基于热重分析的金属镁渣脱硫剂活化研究

第28卷第1期电力学报Vol 28 No. 12013年2月JOURNAL OF ELECTRIC POWERFeb.2013发电文章编号:10056548(2013)01-007804中图分类号:TM46文献标志码:B学科分类号:47040基于热重分析的金属镁渣脱硫剂活化研究胡新华1,乔晓磊2,李经宽(1.山西大学工程学院,太原030013;2.太原理工大学,太原030024)Metal Magnesium Slag Desulfurization Agent Activation Research Basedon the Thermal AnalysisHU Xin-hua, QIAO Xiao-lei, LI Jing-kuan'(1. Engineering College of Shanxi University, Taiyuan 030006, China2. Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)ABSTRACT: Based on the simulated furnace gas composition性,造成土壤板结,同时呈一定的碱性,造成土and temperature, the experiment determines the calcium壤盐碱化。utilization rate of relevant sampl在对镁渣进行热重脱硫实验中发现,镁渣能instrument. The experimental results show that the steam与SO2发生反应,起到固硫的作用,但其脱硫效率activation effect is the most obvious and hydration activation偏低,本文从增加镁渣的比表面积和孔容积的角takes the second place. These experiments open up a newdirection to the improvement of efficiency in度出发,采用蒸汽活化、水合活化的方法,进desulfurization agent and magnesium slag recycling步提高镁渣的钙利用率。KEY WORDS: activation; desulphurization; magnesium slag2实验设备摘要:实验在模拟炉内气体成分和温度的基础上,通过热21蒸汽活化器重分析仪测定了各相关样品的钙利用率。实验结果表明图1给出了本文设计建造的小型蒸汽活化实蒸汽活化效果最为明显,水合活化效果次之,确实能提高验装置。主要由反应器和温度测量控制组成。反镁渣的钙利用率。实验为提高脱硫剂使用效率、金属镁渣应器壳体最外层是一个直径300mm的钢套,内侧以废治废开辟了一条新的方向。由保温层和电阻丝构成,壳体的下部加水,上盖关键词:活化;脱硫;镁渣可以打开,反应筛上放置药品,悬挂在上盖上引言上盖还设有压力表和排空阀各一个,排空阀便于中国镁工业从20世纪80年代起步,进入新世增加水蒸汽分压,提高活化效果。插入上盖的热纪后得到了快速发展。在成为世界产镁大国的同电偶测得温度数据后输入温度控制器,再经固态时,炼镁的附属产物一金属镁渣也大量产生,镁渣继电器改变输人电阻丝的电流来调节其发热功率,的污染显而易见,金属镁渣为粉尘物,在自然环境从而实现动态温度控制,其反应器保持在实验要中极易形成粉尘污染,金属镁渣还具有很强的吸潮求的温度范围内,其温度范围为(100-400℃。2,2硫化器由于热重仪的得到的反应产物质量不足以完基金项目:山西高等学校留学回国人员科研资助项目(N成后续试验,本文自行设计了小型硫化实验台Project Supported by Sponsored Research Project of Returned Over-如图2所示。参数如下:氮气流量(0-1000Talents in Colleges and Universities(No. 2001-15)氧气CyH中国煤化工化硫流量CNMHG第1期胡新华等:基于热重分析的金属镁渣脱硫剂活化研究热电偶压力表/min,加热至860℃时,升温速率为10℃/min。直温度控制器非空阀到设定温度900℃。恒温保持10min,切换人反应气体,开始实验4实验结果及分析4.1蒸汽活化温度对脱硫效率的影响图1活化装置示意图图3表示了活化温度对镁渣活化效果的影响。