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煤与垃圾衍生燃料(RDF)的流化床混烧研究及其酸性气体的脱除

赵明举

  一、研究的目的和重要性分析了我国城市垃圾处理的现状,比较了各种处理方法的利弊,提出煤与垃圾衍生燃料(RDF)的流化床混烧的建议。本研究的目的是将垃圾衍生燃料掺混到现运行的燃煤流化床锅炉中进行混烧,这样可节约大量的因建设垃圾焚烧设备而产生的一次性投资费用。另外,从1998年起,国家电力部开始实施逐步关停中小电站的政策,如果将中小电站改造成垃圾混烧电站,实现垃圾的资源化利用,既可减少投资浪费,又可消纳城市垃圾。因而,本课题对国家经济建设和社会发展有着重要的意义。流化床具有燃料适应性广、氮氧化物排放低、炉内石灰石脱硫成本低等特点,所以选择了流化床燃烧炉作为研究炉型。与煤的单独流化床燃烧不同,煤和垃圾衍生燃料有着不同的颗粒大小、不同的热值、不同的颗粒外形、不同的成分组成,因而在流化床内混烧时必然会遇到一些技术难题,值得进行研究。特别是由于垃圾衍生燃料中的氯含量较高,混烧时的HCl和SO_2气体同时析出,石灰石是流化床燃烧炉的传统脱硫剂,同时石灰石也可与HCl反应,生成CaCl_2,所以有必要研究它们的炉内共脱除问题。二、研究的内容和过程摘 要自行设计和建造了冷态流化床装置和热态流化床装置各一套,两套装置的尺寸相同,反应器内径都为150mm。装置包括主体反应器、供气系统、给料系统。电加热系统、除尘系统等。开发了一种不均匀布风的内循环流化床技术,其目的是为了改善谋与IU3 F在流化床内的混合燃烧状况,延长物料在床内的停留时间。不均匀布风流化床气体分布板具有内循环特性,中心区域呈移动床状态,周围边缘区域呈流态化状态,两种复合床的共同作用,使之呈现为内循环流化床。在冷态流化床装置上,观察和研究了该内循环流化床的流化特性;在热态流化床装置上进行了煤与RDF的混烧实验,并与鼓泡流化床的研究结果进行了对比。使用了两种RDF,研究了掺混比例、空气过剩系数、钙硫摩尔比。床层温度等因素对燃烧和酸性气体脱除的影响,并进行了物料衡算;用在线FTIR光谱仪和烟气分析仪研究了尾 O中O卜CO卜H。O,CO,CH一SOZ,HCI,NO,NOZ,NZO和 HCN气态物质的变化;用 XRD和 SEM研究了飞灰和底灰的成分变化。考察了*和 S在尾气、飞灰和底灰中的分布。在热天平上进行了酸性气体倍 和 HCI)与脱除剂(石灰石和 CZO)反应的等温和非等温研究,并计算了反应的动力学和热力学参数。将混合烟气分解为各种气体的不同组合,以考察单种气体与CaO的反应机理。使用热大平一气体分析仪联用技术,同步研究了气固反应过程的固体重量变化与气体浓度变化,为判别反应机理提供了重要的参考依据。使用鼓泡流化床试验台问.IMW),研究了高氯煤燃烧过程中SO。和HCI共脱除问题。考察了床温对 SO。和 HCI祈出的影响,同研究煤与 RDF的流化床混烧一样,也研究了钙硫摩尔比、空气过剩系数、床层温度等因素对酸性气体脱除的影响。11太原理上人学博>了位论文三、获得的主要结果床内沿纵向的温度分布表明,**F掺混比例越高自由空间温度越高,证明RD F燃烧时的火焰较长,需要更高的自由空问高选。研究结果表明,在750”C~900℃的温度范围内门迎着床温的升高,酸性气体析出量也增加;随着 CaJS的增加,SOZ的脱除率也增加,但 CajS对HCI的脱除率影响不大:石灰石可脱除烟气中90%以上的SOZ,对HCI的脱除率较低,最大不超过300。CaO脱除HCI的最佳温度为700”C左右,770℃之后生成的CaCI。产生了少量的挥发。飞灰中有较高的CaCI。富集量,底灰。。P有较高的CaSO。富集量,说明石灰石脱除*CI气体主要在自由空间进行,而脱除S*主要在床层内进行。鼓泡流化床和内循环流化床的燃烧实验证明,煤与RDF混烧可使尾气中的NCI气体和Sq浓度同时降低。与鼓泡流化床相比,内循环流化床的混合燃烧可使尾气中的 CO,HCI和 SO。气体浓度大幅降低,但使NO的浓度有所升高。HCI与CaO的等温反应符合圆筒型对称收缩核颗粒模型,即:l一(1—a)’=00138。e-cp(428.4/T)。t证实了无论有无O。存在的情况下,CaO脱硫都经历生成CaSO。的中间产物的过程,在温度高了6”℃时,*d已分解,称放出Sq。o*q不 bO者h与*CI 不S已发生反应,温度高于3*℃以后,CaO与酸性气体的反应速度明显加快。对尾气中各种气体浓度之间的相关性分析的结果表明:CO,*见和**N的浓度呈正相关关系,说明**N在还原气氛中生成;从正负行一号方面判断,Co和水蒸气气体浓度几乎与所有其它气体浓度成负相关关11卫……   
[关键词]:;垃圾衍生燃料;混烧;流化床;酸性气体;脱除
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:太原理工大学2002年
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