鎂還原渣應用于循環流化床鍋爐脫硫的試驗

白坤舉

（河南省鶴壁市淇濱區鶴壁職業技術學院，河南 鶴壁 458030）

隨著社會經濟的不斷發展，如今社會對于電力的需要性也在不斷的提升。但迫于如今的資源情況限制，為能夠實現資源的可持續利于的同時，提高發電效率，如今越來越多的相關業內人士開始利用工業廢渣，尤其是硅熱法煉鎂還原渣（鎂渣）進行煤炭的脫硫工作。但鎂渣在運輸和生產過程中極易產生粉塵污染，進而對人類和動物的呼吸習慣造成極為嚴重的負面影響。另外鎂渣作為工作廢棄物，其還將會環境和水資源造成污染。因此對鎂渣應用于循環流化床鍋爐脫硫的試驗進行相關研究，將可以為鎂渣脫硫技術提供更多的理論參考，進而實現鎂渣的回收再利用的同時，降低環境污染問題，實現可持續發展。

1 鎂渣的脫硫性能

在實驗室條件下，為能夠充分的研究鎂渣的實際脫硫效果，本次試驗將會通過熱重分析儀為試驗中的脫硫反應裝置，并以此為基礎來對鎂渣在不同溫度下的實際脫硫效果進行試驗。而在實際試驗中，鎂渣脫硫反應系統大體上可以劃分為配氣、硫化反應、數據記錄三個流程。其中樣品的硫化反應全過程都將會位于熱重分析儀中完成。在進行實際試驗過程中，脫硫反應樣品將會放入到熱重分析儀中的坩堝中，然后其頂部將會通入適當量的模擬氣體，模擬氣體為SO2、N2以及O2三種氣體的混合氣體；而底部則會通入適當量的保護氣體，保護氣體為N2氣體，而在熱重分析儀的側邊處，將會在試驗中排除脫硫反應的廢棄，并且該廢氣還會通過堿液進行洗滌，待全部洗滌完成后，排放到儲存氣體的玻璃罐中，待后期進行試驗驗證反應所產生的廢氣，在經過堿液洗滌后是否會到處空氣污染問題。

2 反應溫度對鎂渣脫硫性能所造成的影響

在實際脫硫反應過程中，床溫的變化不僅會對脫硫反應劑的實際脫硫性能造成影響，還會導致脫硫反應過程中反應不完全，產生固體物質或者造成孔結構阻塞等問題，從而多方面結合下對脫硫反應劑的實際脫硫性能造成影響。然而找鍋爐實際工作過程中，其床溫將會伴隨著鍋爐機組的負荷情況變化而在一定范圍內進行不斷變化，因此在鍋爐的實際工作過程中，對脫硫反應劑的脫硫性能造成影響是難以避免的問題，因此為能夠最大限度的保障鎂渣的實際脫硫效果，還需要確定反應溫度對鎂渣脫硫性能所造成的影響[1]。

通過研究發現，無論在任何反應時間段內，812℃情況下的鎂渣脫硫性能都無法同925℃和1131℃下的鎂渣脫硫性能所相比較。哪怕隨著時間的推移，812℃下的鎂渣鈣轉化率一直呈現為持續增長的態勢。之所以會出現該種現象，主要還是因為隨著溫度的不斷增加，氣體分子的平均動能將會隨著脫硫反應溫度的增加而不斷提升，致使能夠加入到脫硫反應中的活性分子量也在持續增加，進而直接對鎂渣表面的化學反應速度造成影響，最終造成鈣轉化率隨著脫硫反應的反應溫度不斷增加而持續上升現象。

除此之外，通過研究發現，隨著溫度的不斷增加，當達到一定溫度限度內后，脫硫反應的反應溫度所能夠造成的轉化率增幅將會持續降低。之所以會出現該種情況，主要是因為在1131℃時，鎂渣固體表面所產生的燒結作用將會快速加劇，進而造成鎂渣固體表面的孔隙率在持續降低，同樣也會降低鎂渣固體表面同混合氣體間的接觸面積，進而對鎂渣的脫硫反應效率造次實質性的影響。因此，在經過多方面測試總結后發現，當鎂渣脫硫反應的反應溫度在925℃時，其實際脫硫性能最佳，并且該溫度也與鍋爐政策運轉過程中的床溫相對一致，因此將將鎂渣應用與實際煤炭脫硫，對于如今的電廠發電來說有著極為重要的現實意義。