Fig 1 Activation equipment sketch map实验结果表明,相对于未经活化的镁渣,不同温度下的活化后的样品的钙利用率都有不同程度的提(0-80)ml/min。温度变化范围:0-1200℃。;120℃时的活化效果最好,随着活化温度的提流量计石英管硅碳棒石英舟高,活化效果呈下降趋势。这与 Shearer和 Marquis等人研究接近,其原因可以通过气体扩散和化学反应之间的关系以及化学反应速率与温度的关系加以分析。随着蒸汽温度的提高,CaO和水蒸汽之间的化学反应比水蒸汽的扩散过程进行得要快。水蒸二氧化硫/氧气/氮气温度控制器尾气处理汽主要是在CaO颗粒的外层与之发生反应而生成摩尔体积比CaO高两倍的Ca(OH,结果使通向图2硫化器示意图CaO的孔隙很快被堵塞,而降低了CaO的转化程度。Fig2 Desulfurization device sketch map而在较低温度条件下,扩散和化学反应过程的控制作将氮气、氧气、二氧化硫三种气体按比例混用相当,CaO的水合过程进行得比较均匀一致。合,用以模拟烟气,石英管通过硅碳棒加热到额定温度,并用温度控制仪确保温度恒定,石英舟中放置了实验药品,通入石英管的混合气体与石英舟的药品发生固硫反应,最后反应后的气体在经过尾气处理后排入大气。302.3热重分析仪实验采用瑞士 Mettler- Toledo公司的TGA/SDTA851e热天平,具体参数如下:主熊型号: TGA/SDTA851e;温度范围:室温~1600℃大测试炉:直径12mm,容积900μl;500100015002000250030003500反应时间(seco温度准确度:±0.25℃图3活化温度对活化后的镁渣脱硫性能的影响温度重复性:±0.15℃;Fig3 Influence of activation temperature on desulfurize-线性升温速率:001-100)℃/mintion efficiency for activated magnesium residuesSDTA分辨率:0005℃。4.2蒸汽活化时间对脱硫效率的影响3实验条件图4很直观地反映出不同活化时间对活化前后实验条件为温度900℃、氧气流量40m/min镁渣脱硫性能的影响。从图中可以看到,60min(5%含量)、SO2流量24 ml/min((3000pm)、N2流时,相邻两条曲线的钙利用率分别提高了6%量736 1,总流量800m/min。热重实验时,2.5%、12%。一般的,活化后的镁渣的脱硫性能称取一定质量的样品,放在热重仪的坩埚内,通入都有不同程度的提升,并且随着活化时间的延长N,开始加热,设置初始温度为50℃,升温速率脱硫性能呈持续提高的趋势,但脱硫性能的提高与为100℃min,加热至650℃时,升温速率改为活化时间的延长不呈线性关系。这是因为反应初50℃/min,加热至800℃时,升温速率为20℃期,CaO颗粒拉备而后应剧烈,随着中国煤化工CNMHG电力学报第28卷反应的不断进行,颗粒表面逐渐被Ca(OH2所覆水蒸汽分子与内部的CaO反应,生成摩尔体积更盖,水蒸汽需要渗透到颗粒内部才能发生反应,因大的Ca(OH)2,体积的膨胀,撑破了外层的 CaSo此随着反应程度不断加大,反应趋于停滞。包裹,将新鲜的CaO或者Ca(OH2裸露出来。裸露的caO与水分子继续反应,将裸露缝隙继续撑大,甚至反包裹了CaSO4。图6是祁海鹰、由长福、王爱军等人给出的乏脱硫剂蒸汽活化机理示意图30也很好的论证了实验数据。而在接着的热重实验中虫25由于反应温度高(900℃),之前生成的Ca(OH)2再次分解,提供了更多的比表面积和孔容积颗粒破碎10蒸汽活化CaO迁移Caso cao0500100015002000250030003500反应时间(secCao图4活化时间对活化后的镁渣脱硫性能的影响Fig 4 Effect of activation time on desulfurizationSO.→二次硫efficiency for activated magnesium residues43活化时间对乏脱硫剂脱硫效率的影响对镁渣先进行脱硫,得到的乏脱硫剂进行不同图6乏脱硫剂蒸汽活化机理示意图时间的活化,然后再次进行脱硫,将两次的脱硫效Fig6 Mechansim of spent sorbent with steamed activation率进行叠加,得到了如图5的脱硫性能曲线图。值得注意的是,20min活化后,镁渣的脱硫性能几乎结论没有提高,60min和120min活化后反而有很高的(1)金属镁渣中的主要化学成分之一的CaO,性能提高。初次进行脱硫后,镁渣表面被CaSO4所可以用作脱硫剂起到脱硫作用。