火电厂脱硫渣氧载体在煤化学链燃烧中的性能研究
发布时间：2021-10-17 02:10
煤燃烧会产生大量污染物如NOx、SOx及大量温室气体CO2;其中,NOx和SOx是主要的大气污染物,CO2是引发温室效应、全球变暖的主要原因。因此,实现煤燃烧过程中CO2等气体的减排刻不容缓。化学链燃烧技术作为一种新型燃烧技术,具有高效清洁燃烧,抑制NOx产生及CO2的高效低成本捕集的特点,成为了重点研究对象。低成本、高反应活性的氧载体是煤化学链燃烧技术工业化推广应用的前提和基础。而脱硫渣作为火电厂对燃料燃烧产生的烟气进行脱硫、净化产生的工业固废,年产量巨大,其主要成分为CaSO4,作为氧载体用于煤化学链燃烧过程中,具有氧容量大、资源广泛、价格低廉等诸多优点。因此,探索脱硫渣提纯技术并实现脱硫渣在煤化学链燃烧中的资源化、高效利用,具有显著的发展潜力和应用价值。本文首先收集电厂湿法烟气脱硫渣、对其进行提纯处理作为脱硫渣氧载体,并以提纯处理的脱硫渣作为模板基质,采用模板-溶胶凝胶燃烧复合合成法制备了高性能的脱硫渣混合氧载体;进一步,在固定床上对脱硫渣氧载体及改性的脱硫渣混合氧载体的燃烧特性和副反应硫的演化特性,进行了详细的实验研究,从而实现煤燃烧过程CO2的减排、气相硫的定向原位捕集和脱硫...
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球与能源有关的CO2排放量Figure1-1Globalenergy-relatedCO2emissions
华北水利水电大学硕士学位论文2其是围绕以煤为燃料燃烧过程中的CO2减排技术，变得十分关键。1.2CO2捕集技术二氧化碳的捕集和封存技术是指：采用各种技术将电厂发电过程中排放的CO2封存起来。它被认为是未来最有效实现CO2减排的的方法[5]。最为典型的是化学链燃烧技术(CLC)。如图1-2为CO2捕集工艺流程。当前，CO2捕集技术可分为3种[6]，燃烧前捕集技术、富氧燃烧技术、燃烧后捕集技术。燃烧前捕集技术是指：在气化器中将燃料和空气/O2/H2O进行混合反应，接着在CO转化器中将合成气转化为CO2和H2，最后将CO2进行分离回收，H2作为清洁燃料进行燃烧。该技术的劣势在于CO2的分离需要消耗大量的能量，发电的效率、技术上和可靠性上有待进一步突破；优势为提高能源利用率上效果显著。燃烧后捕集技术是指：采用物理或化学方法对燃烧后的烟气进行处理，将分离出的高浓度CO2进行封存。该技术的优点为对于发电厂CO2捕集的适应性高；缺点为CO2的分离和转化所需的介质和装备会耗费大量的金钱、大大增加发电的成本。富氧燃烧技术是指：首先针对空气进行处理获得高纯O2，使燃料在高纯O2下进行燃烧，最后得到主要成分是水蒸气和CO2的烟气，经过冷凝操作，便可捕获高纯的CO2。该技术优点是CO2捕集率很高，接近100%；缺点是燃烧气氛中所用高纯O2的获得需要耗费大量能量，大大增加了整个燃烧成本。图1-2CO2捕集工艺流程Figure1-2CO2captureprocess
1绪论31.3化学链燃烧技术1.3.1化学链燃烧技术简介化学链是指通过化学介质，把特定的化学反应分为多个步骤反应的过程。将这些多个步骤的反应，整合到一个总体能量损失小且反应产物容易分离的反应系统中，使整个反应过程变得效率高、经济实惠。化学链根据最终目的不同，可分为两类[7]；第一类是以燃烧为目的的化学链过程；第二类是获取CO、H2、CH4等气体燃料的化学链过程。在第一类化学链中，较为典型的是化学链燃烧，它是一种新型CO2捕集技术。下面以钙基化学链燃烧为列详细介绍反应的机理，图1-3为钙基化学链燃烧机理图。（1）还原反应阶段：CaSO4氧载体与煤发生还原反应，将煤中的C、H元素大部分转化为CO2和水蒸气，实现煤的高效转化和清洁燃烧；并将CaSO4转化为CaS传递到空气反应器中。