基本信息
- 项目名称：
- 粉煤灰的火山灰特性应用于脱硫的实验研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本实验取循环流化床粉煤灰为主要原料，首先测定并分析粉煤灰的物理化学特性，通过粉煤灰与钙基吸收剂水合活化反应的正交实验和单因素实验以及物理激发和化学激发作用的单因素实验，找到高钙灰与钙基吸收剂水热化合制备脱硫剂的最佳制备条件，研究各因素对产物特性的影响，并找出最优水合活化条件；将最优化条件下制备的脱硫剂用于脱硫模拟实验，研究各脱硫因素对脱硫率和钙利用率等的影响。
- 详细介绍：
- 我们通过分析国内外的脱硫现状，旨在找到一种粉煤灰资源化的有效途径——将其用于脱硫。本实验取循环流化床粉煤灰为主要原料，首先测定并分析粉煤灰的物理化学特性，通过粉煤灰与钙基吸收剂水合活化反应的正交实验和单因素实验以及物理激发和化学激发作用的单因素实验，找到高钙灰与钙基吸收剂水热化合制备脱硫剂的最佳制备条件，研究各因素对产物特性的影响，并找出最优水合活化条件；将最优化条件下制备的脱硫剂用于脱硫模拟实验，研究各脱硫因素对脱硫率和钙利用率等的影响。皆为高钙灰脱硫剂的工业化生产提供依据。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 作品目的：本研究针对目前高钙灰的排放量增大和资源化利用率较小的现状，旨在找到一种高钙灰资源化利用的途径。 基本思路：取循环流化床粉煤灰为主要原料，首先测定并分析粉煤灰的物理化学特性，通过实验，找到高钙灰与钙基吸收剂水热化合制备脱硫剂的最佳制备条件，研究各因素对产物特性的影响，并找出最优水合活化条件；将最优化条件下制备的脱硫剂用于脱硫模拟实验，研究各脱硫因素对脱硫率和钙利用率等的影响。
科学性、先进性及独特之处
- 作品的科学性：粉煤灰的活性物质SiO2和Al2O3在有钙基吸收剂存在的条件下发生火山灰反应生成以水化硅酸钙、水化硅铝酸钙为主的一系列水化产物，增大比表面积，促进气、固扩散，并具有高持水性能，可以保持钙基吸收剂表面湿润，这些都对SO2的吸收大为有利。作品的先进性及独特之处：将粉煤灰用于脱硫既可以节约能源，又可以消除粉煤灰和二氧化硫两大污染。为脱硫剂制备提供方向；为工业化应用提供参考。
应用价值和现实意义
- 我们研究的高效“干法/半干法脱硫粉煤灰脱硫剂”能更好的运用到工业脱硫工程领域中，可大量减少排放的废水量，不易造成二次污染；占地面积小，投资与运行维护费用低；避免了脱硫装置的腐蚀等一些设备损坏问题。其次，降低了小型以及老型燃煤电厂技术设备的改进程度，从而减低了其改造成本。粉煤灰脱硫剂的研发成功，可以广泛运用于烟气治理领域。
学术论文摘要
- 本文取循环流化床粉煤灰为主要原料，首先测定并分析粉煤灰的物理化学特性，通过对粉煤灰的物理激发、化学激发和添加激发剂的实验，研究各激发因素对产物特性的影响。对比结果表明，当反应温度为90℃，反应时间为12 h，灰钙比为5，水固比为15时粉煤灰的活性提高最大，比表面积为64.16 m2/g，当Na2SiO3•9H2O的加入量与Ca(OH)2质量之比为1.5时，粉煤灰比表面积增大到122.84317 m2/g。说明Na2SiO3•9H2O为最好的激发剂。最后结合粉煤灰物理改性利用和化学改性利用的优点将粉煤灰激发后用于烟气模拟脱硫实验。实验结果表明：在自制的固定床脱硫模拟装置中，当气体流量为0.1 m3/h，SO2初始浓度为2000 mg/m3，进气温度为60℃，各类型脱硫剂采用蒸汽增湿20%，烟气不增湿，Ca/S为1.3时，制备的粉煤灰脱硫剂对SO2的吸附性能优于市售一级活性炭，脱硫效果显著，具有工程应用前景，为企业烟气脱硫提供了理论依据。
获奖情况
