城市固体废弃物焚烧飞灰碳酸化的实验研究

在不同反应时间和反应温度条件下对城市固体废物焚烧(MSWI)飞灰进行碳酸化处理。利用XRD、SEM、热重、ICP-MS对碳酸化产物进行分析,同时对碳酸化产物中重金属的浸出特性进行评价。实验结果表明,碳酸化之后,飞灰中的Ca(OH)_2和CaClOH消失,CaCO_3增加;增加反应时间,飞灰碳酸化程度加强;反应温度从30℃升高到90℃,飞灰CO_2的吸收量增加迅速,继续升高温度,CO_2吸收量增加趋缓,固碳量由33 L/kg增加到48 L/kg。MSWI飞灰碳酸化后,重金属Pb的浸出浓度由8425μg/L下降到大约1μg/L,Cr的浸出浓度由284μg/L下降到60μg/L,Zn、Co、Ni、Cu和As的浸出量也有不同程度降低。     

氧/燃料燃烧条件下高钙煤灰的碳酸盐化研究

利用水平管式炉对两种高钙煤灰在氧/燃料燃烧条件下的碳酸盐化特性进行了研究,重点探究了H_2O和SO_2浓度对煤灰碳酸盐化反应的影响规律,并利用HSC Chemistry对实验现象进行了合理解释。研究结果表明,在无SO_2的情况下,H_2O的存在促进了煤灰的碳酸盐化反应,且碳酸盐化程度随H_2O浓度的增大而增大;在相同H_2O浓度下,SO_2的加入对煤灰的碳酸盐化反应具有强烈抑制作用,且H_2O浓度越高,这种抑制作用越明显;同时,SO_2存在条件下,煤灰中Ca的反应程度明显降低。     

富氧燃烧烟气压缩脱硫脱硝的实验研究

富氧燃烧技术是实现CO_2捕获的重要方式,研究表明其特有的烟气压缩纯化过程可实现NO_x、SO_2的协同脱除。本文在可在线监测的加压实验台架上开展实验,探讨了干态和湿态条件下影响NO_x、SO_2脱除的因素及二者间相互影响关系。结果表明,加压有助于NO转化为NO_2,干态下高浓度SO_2会抑制此过程。湿态下加压会促进NO_x和SO_2转变为硝酸和硫酸,NO_x的脱除率与系统压力和初始NO浓度成正比,SO_2的存在一定程度上会抑制NO_x的脱除,但NO的存在则对SO_2的脱除有益。     

TiO_2对Na_2CO_3/Al_2O_3吸收剂流化床反应特性的影响

碱金属基吸收剂干法脱除燃煤烟气CO_2技术日益受到学术界的关注,其中钠基吸收剂廉价易得、经济性好,但碳酸化反应活性低。本文将Na_2CO_3负载于活性氧化铝并掺杂TiO_2改性,利用CO_2吸收/解吸流化床试验装置、XRD、SEM和氮吸附仪研究钠基二氧化碳吸收剂的流化床反应特性。结果表明:TiO_2对Na_2CZO_3/Al_O_3在流化床中的碳酸化反应特性提升明显,反应时间缩短、反应速度提高、CO_2吸收量增加;碳酸化反应产物为NaHCO_3和Na_5H_3(CO_3)_4;TiO_2对再生反应影响甚微;且TiO_2在反应前后性状稳定,无副产物生成。尽管如此,TiO_2的掺杂量应控制在一定的范围内以避免吸收剂微观结构恶化而阻碍反应。     

氯化钾异相硫化机理的试验研究

生物质燃烧释放的碱金属氯化物蒸气会在受热面上冷凝,并在烟气中SO_2/O_2/水蒸汽等共同作用下发生异相硫化反应,从而影响碱金属对受热面的腐蚀。本文利用固定床反应器研究了反应温度、停留时间、氯化物及SO_2/O_2/H_2O等浓度等对固相KCl硫化的影响,实验结果表明:KCl非均相硫化的主要产物是K_2SO_4,在O_2和H_2O较低是KCl异相硫化较慢,KCl异相硫化速率随SO_2/O_2和H_2O浓度增大而提高,随停留时间的延长呈线性递增,并随反应温度的升高呈指数关系升高。     

