流化床O2-CO2燃燒痕量元素遷移特性實驗研究.pdf

1、煤中含量低于100mg／kg的元素稱為痕量元素。雖然痕量元素在煤中含量不高,但由于燃煤量巨大,而現(xiàn)有的空氣污染控制設備不能完全捕集所有污染物,因此每年的排放量不容忽視。許多痕量元素毒性大,化學穩(wěn)定性好,具有遷徙性、沉積性,會危害人體健康和生態(tài)環(huán)境。研究痕量元素的排放意義重大。
　　 燃煤產(chǎn)生的CO2是引起全球氣候變暖的主要溫室氣體。循環(huán)流化床O2／CO2燃燒技術,集成循環(huán)流化床和O2／CO2燃燒技術的優(yōu)點,可以低成本地實現(xiàn)CO2

2、的富集以及SO2和NOx的排放控制,有望實現(xiàn)大氣污染物的近零排放。循環(huán)流化床O2／CO2燃燒的研究仍處于起步階段,本文對流化床O2／CO2燃燒過程中痕量元素的遷移特性進行了初步研究。
　　 設計建造了6 kWth流化床熱態(tài)實驗裝置。選取9種痕量元素(Cr、Mn、Co、Ni、Cd、Pb、Hg、As、Se)為研究對象,在流化床實驗裝置上進行了徐州煙煤的燃燒實驗,采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)和原子熒光光譜儀(AFS)測定

3、燃燒產(chǎn)物中痕量元素的含量,研究流化床O2／CO2燃燒過程中痕量元素的遷移特性。
　　 選取了兩個基準工況對其煙氣中痕量元素進行取樣和檢測,計算了各個痕量元素的質(zhì)量平衡率。結果表明,各痕量元素的質(zhì)量平衡率在87％～129％之間,實驗結果可靠度良好；大部分痕量元素主要分布在飛灰中,氣相中份額較少,有利于減少痕量元素的排放。燃燒中Hg、Se幾乎全部揮發(fā),相當一部分Hg、As、Se分布在氣相中,40％以上的Hg以氣態(tài)排出。
　　

4、 分別研究了流化床O2／CO2燃燒過程中床溫、O2／CO2氣氛、O2濃度、過剩氧氣系數(shù)、一二次風配比和燃煤粒徑對痕量元素遷移特性的影響,并分析了各個元素的揮發(fā)特性。結果表明,流化床床溫升高,促進了大部分痕量元素(Cr除外)的揮發(fā),Hg、Se的揮發(fā)性變化較??；床溫升高,促進了As、Se、Hg向氣相遷移,Mn向飛灰中遷移,Cr向底渣及飛灰遷移。與空氣氣氛相比,21％O2／79％CO2氣氛促進了Cr、Mn、Co、Se的揮發(fā),抑制了As、Ni、

5、Pb的揮發(fā),而對Hg的揮發(fā)性影響不大,但卻促進了Hg向飛灰中遷移；對大部分痕量元素而言,21％O2／79％CO2氣氛并沒有改變其隨溫度變化的趨勢。O2濃度和過剩氧氣系數(shù)適當提高,爐內(nèi)的氧化性氣氛增強,抑制了大部分痕量元素的揮發(fā),使其在底渣中的富集程度增加,飛灰中的富集程度減小,有利于控制痕量元素的排放。一次風率增加,促進了痕量元素的揮發(fā),使其在底渣中富集程度減小,飛灰中富集程度增加,促進了其向飛灰的遷移。中間粒徑煤燃燒時Cr、Pb、Ni

6、、Co、Cd揮發(fā)性最高,較粗的燃煤粒徑抑制了Mn、As的揮發(fā),燃煤粒徑對Hg、Se的揮發(fā)影響較小,但中間粒徑煤燃燒時Hg、Se在飛灰中富集程度最高。各元素(Cr、Mn除外)飛灰中富集系數(shù)均高于底灰中富集系數(shù)；Cr、Mn、Co、Ni屬于難揮發(fā)性痕量元素,Pb、Cd、As屬于半揮發(fā)性痕量元素,Hg、Se屬于易揮發(fā)性痕量元素。
　　 以石灰石或者石灰石與高嶺石的混合物為添加劑分別在空氣氣氛及21％O2／79％CO2氣氛下進行了煤燃燒實

7、驗,研究了添加劑對煤中痕量元素遷移特性的影響,結果表明:添加劑(石灰石或石灰石與高嶺石混合物)不僅能夠有效減少SO2的排放,而且能夠吸附大部分痕量元素,促進痕量元素向底渣和飛灰的遷移。添加劑(石灰石或石灰石與高嶺石混合物)對Cr、Co的影響較小,而對Cd、Hg、As、Se的吸附效果顯著。與石灰石相比,石灰石與高嶺石的混合物吸附效果更好,21％O2／79％CO2氣氛下添加劑的吸附效果比空氣氣氛下好。分析對比了相對富集系數(shù)和富集因子的表達意