- 该作品于2011年4月被福建工程学院推荐为第十届“挑战杯”福建省大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品。
鉴定结果
- 本作品是粉煤灰脱硫实验研究小组在指导老师的指导下撰写的。除了文中特别加以标注的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。
参考文献
- [1] 赵毅，马双忱，李燕中，等. 利用粉煤灰吸收剂对烟气脱硫脱氮的实验研究. 中国电机工程学报，2002，22(3):108-112. [2] 旁亚军，施学贵，徐旭常. 掺加粉煤灰提高含钙脱硫剂的烟气脱硫率的实验研究.工程热物理学报，1992，13(4):443-447. [3] 旁亚军，徐旭常. 钙基脱硫剂掺加粉煤灰在450℃～850℃下的脱硫研究. 热能动力工程，1999，80(14):86-88. [4] 陆永琪. 提高钙基吸着剂脱硫活性的实验研究. 环境工程，1998，16(5):30-33. [5] 姚瑶，高翔，宋蔷. 制备过程中水合时间对脱硫剂性能影响的实验研究. 南昌大学学报，2002，24(3):91-93. [6] 韩怀强，蒋挺大. 粉煤灰利用技术. 北京：化学工业出版社，2001. [7] Shiyuan Huang. Hydration of fly ash cement and microstructure of fly ash cement pastes. CBI Research，1981，2:81-87. [8] 王智，郑洪伟，钱觉时. 硫酸盐对粉煤灰活性激发的比较. 粉煤灰综合利用，1999，3:15-18. [9] 王福元，吴正严. 粉煤灰利用手册. 北京：中国电力出版社，1997.
同类课题研究水平概述
- 国外：国外的学者从80年代起就对粉煤灰用于干法/半干法烟气脱硫进行了理论的研究并同时投入工业应用中。1986年W.Jozewice和Ueno都曾从实验中得出在半干法脱硫剂中加入粉煤灰可以显著提高吸收剂的活性。日本北海道电力公司1985年起研究利用粉煤灰掺加石灰作为脱硫剂的干式烟气脱硫技术，同时成功进行了5000Nm3/h规模的工业试验，并称之为LILAC工艺；美国称同样的工艺为ADVACATE工艺，1982年ADVACATE在小型砂床反应器上进行试验，1992年在10Mwe工业机组上试验获得98%的脱硫率。F.Montagnaro等人研究利用水蒸气激活粉煤灰，结果表明在8500C下激活20min可获得较高的孔隙率和脱硫率。 国内：我国的赵毅、庞亚军、陆永琪、姚瑶等人都曾对此进行过研究。 庞亚军等人曾利用钙基吸收剂（CaO和Ca(OH)2）与粉煤灰1:1混合分别以入塔前混合与入塔后混合两种不同的方式送入干式脱硫塔，结果表明钙基吸收剂和粉煤灰分别送入塔中同提前混合相比，虽然前者作用有所下降，但是二者一样可以提高钙基吸收剂的脱硫率和钙利用率。 我国的高翔等人也曾研究了各种添加剂对钙基吸收剂脱硫速度的影响，结果表明直接加入添加剂可以将反应速度提高3.63～6.5倍，Fe2O3和ZnO的促进作用最为明显。这说明Fe2O3的催化作用与其和反应物的接触几率、Fe2O3的比例大致呈正比关系。 周屈兰等人将高钙灰直接用于烟气干法脱硫，得到的脱硫结果并不理想。这说明粉煤灰直接利用时Fe2O3的催化作用并不明显，一方面是由于粉煤灰中Fe2O3的数量有限，另一方面Fe等金属离子并没有溶出以自由状态存在；另外，粉煤灰用于烟气脱硫时对SO2的吸收应该是物理吸收和化学吸收相结合的过程，高钙灰中的主要活性物质是 ，虽然高钙灰中CaO成分较高，但 份量有限，因而与SO2接触反应有限。当SO2被粉煤灰的多孔结构物理吸收以后，不能及时得到化学反应，反而会发生脱附现象。 杨新飞对有CaSO4存在下粉煤灰与钙基吸收剂水合特性进行研究后认为CaSO4有利于水合物比表面积的提高。