飞灰-硅酸锂吸收剂捕获CO_2的实验研究

以飞灰,碳酸锂为反应原料,通过高温固相反应,添加不同比例的碳酸钾,合成出一系列可在高温下吸收CO_2的飞灰-硅酸锂新型吸收剂。用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线粉末衍射仪(XRD)对材料的表面形貌和结构特征进行表征,并用热重分析仪(TG)研究了硅酸锂材料吸收CO_2的特性以及固定床来测试捕获CO_2的循环性能。实验结果表明,通过适量K元素的掺杂,飞灰-硅酸锂材料在吸收速率、容量和循环性能上都取得较好的效果,使综合利用飞灰合成硅酸锂材料捕获CO_2成为一种可行的方法。     

复合胺砜溶液对SO_2/CO_2/NO_x吸收工艺的实验研究

本文在微型鼓泡床实验系统中选用N-甲基二乙醇胺和二甲基亚砜的复合胺砜溶液,对SO_2、CO_2和NO_x进行同时脱除。在前期研究已取得最佳溶液配比的基础上,进一步研究烟气流量、反应温度以及溶液pH值对各组分脱除率的影响规律;综合分析得200 ml的复合溶液对流量为1 L/min的烟气的综合脱除效果最好,最佳的系统反应温度为40℃;而溶液pH随反应进行而降低,溶液初始pH值越高则对气体组分的吸收效果越好。     

氧/燃料燃烧条件下方解石的转化行为

将45~63μm和90~150μm的方解石矿物在空气与氧/燃料条件下进行沉降炉实验,研究了燃烧气氛、颗粒粒径以及SO_2对方解石转化行为的影响。研究表明:方解石颗粒在氧/燃料燃烧条件下发生破碎,气氛中CO_2浓度越高,方解石的破碎越弱;方解石样品粒径越大,破碎越明显。气氛中CO_2的浓度越高,CaCO_3的分解越弱,90~150μm的方解石分解程度大于45~63μm的方解石。气氛中存在体积分数为0.3%的SO_2时,氧/燃料燃烧条件下CaSO_4的生成量大于空气燃烧气氛,SO_2的存在促进CaCO_3的转化。     

加压富氧燃烧下SO_3生成特性的动力学机理研究

加压富氧燃烧技术由于受燃烧压力和烟气再循环富集SO_2的影响,烟气中SO_3的形成存在加剧的风险。本文通过详细化学反应机理和热力学平衡计算,对0.1~2.5 MPa范围内加压富氧燃烧条件下一些关键因素对SO_3形成的影响进行分析。研究结果表明;加压燃烧显著缩短2SO_2+O_2→2SO_3总包反应体系达到平衡的时间,并促进了SO_3的生成量,压力从0.1 MPa.提高到1.5MPa,对应的SO_3浓度升高到4倍,酸露点温度升高71℃。在高温火焰区(T≥1473K),0.1~2.5 MPa压力范围下,反应体系的平衡时间在1~100 mS的量级,SO_3的生成率在0~6.5%;而在后火焰区(T≤1273 K),反应速率较慢,反应体系的平衡时间在1~1000 s的数量级。通过对火焰区SO_3生成特性的热力学平衡评估发现SO_3的生成量分别与SO_2和O_2的浓度呈1和0.5次方的关系。     

利用钙基吸收剂连续分离烟气中CO_2的双流化床实验研究

钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法(CCRs)是捕集燃煤电厂烟气中CO_2的一种潜在技术。利用双流化床反应器实现连续高效捕集烟气中的CO_2是此技术应用到实际的关键。本文利用天然白云石,采用双鼓泡流化床反应器,连续捕集烟气中的CO_2。试验结果表明,所采用的双流化床反应器可以实现两个反应器之间物料连续稳定地交换,并长时间连续高效捕集烟气中的CO_2,捕集效率超过90%。     