煤的化学分子式简化为CxHy，二者的反应机理如下：CxHy+(x/2+y/8)CaSO4→(x/2+y/8)CaS+xCO2(g)+y/2H2O(g)（1.1）（2）氧化反应阶段：还原产物CaS在空气反应器中发生氧化反应转化为CaSO4，再传递到燃料反应器中，如此，进行循环反应：CaS+2O2→CaSO4（1.2）图1-3化学链燃烧机理Figure1-3Chemicalloopingcombustionmechanism以煤为燃料的化学链燃烧技术简称“煤化学链燃烧技术”。其优点为：（1）实现煤的高效转化和清洁燃烧；（2）燃料燃烧过程中CO2高效低成本在线捕集；（3）实现了能量的梯级利用、提高整个系统的能量利用率；（4）整个系统反应温度不高于1000℃且空气与煤不直接接触，可以有效抑制煤燃烧过程中NOx的排放。1.3.2化学链燃烧氧载体的研究进展1.3.2.1氧载体的分类氧载体在化学链燃烧反应中起到重要作用，是化学链燃烧技术研究的核心之一。根
【参考文献】：
期刊论文
[1]高铝耐火砖负载NiO氧载体的沼气化学链重整制氢流化床实验研究[J]. 梅道锋,赵海波,晏水平,王琳,狄雪婷. 中国电机工程学报. 2019(24)
[2]我国不同区域隐含碳排放流动研究[J]. 黄会平,赵荣钦,韩宇平. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]煤的结构对化学链燃烧系统反应性能的影响[J]. 张帅,肖睿. 中国电机工程学报. 2019(18)
[4]CuFe2O4载氧体的释氧特性及其对煤化学链气化的影响[J]. 张将,沈来宏,冯璇,王璐璐. 燃烧科学与技术. 2019(03)
[5]发泡脱硫石膏的制备与性能研究[J]. 赵媛媛,郑柏存,邓最亮,郭亚楠. 新型建筑材料. 2019(05)
[6]高硫石油焦化学链燃烧特性及硫的转化[J]. 王璐璐,冯璇,沈来宏. 东南大学学报(自然科学版). 2019(02)
[7]化学链干重整联合制氢热力学分析及实验[J]. 朱珉,陈时熠,李蒙,宋业恒,张磊,向文国. 化工学报. 2019(06)
[8]高钠煤化学链燃烧特性及煤焦气化反应动力学研究[J]. 闫景春,沈来宏,蒋守席,葛晖骏. 化工学报. 2019(05)
[9]基于CoFe2O4载氧体的生物质化学链气化反应特性[J]. 王旭锋,刘晶,刘丰,杨应举. 化工学报. 2019(04)
[10]50 kWth双循环流化床煤化学链燃烧系统[J]. 陈曦,马琎晨,赵海波. 工程热物理学报. 2018(09)
博士论文
[1]大气二氧化碳、全球变暖、海洋酸化与海洋碳循环相互作用的模拟研究[D]. 张含.浙江大学 2018
[2]基于流态化系统化学链反应机制及铁基载氧体结构演变的影响研究[D]. 刘浪.重庆大学 2016
[3]煤化学链燃烧的铁/铜/锰基氧载体的实验及反应动力学研究[D]. 梅道锋.华中科技大学 2016
[4]脱硫石膏制备硫酸钙晶须媒晶剂的筛选及作用机理研究[D]. 汪潇.华中科技大学 2014
[5]钙基载氧体化学链燃烧的实验研究与机理分析[D]. 丁宁.华中科技大学 2013
[6]CaSO4载氧体应用于CaO再生过程的热力学分析与实验研究[D]. 樊腾飞.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[7]典型高硫煤热解过程中硫、氮的变迁及其交互作用机制[D]. 王美君.太原理工大学 2013
[8]钙基载氧体在化学链燃烧技术中的应用研究[D]. 田红景.青岛科技大学 2010
[9]化学链燃烧技术中铁基氧载体的制备及其性能研究[D]. 王保文.华中科技大学 2008
硕士论文
[1]基于钙铁复合氧载体的化学链气化研究[D]. 牛鹏杰.华中科技大学 2018
[2]硫酸钙基复合载氧体的循环反应性能研究[D]. 钟思梅.昆明理工大学 2018
[3]大武口热电厂脱硫石膏销售物流优化研究[D]. 祝业青.华北电力大学(北京) 2016
[4]准东脱灰煤热解过程的实验研究[D]. 赵虹翔.哈尔滨工业大学 2016
[5]铈掺杂对铜基氧载体释氧性能以及CO化学链燃烧影响的研究[D]. 程浩.华中科技大学 2016