覆盖,镁渣变成了乏脱硫剂,要想使镁渣重新具有(2)无论是水合活化还是蒸汽活化,都是通过提脱硫性能,必须有新鲜的CaO或者Ca(OH)2露出。高镁渣的比表面积和孔容积,从而提高其脱硫性能。20min的活化,镁渣的脱硫性能几乎没有提高的现(3)活化效果随蒸汽温度的提高而降低。象说明,在20min内水蒸汽分子不足以渗透到颗蒸汽活化的效果随活化时间的延长而提粒内部。随着活化时间的延长,渗透到颗粒内部的高,但时间因素影响并不大,即较短活化时间也可以达到很好的效果,这对活化的工业应用具有重要的现实意义。参考文献]陈振华.镁合金M]北京:化学工业出版社,2004[2]乔小磊.金属镁冶炼还原渣脱硫性能的研究[D].山西太原:太原理工QIAO Xiao-lei. Research on Desulfurization Efficiency of Magnesiumof techno处理镁渣[3] Shearer J A, Hilterman M J, Frommell E A. Current status of the ADVA-CATE Process for Flue Gas Desulfurization U Air Waste Manage, Assoc,5001000150020002500300035004]祁海鹰,由长福,王爱军,等蒸汽活化改善中烟气脱硫的机理中反应时间(sec)国电机工程学报,2002,22(7):119-124图5活化时间对乏脱硫剂脱硫效率的影响Improving the Medium Temperature FGD Process by Reactivating SorbentsFig5 Effect of activation time on desulfurizationby Steam[J]. Proceedings of the CSEE, 2002, 22(7): 119-124efficiency for activated spent sorbents中国煤化工第87页CNMHG李升明:三点法找动平衡在发电厂排粉风机的应用探讨半径1000mm处由b点朝a点方向偏移286mm(4)作图时,应尽量精确,尤其是平衡块应加处上焊接配重块。封风壳人孔门,测得校正后振动的位置,由于空间位置狭小,不便于测量∠OSh,值如表1所示。可采用相似三角形的原理计算出偏移的弦长,然后表1排粉风机振动值比较(单位:mm)再对应在叶轮上找出不平衡的点。Tab. I Comparison of exhauster vibration value4结束语(unit: mm风轮侧水平方向垂直方向针对振动问题,首先应根据可能原因进行逐振动轴向方向(⊙)排查,对于因叶轮磨损不均匀引起的振动问题,可校正前以利用三点法快速进行动平衡校验。排粉风机减振的实践证明,效果显著。校正后002000270.023参考文献由表1可以看出,经过三点法找动平衡后,已将「!山西省电力工业局编锅炉设备检修(中级工川M,北京:中国电力出轴承座振动降为合格值,有利于排粉机的安全运行。12黄晓.用动平衡方法消除一次风机转子振动企业技术开发,2010,3使用三点法校验动平衡时的注意事项(22):2631(1)叶轮上焊接的三个螺母必须一次性焊接牢HUANG Xiao. Dynamic Balance Method of Fan Rotor Vibration EliminatingTime[]. Business Development Technology, 2010(22): 26-31固并固定在叶轮后盘内侧上,便于下次动平衡校正3]邓昭铭,杜志忠.机械设计基础M]北京:高等教育出版社,1996(3)用焊条焊接平衡铁块时,先在平衡块上找出平衡块的中心,焊接时将中心对中平衡点,同时焊接在磨损稍不严重的叶轮后盘内侧上,便于保证振动的精度以防止平衡块在磨损后振动加大。收稿日期:2012-07-28作者简介:(3)试加重块后分别所测得的3次振动值,必李升明(1975-),男,工程师,主要从事热电厂生产技术和须是在轴承座同一方向上,并要求数据是振动最大设备检修管理工作,130370610959126c0m。时的稳定值。(责任编辑:王静)(上接第80页)收稿日期:2012-08-20作者简介:胡新华(1979—),女,硕士,助教,主要从事大气、水污染治理方面的研究,13994259424@163cm;乔晓磊(1980),男,硕士,工程师,电厂经济性运行及污染物控制经宽(1980),男,硕土,讲师,电厂经济性运行及污染物控制。(责任编辑:王静)中国煤化工CNMHG