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脫硫劑質量增加率與NO影響因子為典型的TGA實驗曲線圖,反應溫度為400℃,煙氣條件為7.143gm-3SO2,0.536gm-3NO和71.429gm-3O2。脫硫反應起始點的脫硫劑質量為m0,脫硫反應開始10min內脫硫劑的質量增加速率達到最大,隨后脫硫劑的質量增加速率下降,反應至20min后質量增加率明顯減緩,直至60min后反應終止,此時的質量為m∞。
典型的TGA實驗曲線用脫硫劑質量增加率和NO影響因子來分析NO對脫硫反應的影響。脫硫劑的質量增加率為=(m∞-m0)/m0×100%,(1)式中代0min內脫硫劑經過脫硫反應后的質量相對增加,反映了脫硫劑在反應過程中參與脫硫反應的程度及脫硫能力,的變化說明了NO對脫硫反應進行程度的影響。NO影響因子定義為=(-0)/0×100%.
(2)式中:0為無NO存在時脫硫劑的質量增加率,為同一溫度條件下NO存在時脫硫劑的質量增加率。為NO存在時脫硫劑質量增加率相對無NO時脫硫劑質量增加率的變化百分比,代表不同溫度下NO對脫硫劑相對促進作用。NO影響因子越大,說明NO對脫硫反應的促進作用越明顯。
NO濃度和溫度對脫硫反應的影響本文利用TGA對7.143gm-3SO2和71.429gm-3O2煙氣條件下不同反應溫度和NO濃度對脫硫反應的影響進行實驗研究。脫硫劑質量增加率的實驗結果如所示,NO影響因子隨NO濃度和溫度的變化如所示。如2所示,NO濃度變化影響脫硫反應。
250~500℃時煙氣中加入NO與O2后,脫硫劑質量增加率相對煙氣中不含NO的脫硫劑質量增加率明顯增大。在同一溫度下,隨模擬煙氣中NO濃度升高而遞增,表明NO對干法脫硫反應有促進作用。
NO影響因子在NO濃度0.536~2.009gm-3范圍內隨NO濃度的提高而遞增,當NO濃度進一步提高到2.009~3.348gm-3時,隨之提高但遞增速率減小。NO對脫硫反應的影響還受反應溫度的影響。煙氣中無NO時隨溫度的升高而增大;煙氣中存在NO時隨溫度升高而遞增,并不隨反應溫度的升高單調遞增,而是存在最佳NO促進脫硫反應的溫度。如所示NO對脫硫反應的促進作用在300℃時最佳,溫度越高NO對脫硫反應的促進作用越小。
溫度和NO濃度對脫硫反應的影響說明NO促進了脫硫反應的進行。不同溫度下不同濃度NO對脫硫反應的促進效果的差別說明NO參與了干法脫硫反應,NO可能改變了脫硫反應的途徑,從而導致脫硫反應機理發生了改變。
脫硫產物FTIR分析本文采用FTIR對脫硫產物進行了成分分析。典型的脫硫產物FTIR分析如示。350℃,(SO2)=7.143gm-3時脫硫產物的FTIR分析反應溫度為350℃,模擬煙氣濃度為7.143gm-3SO2、7.143gm-3SO2+2.009gm-3NO+71.429gm-3O2兩種。a中,當煙氣中無NO存在時,脫硫產物主要為特征頻率為900~950cm-1的CaSO3<6>;煙氣中加入NO時產物中出現了特征頻率為1075~1200cm-1的CaSO4,如b所示。
實驗結果表明NO的存在促進了CaSO4的生成,改善了脫硫產物的成分。其余實驗條件下的FTIR分析結果與類似,FTIR分析還表明隨著產物中硫化物(CaSO3和CaSO4)比例的提高,CaO的比例逐漸下降,NO存在使得脫硫劑的鈣利用率得到了提高。對產物的FTIR分析未發現含氮化合物。
脫硫產物SEM分析通過對脫硫產物的表面形態的SEM分析,可以觀察脫硫劑在反應后的不同形態,分析其產物形成過程。是典型的脫硫產物掃描電鏡照片,其中a與b分別是與7.143gm-3SO2、7.143gm-3SO2+2.009gm-3NO+71.429gm-3O2兩種混合1氣反應后的脫硫劑掃描電鏡照片。
350℃(SO2)=7.143gm-3時脫硫產物的SEM分析如a所示,與SO2反應后脫硫劑顆粒表面有少量大小約為1~3m向外類似蘑菇狀突起的“毛刺”,而且還存在未反應的致密表面。煙氣中加入NO后,脫硫產物的表面如b所示變得明顯粗糙,不再有如a中的未反應表面,在脫硫劑表面生長出的突起小顆粒和小顆粒聚積數量增多,在空間上向外擴展,覆蓋了脫硫劑表面。a和b中生成的小顆粒可能分別對應中的CaSO3與CaSO3/CaSO4。
FTIR和SEM對脫硫劑的分析結果與TGA實驗結果表明NO的存在能夠促進脫硫反應的進行。
無NO時的脫硫劑表面未反應致密表面在加入NO2后完全被產物小顆粒覆蓋,說明NO的存在可能增多了CaO表面的活性位,使未反應致密表面變為活性表面;加入NO后增加了脫硫劑表面的小顆粒突起與聚集,同時生成了CaSO4,說明NO可能改變了干法脫硫反應的途徑。兩種因素的共同作用促進了脫硫反應的進行。
利用TGA對250~500℃條件下NO影響干法脫硫反應開展了實驗研究,結果表明:
1)250~500℃時NO對干法脫硫反應有促進作用,此促進作用受溫度和NO濃度的影響。脫硫劑的質量增加率隨NO濃度和反應溫度的升高而遞增。同一反應溫度下,NO影響因子隨NO濃度的提高而遞增,在2.009~3.348gm-3NO時達到最大;之后隨溫度的升高而增大,在300℃時達到最大,之后隨著溫度升高而遞減,500℃時最低。NO對脫硫反應的促進作用最佳溫度為300℃,最佳濃度為2.009~3.348gm-3。
2)脫硫產物的FTIR分析結果表明,煙氣中僅含SO2時的脫硫產物主要為CaSO3,NO可能通過改變脫硫反應途徑促進CaSO4的生成,改善了脫硫產物的品質。SEM分析結果顯示NO可能增加了脫硫反應活性位。兩種因素共同作用促進了干法脫硫反應的進行。FTIR和SEM分析結果與TGA實驗結果一致。
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