3 鎂渣應用于循環流化床鍋爐脫硫的試驗

3.1 試驗研究對象

在實際試驗過程中，需要先將鎂渣與鎂渣盡可能的進行均勻混合，然后將混合物一同送入到鍋爐內部。為能最大限度的保障研究效果，本次試驗研究所使用的煤種將不會發生變化，并且對于煤種的元素分析情況也要盡可能保證一致性，之后利用煙氣分析儀對鍋爐出口出的SO2含量進行實時監測，然后以此為基礎分析出以鎂渣作為脫硫反應劑時，煤炭的實際脫硫反應效果。另外，在試驗過程中，為能夠模擬在不同燃燒情況下的爐內溫度，本次試驗將會采用812℃、925℃以及1131℃三種溫度來對爐內溫度進行模擬。而在工業化生產狀態下，鍋爐所產生的氣體中CO2和NOx將會在300℃～600℃之間同鎂渣發生較為明顯的化學反應，并在反應過程中發生脫硫反應。不過由于本次試驗所選擇的溫度都在812℃以上，因此兩者與鎂渣之間所發生的硫化反應并不是太明顯。并且在低溫度下，爐內的水蒸氣的存在也將會在一定程度上促進硫化反應的進程，但在812℃以上，該進程卻被極大的削弱。因此為能夠對試驗過程進行有效的簡化，本次試驗過程中并未加入CO、NOx、水蒸氣等在812℃以上反應并不是很明顯的氣體[2]。

表1 試驗所使用煤種元素分析以及工業分析

3.2 試驗結果及其分析論述

3.2.1 SO2濃度對鎂渣脫硫性能的影響

在實際反應過程中，鎂渣的脫硫反應主要是與氣體中的SO2氣體進行反應，該反應也是典型的氣固反應。在反應中，與SO2氣體發生化學反應的的是鎂渣中的CaO成分，并在反應過程中，CaO將會與SO2氣體將會發生表面化學反應控制過程與產物層擴散兩大過程。現如今，眾多專家學者都認為這兩個反應過程都極為快速，并在反應過程中產生CaSO4。然而因為CaSO4的摩爾體積比CaO大，所以在反應過程中，CaO表面和孔隙將逐漸會被覆蓋堵塞，從而對脫硫反應的反應性能進行控制。而隨著SO2氣體濃度的不斷增大，兩者間的脫硫反應速率也將會隨之上升，但反應速率提升的同時CaSO4的生產效率也將會增加，從而CaO表面的覆蓋堵塞現象也將會更加明顯，這對于脫硫反應來說是極為不利的，最終導致隨著SO2氣體的增加，鎂渣的脫硫反應的性能上升的同時，反應速率卻呈現為下降的情況。

3.2.2 O2濃度對鎂渣脫硫性能的影響

在脫硫反應的前10min，O2的濃度對于脫硫反應并不會造成太大的影響，但隨著時間的推移，不同O2濃度下的脫硫反應效果卻出現了較大的差異性，具體體現為隨著O2濃度的不斷提升，鎂渣的實際脫硫性能也將會隨之上升。并且通過試驗發現，隨著O2濃度的不斷上升，SO2與鎂渣反應將會更加徹底，使得反應過程中所產生的反應物CaSO4的量也更少，鈣轉化率也就更高，這是導致鎂渣反應性能得到提升的根本原因所在[3]。

3.2.3 鎂渣量對于脫硫反應性能的影響

通過試驗發現，隨著鍋爐內所加入的鎂渣量的不斷增加，鎂渣的實際脫硫性能也將會隨之上升。當然，無論是任何脫硫劑的使用都是有著一定限度的，若是鎂渣應用于循環流化床鍋爐脫硫中的鎂渣量過大，那么將將會造成大量的不完善反應情況，從而使得鎂渣產生大量的附加灰渣，這種情況在實際鍋爐運轉過程中，不僅會造成發電過程中的熱損失，增加發電成本，還會加劇鍋爐爐膛內部的實際磨損問題，從而為鍋爐留下安全隱患，對于后期的運行與管理都有著不利影響[4]。因此在鎂渣應用于循環流化床鍋爐脫硫的時候，相關人員需要結合煤炭的實際元素狀況來進行鎂渣的使用量計算，進而讓所有鎂渣都能夠充分進行反應的同時，還能夠達到最大化的脫硫效果，最終降低發電成本。

4 結論

（1）但鎂渣作為脫硫劑進行使用的時候，鍋爐中最適宜的脫硫反應溫度為925℃，該溫度與鍋爐正常運行穩定保持一致。

（2）在脫硫反應過程中，O2氣體和SO2氣體對于鎂渣脫硫性能所造成的影響最為明顯，并且隨著O2和SO2濃度的不斷增加，鎂渣的實際脫硫性能也將會隨之上升。

（3）鎂渣應用于循環流化床鍋爐脫硫以后，有著成本低，效率高、還能夠實現廢物利用、保護環境等優點，因此在如今的煤炭脫硫中應對該方面內容進行進一步的研究發展，從而促進該技術的工業化發展，提高脫硫效率，促進發電企業的發展。