富氧燃烧烟气中褐煤飞灰的固硫与固碳反应特性实验研究

0 引言

对温室气体CO

进行逐步的控制减排是我国的重要国策

。目标是CO

排放力争在2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。2030年碳排放强度较2005年下降65%，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右。目前，煤炭燃烧在能源比重中会有一定下降，但是在大多数城市及可展望的未来，化石能源仍然会占据着重要的能源供给地位。

富氧燃烧（oxy-fuelcombustion）技术中，通过空气分离获得的纯氧与部分锅炉排气构成混合气，用以代替空气，作为矿物燃料燃烧的氧化剂

。该技术的优势是让燃烧产生的烟气中CO

浓度直接提高到80%～90%，便于CO

直接提纯、液化储备与回收利用。富氧燃烧的一个较大影响是烟气流量降低后，炉内SO

浓度（ppm）提高了约3～4倍

，会造成低温管段的腐蚀问题。

2.整合资源，提高内审人员素质。要保证学校内审机构的独立性和权威性，以人为本构建“学习型”内审机构，改善内审人员结构，保障内审人员培训时间、培训经费，开展审计项目质量评比。通过切实加强内审人员队伍建设，践行“捧着一颗心来不带半根草去”的思想，在高校内审工作实践中锤炼责任、廉洁、务实、学习、服务意识，树立赶超、竞争、创新意识［4］，在信任的基础上以职业的态度相互尊重，适应“服务主导型”内部审计的需要。

1)断路器垂直连杆结构设计不合理。该GIS断路器设计采用的是垂直连杆与轴密封件之间的直接接触结构，两者之间仅靠少量的硅脂润滑。断路器垂直连杆部分在厂内安装过程或运输过程中出现密封垫微小错位，即会造成垂直连杆与密封件之间磨擦，为断路器的安全运行埋下隐患。

煤燃尽后的飞灰在锅炉尾部的烟气通道中，会经历将SO

与CO

重新捕捉到颗粒中，即飞灰的固硫反应

与固碳反应过程

，具体反应包括：

（M——指灰中碱土金属，如Ca，Mg)

富含活性碱土金属的飞灰，对于消除高浓度SO

有着积极的作用，起到与添加石灰石或生石灰干法脱硫

的类似效果。高CO

浓度对于飞灰的固硫反应也有一定的影响，表现为比传统空气燃烧有更多的硫被灰渣所捕捉

。此外，不同物料的残余飞灰也有一定的飞灰脱硫作用，比如油页岩飞灰

、污泥飞灰

、水泥生料飞灰

等，这些飞灰也可以被使用在烟气管道的干法脱硫工艺中，对空气燃烧烟气或富氧燃烧烟气有一定的脱硫清洁作用。这对于固废的回收与再利用有着一定的工业应用价值。

目前对于褐煤飞灰的固硫与固碳反应特性并没有太多研究。本文针对褐煤飞灰在富氧烟气中固硫反应特性开展研究，并分析飞灰固碳反应对固硫反应的影响作用。这对使用一定煤灰作为炉内脱硫的吸附剂，提供了理论研究支持。

1 实验工况

实验是在图1所示的高温沉降炉内进行，烟气以富氧燃烧烟气组成来模拟配置。气体流量约为10 L/min，颗粒给粉量0．4 g/min。实验目的与具体工况见表1。主要研究飞灰颗粒在富氧燃烧（oxy-fuelfiring，简称OF）烟气中的固硫和固碳行为。测试了碳酸钙粉末在不同空气与富氧气氛下的热解，作为分析比较使用。褐煤煤粉飞灰从电站的布袋除尘器中获得，AF表示空气燃烧（air-firing）的烟气工况，表2为XRF测试的该飞灰中主要氧化物成分，富含CaO和MgO碱土金属，Si与Al含量较低。

2 褐煤飞灰高温下的固硫反应特性

传统建筑承载了村民的居住习惯。堂屋是传统农村建筑的核心，起居功能皆环绕堂屋发生。而新农村建设带来的“高大建筑”“平直马路”令传统建筑的特色与所处环境消失殆尽。随着农村生活条件的好转，越来越多的自建房取代传统的建筑。自建房多数采用城市住宅的空间构成方式，以客厅为生活中心；传统的起居轨迹渐渐消失，年轻人开始对一些传统的设施和用具感到莫名。

使用飞灰固硫率概念

进行定量分析，固硫率是描述煤粉中燃料硫最终残留在灰中的百分比，即

其中，

S

——测试的灰颗粒中的S含量；

用元素分析仪，测试不同飞灰样品中的碳含量，利用碳含量推算碳酸钙的分解率。碳酸钙在空气燃烧与富氧燃烧烟气中的分解率见图5。空气燃烧的烟气条件中，CaCO

热解出现在大于800℃情况下，而富氧燃烧的烟气中CaCO

的热解发生在大于900℃。原因是当CO

浓度高，抑制了反应（5)的进程，反应倾向于逆向进行，也就是发生了飞灰固碳反应。实验结果与文献［9］一致。综上，在800～900℃窗口下，碱土金属的固硫反应与固碳反应是同步发生的。

