燃煤流化床鍋爐飛灰濕法碳酸化固定CO2特性研究.pdf

1、近年來循環(huán)流化床燃燒技術(shù)作為新型高效低污染清潔燃燒技術(shù)得到快速的發(fā)展，正向大型化發(fā)展，面臨的一個嚴(yán)峻的問題是燃煤流化床飛灰的大量堆積。由于CFB飛灰中堿性物質(zhì)鈣含量較高，可以作為CO2礦物碳酸化原料固定CO2實(shí)現(xiàn)碳封存。根據(jù)“直接利用固體廢棄物，碳酸化反應(yīng)固定CO2”的思路，通過“氣—液—固”反應(yīng)裝置考察利用CFB飛灰直接濕法碳酸化固定CO2反應(yīng)特性，初步確定CFB飛灰碳酸化反應(yīng)機(jī)理，為實(shí)現(xiàn)利用CFB飛灰低成本固定CO2，實(shí)現(xiàn)一定程度的

2、減排，達(dá)到清潔生產(chǎn)和“以廢治廢”的目的，具有良好的應(yīng)用前景。
　　本論文通過采用模擬飛灰在高壓和常壓兩種工況下碳酸化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，選取陜西榆林地區(qū)某流化床鍋爐飛灰試樣（飛灰A、飛灰B）作為反應(yīng)試樣，利用正交實(shí)驗(yàn)和單因素實(shí)驗(yàn)分析研究不同工藝條件下CO2固定效果，確定碳酸化反應(yīng)最佳工藝參數(shù)和技術(shù)條件;同時，利用XRD、BET、SEM分析測試手段對反應(yīng)前后試樣的礦相成分、微觀結(jié)構(gòu)和微觀形貌變化進(jìn)行詳細(xì)分析，并利用TG分析得到飛灰碳酸化反

3、應(yīng)前后所得試樣的熱重曲線，初步明確反應(yīng)機(jī)理。主要結(jié)果如下:
　　(1)設(shè)計并搭建了高壓不連續(xù)碳酸化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和常壓連續(xù)碳酸化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，詳細(xì)分析了實(shí)驗(yàn)條件的選擇，并對XRD、BET、SEM、TG分析測試手段進(jìn)行介紹。
　　(2)燃煤流化床飛灰高壓不連續(xù)濕法碳酸化反應(yīng)特性分析研究表明，選取鈣含量較高的CFB飛灰B，利用正交實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果得出工藝參數(shù)的主次順序?yàn)橐汗瘫龋綜O2濃度＞攪拌轉(zhuǎn)速＞反應(yīng)溫度＞反應(yīng)壓力。利用單因素實(shí)驗(yàn)分別優(yōu)化飛

4、灰A和飛灰B的碳酸化工藝得出，飛灰A碳酸化反應(yīng)最佳工藝參數(shù)為CO2濃度100％、反應(yīng)壓力3 MPa、攪拌轉(zhuǎn)速300 rpm、反應(yīng)溫度60-80℃、液固比1∶1 ml/g，此時CO2固定量為每千克飛灰固定CO2為22 g，碳酸化效率為39.44％;飛灰B最佳碳酸化反應(yīng)工藝參數(shù)為CO2濃度100％、反應(yīng)壓力3 MPa、攪拌轉(zhuǎn)速300 rpm、反應(yīng)溫度80℃、液固比2∶1ml/g，此時CO2固定量為每千克飛灰固定CO2為60.5 g，碳酸化效

5、率為64.63％。采用XRD、BET、SEM等方法對碳酸化反應(yīng)前后試樣進(jìn)行表征分析，結(jié)果表明飛灰中Ca2Al2O5、CaO、Ca3Si2O5、Ca(OH)2等堿性物質(zhì)與CO2發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)后固相表面出現(xiàn)顆粒狀CaCO3且分布比較密集，比表面積和孔容大幅度提高，證實(shí)碳酸化反應(yīng)后飛灰礦物分散度和晶格變化明顯。最后，利用“熱重法”計算得出單因素實(shí)驗(yàn)下CFB飛灰在不同實(shí)驗(yàn)工況下的碳酸化反應(yīng)固定CO2量，結(jié)果表明，“熱重法”和“壓降法”計算結(jié)果比

6、較吻合，誤差在合理范圍內(nèi)，進(jìn)一步驗(yàn)證CFB飛灰不同工藝參數(shù)條件下碳酸化反應(yīng)特性。
　　(3)燃煤流化床飛灰常壓連續(xù)濕法碳酸化反應(yīng)特性分析研究表明，選取CFB飛灰B試樣，利用正交實(shí)驗(yàn)分析得出工藝參數(shù)主次順序?yàn)镃O2濃度＞液固比＞反應(yīng)溫度＞氣體流率＞反應(yīng)時間。單因素實(shí)驗(yàn)中不同實(shí)驗(yàn)工況下碳酸化反應(yīng)過程中pH值變化趨勢呈現(xiàn)出“緩慢下降—急劇下降—趨于穩(wěn)定”，pH值的變化反映出碳酸化程度和反應(yīng)速率;結(jié)合XRD、SEM、BET的分析結(jié)果得出飛

7、灰碳酸化反應(yīng)發(fā)生在顆粒表面，鈣擴(kuò)散到顆粒表面的速度很可能決定整個反應(yīng)的速率。最后，利用TG分析得到單因素實(shí)驗(yàn)下不同實(shí)驗(yàn)工況的熱重曲線，采用“熱重法”得出飛灰常溫常壓碳酸化反應(yīng)在60 min內(nèi)基本完成;一定范圍內(nèi)隨著CO2濃度、反應(yīng)溫度、氣體流率的提高，碳酸化固定CO2效果增強(qiáng);最佳碳酸化反應(yīng)條件為液固比7∶1 ml/g、反應(yīng)溫度80℃、CO2濃度100％、氣體流率0.61/min。
　　本文為開發(fā)利用燃煤流化床飛灰作為CO2礦物碳