富氧燃烧条件下煤焦的燃尽特性

本文利用平面火焰携带流反应器研究了DT烟煤在富氧燃烧条件下的燃烧实验。采用灰示踪法分析煤焦的燃尽和元素释放特性,并采用等密度模型计算了基于氧化反应C+0.5O_2→CO的表观反应动力学参数。研究结果表明;煤粉在富氧燃烧条件下的燃尽慢于空气燃烧;富氧燃烧条件下,煤焦与CO_2的气化反应会导致煤焦表面对O的化学吸附,进而导致氧元素释放速率减慢;高氧浓度条件下,高浓度CO_2对煤焦燃尽的抑制作用大于CO_2气化反应对煤焦燃尽的促进作用,降低环境氧浓度可以逐步提高CO_2气化反应对煤焦燃尽的贡献。     

刚玉床料对高钠煤循环流化床气化中钠迁移转化的影响

选择刚玉作为床料,利用循环流化床对天池木垒煤进行了气化实验研究,研究了刚玉对失流的抑制作用、矿物元素在不同粒径颗粒中分布以及煤中Na经过气化反应后的迁移转化规律。研究结果表明,以刚玉作为床料会降低底渣表面包覆层黏性,避免颗粒聚团导致失流;在刚玉诱导下,煤中Al、Si、Ca、Fe、Na和Mg等绝大多数矿物质元素在底渣和循环灰中富集,并导致物料粒径不断增大;935℃床温下(以刚玉为床料),天池木垒煤中Na在底渣、飞灰和煤气中的分布率分别为39.6%、45.4%和15%,相对于以石英砂为床料的情形,刚玉有效抑制了Na的挥发,降低了尾部沾污发生的机率;在刚玉作用下,固留在底渣中的Na主要以NaAl_(11)17、NaAlSi_2O_6和NaAlSi_3O_8等形式存在,并且刚玉与煤中矿物质元素反应生成的物质具有较高的熔点,避免低温共熔现象发生。     

SO_2与过渡金属离子在Soot上的非均相反应

应用FTIR-ATR研究了过渡金属离子与SO_2在Soot颗粒物表面的非均相反应,研究了在不同相对湿度(RH)环境且有Fe~(3+)和Mn2+存在条件下,SO_2在Soot颗粒表面发生的非均相反应过程。发现Fe~(3+)和Mn2+对于SO_2的非均相氧化反应有着显著的催化效应,并且随着RH的增加,硫酸盐的生成速率逐渐增大。该研究加深了对SO_2的迁移转化规律及其致霾效应的理解。     

非水醇胺溶液吸收CO_2的微观分析

工业生产中排放的大量CO_2引起了环境问题,使得从烟气中捕集CO_2成为研究热点。传统的醇胺水溶液吸收方法吸收效率高,但再生能耗高。非水醇胺溶液不仅具有较高的吸收性能,同时再生能耗也低。本文采用从头算法中的密度泛函理论研究分析了单乙醇胺(MEA)与CO_2分子在水和甲醇不同溶剂化效应下的化学反应过程。结果表明,在溶剂不参与反应的条件下,不同的溶剂化作用对化学反应路径影响较小,但相应基元反应的能量变化略有不同。与水相比,在甲醇的溶剂化作用下反应的内禀反应坐标能垒较低,CO_2分子更易被MEA吸收解吸。     

烟气脱硫渣-Mn3O4混合氧载体与煤反应特性研究

基于TG-FTIR联用技术,结合SEM-EDX、XRD和XPS等表征手段,深入研究了煤与烟气脱硫渣制备的CaSO_4-Mn_3O_4混合氧载体的反应特性,重点关注Mn_3O_4对CaSO_4反应活性的提升及其对CaSO_4副反应过程气相硫释放的抑制,发现CaSO_4-Mn_3O_4氧载体与煤反应时,通过独特的氧传递特性和利用途径,不仅实现了 CaSO_4中晶格氧的充分利用、促进煤的高效转化和CO_2的有效捕集,还能够抑制并定向脱除CaSO_4副反应释放的SO_2。最后,热力学模拟发现,在优化反应条件下,SO_2的排放比例不高于1%,相比于不加Mn_3O_4时的2.4%,在抑制和捕集SO_2方面具有显著提高。     