[6]脱硫石膏制备高品质二水石膏和半水石膏晶须的工艺路线研究[D]. 卢静昭.河北工业大学 2016
[7]化学链技术处理咖啡渣/磷石膏固体废弃物研究[D]. 张云鹏.青岛科技大学 2016
[8]钙铜、铁铜双组分复合载氧体的化学链燃烧性能研究[D]. 杨勤勤.青岛科技大学 2016
[9]脱硫石膏提纯脱色及制备α-半水硫酸钙晶须的研究[D]. 张伟卓.河北工业大学 2015
[10]工业副产石膏提纯及制备异形碳酸钙与硫酸钙晶须的研究[D]. 梁亚琴.西南科技大学 2015
本文编号：3440912
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球与能源有关的CO2排放量Figure1-1Globalenergy-relatedCO2emissions
华北水利水电大学硕士学位论文2其是围绕以煤为燃料燃烧过程中的CO2减排技术，变得十分关键。1.2CO2捕集技术二氧化碳的捕集和封存技术是指：采用各种技术将电厂发电过程中排放的CO2封存起来。它被认为是未来最有效实现CO2减排的的方法[5]。最为典型的是化学链燃烧技术(CLC)。如图1-2为CO2捕集工艺流程。当前，CO2捕集技术可分为3种[6]，燃烧前捕集技术、富氧燃烧技术、燃烧后捕集技术。燃烧前捕集技术是指：在气化器中将燃料和空气/O2/H2O进行混合反应，接着在CO转化器中将合成气转化为CO2和H2，最后将CO2进行分离回收，H2作为清洁燃料进行燃烧。该技术的劣势在于CO2的分离需要消耗大量的能量，发电的效率、技术上和可靠性上有待进一步突破；优势为提高能源利用率上效果显著。燃烧后捕集技术是指：采用物理或化学方法对燃烧后的烟气进行处理，将分离出的高浓度CO2进行封存。该技术的优点为对于发电厂CO2捕集的适应性高；缺点为CO2的分离和转化所需的介质和装备会耗费大量的金钱、大大增加发电的成本。富氧燃烧技术是指：首先针对空气进行处理获得高纯O2，使燃料在高纯O2下进行燃烧，最后得到主要成分是水蒸气和CO2的烟气，经过冷凝操作，便可捕获高纯的CO2。该技术优点是CO2捕集率很高，接近100%；缺点是燃烧气氛中所用高纯O2的获得需要耗费大量能量，大大增加了整个燃烧成本。图1-2CO2捕集工艺流程Figure1-2CO2captureprocess
1绪论31.3化学链燃烧技术1.3.1化学链燃烧技术简介化学链是指通过化学介质，把特定的化学反应分为多个步骤反应的过程。将这些多个步骤的反应，整合到一个总体能量损失小且反应产物容易分离的反应系统中，使整个反应过程变得效率高、经济实惠。化学链根据最终目的不同，可分为两类[7]；第一类是以燃烧为目的的化学链过程；第二类是获取CO、H2、CH4等气体燃料的化学链过程。在第一类化学链中，较为典型的是化学链燃烧，它是一种新型CO2捕集技术。下面以钙基化学链燃烧为列详细介绍反应的机理，图1-3为钙基化学链燃烧机理图。（1）还原反应阶段：CaSO4氧载体与煤发生还原反应，将煤中的C、H元素大部分转化为CO2和水蒸气，实现煤的高效转化和清洁燃烧；并将CaSO4转化为CaS传递到空气反应器中。煤的化学分子式简化为CxHy，二者的反应机理如下：CxHy+(x/2+y/8)CaSO4→(x/2+y/8)CaS+xCO2(g)+y/2H2O(g)（1.1）（2）氧化反应阶段：还原产物CaS在空气反应器中发生氧化反应转化为CaSO4，再传递到燃料反应器中，如此，进行循环反应：CaS+2O2→CaSO4（1.2）图1-3化学链燃烧机理Figure1-3Chemicalloopingcombustionmechanism以煤为燃料的化学链燃烧技术简称“煤化学链燃烧技术”。其优点为：（1）实现煤的高效转化和清洁燃烧；（2）燃料燃烧过程中CO2高效低成本在线捕集；（3）实现了能量的梯级利用、提高整个系统的能量利用率；（4）整个系统反应温度不高于1000℃且空气与煤不直接接触，可以有效抑制煤燃烧过程中NOx的排放。1.3.2化学链燃烧氧载体的研究进展1.3.2.1氧载体的分类氧载体在化学链燃烧反应中起到重要作用，是化学链燃烧技术研究的核心之一。根