从图6（a）发现：与空气燃烧的烟气飞灰相比，在SO

浓度为0 ppm的富氧烟气中，飞灰的固碳量有提高，固硫量不变化。当提高SO

浓度到1 000 ppm，与原灰样相比，灰中固碳量和固硫量都有提高，也就是以下的固硫反应和固碳反应是同时进行的：

固硫率高也是减少SOx排放的一个指标。本文中褐煤，固硫率在AF工况下为43．6%，而1 000℃富氧气氛下，对应SO

气氛分别为600 ppm、1 000 ppm、1 500 ppm，固硫率分别为45．23%、52．9%和60．78%。不同工况下飞灰中固硫量的比较见图2。

碳酸盐会发生的“直接固硫反应”，这有别于碳酸盐先分解为碱土金属氧化物（CaO）后，氧化物再固硫的“间接固硫反应”。含有高浓度SO

的富氧燃烧烟气，会抑制CaCO

的生成，因而灰中碳酸钙有一定的减少。

3 富氧燃烧烟气中褐煤飞灰固碳反应的特性

对800℃下富氧燃烧烟气（考虑不同SO

浓度）中飞灰发生固硫与固碳反应的过程进行分析。经XRF测试，获得飞灰中CO

与SO

的质量分数，见图6，两者数据反映了灰中碳酸根和硫酸根的质量含量。

此外，对实验3工况，使用商业购置的纯CaCO

粉末，使其在不同沉降炉温度下发生煅烧分解反应：

S

——煤粉干燥基的S含量；

4 800℃富氧燃烧烟气中飞灰同时发生固硫与固碳的分析

灰中碳酸盐含量的测试是在热天平内进行

。采用非等温程序，升温速率设置为20℃/min，将温度从常温升高到800℃，在800℃处维持0．5 h。CaCO

与MgCO

会在不同温度下进行热分解反应。根据样品在不同温度下的失重，可以算出灰中CaCO

与MgCO

的含量。不同测试样品的测试数据见图4。可见：富氧烟气条件下，温度越低，飞灰发生固碳反应的程度越高。温度在400～1 000℃是飞灰中CaO固碳反应的主要温度，而400～800℃是MgO固碳反应的主要温度。热天平法测试不同温度与富氧烟气环境下灰样的碳酸盐含量见图4。

秸秆直燃发电是当前国家大力发展的战略性新兴产业之一，不仅能避免农作物废弃物资源的浪费，而且能有效缓和秸秆禁烧管理难的问题。开发利用秸秆发电对我国能源安全、生态环境和社会可持续发展具有重要意义。

Y

——煤粉干燥基的灰含量。

但是，当SO

浓度到了1 500 ppm时，固碳量比初始灰有降低，这是因为飞灰中发生与碳酸钙的直接固硫反应

，即

在1 500 ppm SO

下，对不同气氛反应后的褐煤飞灰样品进行了XRD测试，测试结果见图3。测试发现在空气条件下或者是富氧燃烧烟气条件下，灰中的硫酸盐主要是CaSO

，尚有一定量的MgO与CaO组成，并没有MgSO

存在。文献

研究了CaO与MgO与SO

反应的温度范围，一般980～1 230℃是CaO固硫反应的主要温度区间，650～820℃是MgO固硫反应的主要温度区间。本文中，较高温度800℃、1 000℃下，是CaO起到主要的固硫作用，与文献结论一致。

不同富氧燃烧烟气气氛下，飞灰中固硫量的比较见图2。图中是对XRF测试样品，获得了S/Si的元素质量比。可见600℃下固硫量几乎没有作用，而是在800℃下固硫量加大，1 000℃下固硫量更大。而且较多的SO

气氛下飞灰的固硫作用更为显著。

我们把对单一飞灰颗粒样品的固硫反应与固碳反应的总量，汇总在图6（b)中，可见在800℃烟气中，随着烟气中SO

浓度提高，灰中碳酸盐与硫酸盐的酸根总量是基本接近的。即：参与发生固硫反应与固碳反应的活性CaO总量是基本一致的。

我们一向提倡实事求是，文稿工作也当遵循这个原则。文风也是作风的组成部分。文风实，作风才可能实。文案尚能造假，工作还有几分真？对公文抄袭说“不”，这是必须的，它不仅可以整治在文稿上弄虚作假的歪风，还可以进一步强化工作责任心，提醒人们时时处处“老实”为上。查文风，正作风，以小带大，但愿能从痛处触动某些人，由此产生良好的连锁反应。

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5 结论

利用沉降炉创造高温富氧烟气气氛，对褐煤飞灰进行了飞灰固硫、固碳反应的实验研究。主要结论如下：

1）飞灰中碱土金属固硫反应一般发生在800～1 100℃，而且灰中CaO是发生高温固硫反应的主要因素。

2）飞灰中CaO与CO

的固碳反应，在空气燃烧烟气中会在小于800℃下进行，在富氧燃烧烟气条件下会在小于900℃下进行。因此，富氧燃烧烟气中，固碳反应拥有一个与固硫反应同时发生的温度区间，即约在800～900℃。

本文选取我国积雪资源丰富的新疆中西部地区作为试验区，包括伊犁哈萨克自治州、博尔塔拉蒙古自治州、阿克苏地区等部分区域.该区域人口密度低，地形条件复杂，地物类型多样、特征明显，云系生成量大，山区覆盖有丰富的积雪，因而采用多时相的遥感手段监测雪盖范围具有重要的意义和价值.

3)800℃下，在低浓度SO

气氛，飞灰中的碱金属氧化物会同时进行固硫与固碳的两个反应。在高浓度SO

环境中，灰中的碳酸钙也会与SO

发生直接固硫反应，从而在一定程度上对飞灰固碳反应有一定的抑制作用。

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