WFGD系统中pH对Hg~(2+)还原释放机理的实验研究

湿法脱硫系统对燃煤电站烟气中的Hg~(2+)具有良好的脱除作用,但Hg~(2+)在脱硫系统内会被还原变为Hg~0再次释放,造成汞的二次污染。本文系统研究了不同pH值条件下,温度、SO_3~(2-)浓度以及O_2浓度对Hg~(2+)的还原再释放的影响。实验结果表明:相同pH值条件下,温度的升高会极大地促进Hg~(2+)的还原释放,溶液中SO_3~(2-)离子浓度的增大会与Hg~(2+)反应生成Hg(SO_3)_2~(2-)从而抑制了Hg~(2+)的还原;pH降低会造成配合物HgSO_3的质子化,促进Hg~0的再释放。O_2的存在会破坏Hg(SO_3)_2~(2-)的稳定性,并且O_2浓度越高这种破坏作用越明显,从而增强Hg~(2+)的还原再释放。同时,在较高pH值环境下,溶液中SO_4~(2-)含量较高进而抑制Hg~(2+)的释放。     

CO2矿物碳酸化隔离的理论研究

矿物碳酸化是一种很有潜力的CO2地质隔离储存技术.在缺乏反应动力学参数的条件下,矿物碳酸化理论及热力学分析有助于了解CO2矿物碳酸化反应进程并确定反应发生的温度与压力区间.本文从热力学角度研究结果表明,CO2可以与部分硅酸盐矿物进行碳酸化反应得到碳酸盐和二氧化硅.相对于干法碳酸化,湿法碳酸化具有高反应速率和低能耗等优点.硅酸盐矿石的溶解与溶液中的HCO3-浓度有关,反应开始前溶液中加入一定量的碳酸氢盐能够促进硅酸盐矿石的溶解.CO2矿物化隔离,硅灰石优于蛇纹石,蛇纹石优于镁橄榄石.在温度低于500K及较高的反应压力范围内,CO2矿物碳酸化具有商业化应用潜力.     

利用甲醇氧化烟气中NO的实验研究

对利用甲醇氧化烟气中NO的反应开展了系统的实验研究。研究了反应时间、反应温度、甲醇用量比例、烟气中O2、SO2及夹带的固体颗粒对NO氧化率的影响。结果表明,在一定的条件下,甲醇能够氧化烟气中的NO;NO氧化率受反应时间和反应温度的综合影响,随着反应时间的增加,有效反应温度区域向低温方向移动,最大NO氧化率降低;随着甲醇用量比例的增加, NO氧化率增加;O2浓度增加可促进NO氧化;烟气中的SO2对反应有催化作用,可显著提高NO氧化率;烟气中固体颗粒的存在阻碍了自由基反应的进行,显著降低了NO的氧化率。     

O_2/CO_2气氛下CH_4再燃还原NO的实验研究

在自行设计的实验装置上研究了CH4再燃还原NO的特性。研究结果表明,最佳再燃温度约为1000℃,再燃区最佳停留时间在0.4～0.6 s之间,随着平衡比的增大脱硝率最高可达90%以上,烟气中NO浓度越大再燃脱硝率越高,而SO_2存在对NO的还原有不利影响。总体表明,相同条件下O_2/CO_2气氛比常规空气气氛更有利于再燃脱硝。     

垃圾焚烧飞灰中砷的赋存形态研究

为实现垃圾焚烧过程中砷的释放控制,本文采集了六个地区两种炉型垃圾焚烧电厂的飞灰,通过分析飞灰中砷的赋存形态,阐释了垃圾焚烧过程中砷的迁移转化机理。结果表明,飞灰中砷总量存在一定的地域性差异,且炉排炉飞灰中砷含量高于流化床飞灰。飞灰中的As(Ⅲ)极少(0.34%~9.56%),大部分砷在高温焚烧过程中与Ca、Fe、Al等元素化合物发生交互反应以As(Ⅴ)存在于飞灰中,此外,少量砷被硅铝酸盐固化在飞灰基质中.