【参考文献】：
期刊论文
[1]高铝耐火砖负载NiO氧载体的沼气化学链重整制氢流化床实验研究[J]. 梅道锋,赵海波,晏水平,王琳,狄雪婷. 中国电机工程学报. 2019(24)
[2]我国不同区域隐含碳排放流动研究[J]. 黄会平,赵荣钦,韩宇平. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]煤的结构对化学链燃烧系统反应性能的影响[J]. 张帅,肖睿. 中国电机工程学报. 2019(18)
[4]CuFe2O4载氧体的释氧特性及其对煤化学链气化的影响[J]. 张将,沈来宏,冯璇,王璐璐. 燃烧科学与技术. 2019(03)
[5]发泡脱硫石膏的制备与性能研究[J]. 赵媛媛,郑柏存,邓最亮,郭亚楠. 新型建筑材料. 2019(05)
[6]高硫石油焦化学链燃烧特性及硫的转化[J]. 王璐璐,冯璇,沈来宏. 东南大学学报(自然科学版). 2019(02)
[7]化学链干重整联合制氢热力学分析及实验[J]. 朱珉,陈时熠,李蒙,宋业恒,张磊,向文国. 化工学报. 2019(06)
[8]高钠煤化学链燃烧特性及煤焦气化反应动力学研究[J]. 闫景春,沈来宏,蒋守席,葛晖骏. 化工学报. 2019(05)
[9]基于CoFe2O4载氧体的生物质化学链气化反应特性[J]. 王旭锋,刘晶,刘丰,杨应举. 化工学报. 2019(04)
[10]50 kWth双循环流化床煤化学链燃烧系统[J]. 陈曦,马琎晨,赵海波. 工程热物理学报. 2018(09)
博士论文
[1]大气二氧化碳、全球变暖、海洋酸化与海洋碳循环相互作用的模拟研究[D]. 张含.浙江大学 2018
[2]基于流态化系统化学链反应机制及铁基载氧体结构演变的影响研究[D]. 刘浪.重庆大学 2016
[3]煤化学链燃烧的铁/铜/锰基氧载体的实验及反应动力学研究[D]. 梅道锋.华中科技大学 2016
[4]脱硫石膏制备硫酸钙晶须媒晶剂的筛选及作用机理研究[D]. 汪潇.华中科技大学 2014
[5]钙基载氧体化学链燃烧的实验研究与机理分析[D]. 丁宁.华中科技大学 2013
[6]CaSO4载氧体应用于CaO再生过程的热力学分析与实验研究[D]. 樊腾飞.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[7]典型高硫煤热解过程中硫、氮的变迁及其交互作用机制[D]. 王美君.太原理工大学 2013
[8]钙基载氧体在化学链燃烧技术中的应用研究[D]. 田红景.青岛科技大学 2010
[9]化学链燃烧技术中铁基氧载体的制备及其性能研究[D]. 王保文.华中科技大学 2008
硕士论文
[1]基于钙铁复合氧载体的化学链气化研究[D]. 牛鹏杰.华中科技大学 2018
[2]硫酸钙基复合载氧体的循环反应性能研究[D]. 钟思梅.昆明理工大学 2018
[3]大武口热电厂脱硫石膏销售物流优化研究[D]. 祝业青.华北电力大学(北京) 2016
[4]准东脱灰煤热解过程的实验研究[D]. 赵虹翔.哈尔滨工业大学 2016
[5]铈掺杂对铜基氧载体释氧性能以及CO化学链燃烧影响的研究[D]. 程浩.华中科技大学 2016
[6]脱硫石膏制备高品质二水石膏和半水石膏晶须的工艺路线研究[D]. 卢静昭.河北工业大学 2016
[7]化学链技术处理咖啡渣/磷石膏固体废弃物研究[D]. 张云鹏.青岛科技大学 2016
[8]钙铜、铁铜双组分复合载氧体的化学链燃烧性能研究[D]. 杨勤勤.青岛科技大学 2016
[9]脱硫石膏提纯脱色及制备α-半水硫酸钙晶须的研究[D]. 张伟卓.河北工业大学 2015
[10]工业副产石膏提纯及制备异形碳酸钙与硫酸钙晶须的研究[D]. 梁亚琴.西南科技大学 2015
本文编号：3440912
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