化学组成见表1，表2。

表1　实验煤样的煤质分析

表2　电石渣化学组成

根据电石渣中钙的质量分数以及煤中硫的质量分数，计算出对应电石渣和煤的质量，将样品配置成钙硫摩尔比分别为1.3、1.5、1.8的混合试样，放在干燥箱中备用。

3.3 实验条件说明

分别取干燥后的煤粉和电石渣各15mg左右送入同步热分析仪STA409的坩埚中进行燃烧实验。在保护气氛N2为15mL/min、吹扫气氛O2为40mL/min、升温速率为15K/min的条件下从25℃加热到900℃，记录热失重曲线，并计算其残留质量作基础数据。

4 结果与讨论

4.1 电石渣的固硫反应曲线分析

由图2可知，曲线3是钙硫摩尔比为1.8的固硫反应曲线，固硫反应从501.5℃开始，煤燃烧反应生成的SO2和CO2分别与CaO（Ca(OH)2分解生成）和Ca(OH)2（未分解）反应，生成CaSO4和CaCO3，曲线呈上升趋势，电石渣的质量增加，由固硫反应的DTG曲线可知，在602.8℃时,固硫反应速率达到最大值8.93%/min。反应继续进行，在650.6℃时，SO2和CO2被最大限度吸收。在650.6℃之后，生成的CaCO3开始分解生成CO2和CaO，曲线呈下降趋势，电石渣的质量下降，在795.9℃时，反应完成，质量恒定。由曲线2和曲线3可知，固硫反应的残余质量大于电石渣热分解的残余质量，证明电石渣具有固硫效果。

图2 电石渣固硫反应曲线

4.2 不同钙硫摩尔比下混合试样的反应曲线分析

图3为不同钙硫摩尔比电石渣与煤混合试样TG曲线和DSC曲线，从TG曲线上可以看出，钙硫摩尔比为1.5的TG曲线反应的起始点为450.2℃，与钙硫摩尔比为1.3（起始点为462.7℃）和1.8（起始点为461.0℃）相比，为最低，即钙硫摩尔比为1.5时，电石渣最先与煤中的SO2反应。钙硫摩尔比为1.5时，终止点为898.4℃，且残留质量百分数为49.29％。与钙硫摩尔比为1.3（终止点为898.1℃、残留质量百分数为48.20％）和1.8（终止点为898.4℃、残留质量百分数为47.53％）相比，温度差最大，反应时间最长，残留质量最多。钙硫摩尔比为1.5的TG曲线的第1失重台阶和第2失重台阶（TG曲线的第2失重台阶是第1失重台阶生成的CaCO3的分解过程）前半段基本与钙硫摩尔比1.8的重合，但在后半段，结合DSC曲线，钙硫摩尔比1.8的失重更明显，这说明在第一失重阶段钙硫摩尔比1.5混合试样生成的CaSO4多于钙硫摩尔比1.8的混合试样，固硫效果较好；与钙硫摩尔比1.3的混合试样相比，钙硫摩尔比1.5混合试样在第2失重台阶残留质量更大，固硫效果也较高。综上所述，钙硫摩尔比为1.5时，电石渣的固硫效果最好。

图3 不同钙硫摩尔比下混合试样的反应曲线

4.3 在催化剂条件下混合试样反应曲线分析

图4为在以Al2O3为催化剂的条件下，电石渣与煤样按钙硫摩尔比为1.3的混合式样反应的TG曲线和DTG曲线。从TG曲线上可以看出，加入催化剂的固硫反应起始点温度为459.8℃，未加入催化剂固硫反应起始温度为462.3℃，说明加入催化剂使固硫反应提前。从680℃开始发生碳酸钙的分解反应，加入催化剂的式样中碳酸钙的分解速率降低。且最终残留质量较未加催化剂时的值大，在一定程度上反映出加催化剂使固硫反应的效率提高了。

图4 在Al2O3催化下的混合试样的反应曲线

5 结论

5.1 在实验原理的指导下，通过对不同钙硫摩尔比的混合试样曲线进行分析，得出钙硫摩尔比为1.5时的固硫效果最好。

5.2 通过对添加催化剂条件下的反应曲线进行分析，得出添加催化剂Al2O3可以使固硫效率提高。

[1] 龚德鸿, 钱进, 朱兵. 电石渣在电厂烟气固硫中的应用[J]. 锅炉技术, 2008, 39(6):13-17.

[2] 谭娅, 李彩亭, 曾光明, 翟云波, 李珊红, 邓久华. 添加剂对燃煤电石渣固硫的促进作用[J]. 燃烧化学学报,2005, 33(6): 767-770.

[3] 陈列绒. 电石渣干法烟气脱硫的研究进展[J]. 山东煤炭科技,2008,(5): 151-152.