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石灰石脱硫的反应活性

    向流化床锅炉的燃烧区加入石灰石,首先发生的是石灰石的高温分解,分解产物为a。a颗粒在2过量条件下,与s2发生硫化反应,生成as4,即:a+s2+1/22=as4+486kj/l(1)

    石灰石的反应活性对反应式(1)的反应程度影响很大。因此,国内外研究人员对此进行了大量工作〔1~3〕,实验主要采用热重分析(tga)法,测定的对象一般为a的硫酸盐化程度,并以此为基础研究石灰石的脱硫反应活性。由于该方法的测定对象为固态,故简称之为“固测法”。但是,用固测法研究石灰石的活性,有时存在较大的偏差。tga法的吸硫曲线的增重趋势总是被认为是按反应式(1)中a吸收s2和2生成as4所造成。而实际上,石灰石中除了主要成分a3外,还含有许多其它杂质成分。一些杂质成分经高温分解后产生的一些碱性氧化物同样也能与s2和2反应生成硫酸盐,另外一些杂质成分还会生成一些复杂的复合物,从而间接地影响反应(1)的进行,这些情况会给热重分析带来不可避免的误差,而影响石灰石活性数据的准确性。

    本文的研究方法是将测定对象由tga法的固测改为对s2的气测。在流化床脱硫模拟试验台上,通过监测s2浓度的变化研究石灰石的反应活性。在特定的工况条件下,s2在通过吸硫剂石灰石时浓度变化可以认为是由于石灰石固有特性所引起的,它体现了石灰石总体吸硫效果,这样就避免了由于仅仅考虑a的转化而忽略了其它杂质成分影响带来的活性数值的偏差。本文将以流化床典型运行温度850℃下的反应速度常数作为石灰石脱硫活性的指标。

1 材料与方法
  试验采用流化床反应器模拟法。全部试验在石灰石脱硫反应活性试验台上进行,图1为试验流程简图。n2、2和s2经流量计a进入气体混合器b,在a点用is-2000烟道气体分析仪e对混合气体的s2初始浓度进行测定。当s2流经a点进入反应器时,脱硫反应开始进行。每间隔10in在b点用气体分析仪e对s2的浓度进行一次测定,直到s2的浓度不再改变时为止,此时,试验结束。为了模拟流化床的实际工况,石灰石的热解与脱硫在反应器中同时进行(这与tga法不同),反应温度设置为流化床典型运行温度850℃。

a.浮子式气体流量计 b.气体混合器

.流化床反应器 d.隔膜泵 e.si-2000气体分析仪

fig.1 diagra f experient unit

a.flat gas eter b.gas ixer

.fluidized bed reatr d.etering pup si-2000 gas analyzer

2 动力学模型的建立
  反应式(1)的速度公式为:
r=-da/dt=kxayb(2)

式中:r 为脱硫反应速度;t为反应时间,a为t时刻的s2浓度;b为t时刻的2浓度;x和y分别为s2和2的表观反应级数。
  lee〔4〕等人研究石灰石在流化床中与s2的反应活性时指出:因为反应是在氧过量的条件下进行的,所以固硫化反应对于s2是一级反应,而对2是零级反应。于是,根据这一结论可将(2)式简化为:
r=-da/dt=ka(3)

采用积分法,将(3)式移项积分
∫°da/a=∫°tkdt(4)

当t=0时,s2的浓度为0;当t=t时,s2的浓度为。对(4)式积分后即得到:
=0 exp(-kt)(5)


3 石灰石脱硫反应活性的求取
  将(5)式两边取对数,得
ln=ln0-kt(6)
(6)式可转换为:y=b+ax(7)

由式(7)可见,变量x与y之间成线性关系。因此,可以线性回归确定参数a、b及线性相关系数r。使用ppp-60程序上机运算,结果列于表1。
  由表1可见,线性相关系数在0.95以上,查t分布的ta值表,t0.0005=-5.405。表1中所有的t检验值均小于-5.405,说明有1-α=1-0.0005=99.95%的把握拒绝μ=0的零假设〔5〕。


4 石灰石化学成分与活性关系
  以反应活性k作为因变量,化学成分为自变量,建立多元线性回归方程。为了保证方程的稳定性,采用逐步回归分析法〔6〕将一些次要成分剔除,最后得到回归方程为:

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石灰石脱硫的反应活性

向流化床锅炉的燃烧区加入石灰石,首先发生的是石灰石的高温分解,分解产物为a。a颗粒在2过量条件下,与s2发生硫化反应,生成as4,即:a+s2+1/22=as4+486kj/l(1) 石灰石的反应活性对反应式(1)的反应程度影响很大。因此,国内外研究人员对此进行了大量工作〔1
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