孟江濤，王?菁，楊鳳玲，程芳琴

混合電石渣球團(tuán)寬溫域同步脫硫脫硝性能研究

孟江濤，王?菁，楊鳳玲，程芳琴

(山西大學(xué)國(guó)家環(huán)境保護(hù)煤炭廢棄物資源化高效利用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原 030006)

通過成型-破碎方法將固廢電石渣、污泥和生物質(zhì)造粒，研究了混合電石渣球團(tuán)在不同可燃質(zhì)添加比例/不同溫度下的同步脫硫脫硝性能及燃燒動(dòng)力學(xué)．結(jié)果表明：混合電石渣球團(tuán)燃燒動(dòng)力學(xué)均符合三維擴(kuò)散模型；相比純電石渣，550～850℃寬溫域下所有混合電石渣球團(tuán)脫硫性能均顯著提高且具備了較高脫硝能力，最大脫硫效率均可達(dá)到90%～100%，最大脫硝效率可達(dá)70%以上．球團(tuán)中生物質(zhì)的加入明顯提高了固硫產(chǎn)物層擴(kuò)散控制階段的擴(kuò)散系數(shù)．球團(tuán)中污泥和生物質(zhì)添加量越大，同步脫硫脫硝效率越高，脫硝持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，且兩類球團(tuán)的耐磨強(qiáng)度均存在最佳添加量，該研究具有較好的工業(yè)應(yīng)用前景．

混合電石渣球團(tuán)；寬溫域；同步脫硫脫硝

火力發(fā)電產(chǎn)生的SO2和NO對(duì)大氣環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重威脅．目前，為了實(shí)現(xiàn)超低排放要求，循環(huán)流化床鍋爐多采用爐內(nèi)噴鈣干法、石灰石-石膏濕法和爐內(nèi)低氮燃燒、SNCR[1-2]、SCR[3-4]分別對(duì)SO2和NO進(jìn)行脫除．但分開脫除SO2和NO存在系統(tǒng)復(fù)雜、投資和維護(hù)費(fèi)用高、占地面積大等潛在問題．

電石渣是在電石水解制乙炔過程中產(chǎn)生的工業(yè)固廢，其主要成分為Ca(OH)2[5]，且每年產(chǎn)量超過4000萬噸[6]．目前已有大量應(yīng)用將電石渣作為爐內(nèi)固硫劑使用[7]，有研究[8]認(rèn)為，電石渣中的Ca(OH)2在580℃以后開始失水分解，而后由CaO固硫．并且Ca(OH)2微溶于水，其水溶液可直接與SO2、SO3發(fā)生反應(yīng)，電石渣固硫效果明顯優(yōu)于粒徑較大的石灰石．但是在使用過程中由于電石渣粒徑過小易逃逸，導(dǎo)致鈣硫比過高，鈣利用率過低．且固硫后生成致密的CaSO4外殼[9]，阻礙內(nèi)部有效Ca(OH)2繼續(xù)反應(yīng)，固硫率降低[10-11]．

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量玉米秸稈等生物質(zhì)(4億噸/年)堆存和就地焚燒以及城市生活污水處理過程中產(chǎn)生大量活性污泥(8000萬噸/年)堆存，都會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境危害和資源浪費(fèi)．對(duì)污泥和生物質(zhì)進(jìn)行燃燒是一種較好的處置方法，燃燒過程中不但會(huì)做到無害化、減量化，還會(huì)產(chǎn)生大量的焦炭和還原性氣體，?例如CO、CH等[12-13]，對(duì)NO進(jìn)行一定的還原脫?除[14-16]. 因此，需要對(duì)電石渣作為爐內(nèi)固硫劑的使用方式進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，并提出一種生物質(zhì)、污泥等固體廢棄物資源化利用的途徑．

同時(shí)，隨著風(fēng)電、水電和太陽(yáng)能發(fā)電等清潔能源在電網(wǎng)占比逐漸擴(kuò)大，對(duì)火力發(fā)電調(diào)峰需求也逐漸升高．在CFB深度調(diào)峰低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，爐內(nèi)煙氣溫度最低可降低至500℃左右，使溫度偏離SNCR最佳反應(yīng)溫度窗口(850～1150℃)，脫硝效率降低[17]．因此，開發(fā)一種高效、寬溫域、低成本、低污染的同時(shí)脫除SO2和NO技術(shù)具有重要意義．

綜上，本文研究了利用電石渣、污泥和生物質(zhì)混合成型造粒，增大粒徑后入爐燃燒進(jìn)行同步脫硫脫硝的性能，在利用電石渣進(jìn)行固硫、污泥和生物質(zhì)進(jìn)行脫硝的同時(shí)，由電石渣和污泥中水分而成型得到的較大粒徑顆粒解決了電石渣粒徑過小易逃逸的問題. 考察了可燃物種類、添加量、反應(yīng)溫度對(duì)混合電石渣球團(tuán)同步脫硫脫硝性能的影響以及球團(tuán)入爐后的燃燒性能及強(qiáng)度．以期為改善電石渣爐內(nèi)脫硫性能、提高低負(fù)荷爐內(nèi)寬溫域脫硝性能提出一定的方案.

1?實(shí)?驗(yàn)

1.1?實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)選用山西某化工廠副產(chǎn)物電石渣(CS)作為爐內(nèi)干法固硫劑，污泥(SS)和生物質(zhì)(Bio)分別取自山西某生活污水處理廠和農(nóng)田，其主要化學(xué)組成通過XRF進(jìn)行分析，如表1所示，工業(yè)分析及元素分析見表2．污泥和生物質(zhì)被研磨篩分至粒徑小于10μm，并在105℃下烘干12h．

表1?污泥、電石渣和生物質(zhì)化學(xué)組成

Tab.1?Chemical composition of SS，CS and Bio %

表2?污泥和生物質(zhì)工業(yè)分析和元素分析

Tab.2?Proximate and ultimate analysis of SS and Bio

注：下標(biāo)d代表烘干基；C, d通過差減法得到．

1.2?電石渣-污泥-生物質(zhì)球團(tuán)制備

電石渣混合球團(tuán)通過成型-再破碎的方法制得，制備流程如圖1所示．稱取適量污泥、生物質(zhì)和10g電石渣放在燒杯中，并充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍勰嗯c電石渣的質(zhì)量比為0/3/5/7∶10．隨后在混合物中加入(3±0.5)mL去離子水，再次攪拌均勻，取3.5g混合物在模具中擠壓成型．隨后將成型物破碎篩分至1.7～3.35mm，制成混合電石渣球團(tuán)．由CS和SS制成的球團(tuán)被命名為10CS＋1SS，由CS、SS和Bio組成的顆粒稱為10CS/5SS＋2Bio，其中1和2表示SS與Bio的質(zhì)量比例．例如，10CS＋3SS表示CS與SS質(zhì)量比為10∶3的球團(tuán)．

圖1?混合電石渣球團(tuán)制備流程

1.3?脫硫脫硝實(shí)驗(yàn)

脫硫脫硝系統(tǒng)由反應(yīng)區(qū)、模擬煙氣系統(tǒng)和煙氣分析系統(tǒng)組成．選取立式石英反應(yīng)器工作溫度為550℃、700℃和850℃，爐管內(nèi)徑20mm，高度1000mm，恒溫區(qū)中部縮口處的石英棉用以放置CS球團(tuán)．反應(yīng)氣由體積分?jǐn)?shù)分別為2000×10-6的SO2、400×10-6的NO，1%的O2和N2平衡氣體組成，均由質(zhì)量流量計(jì)(MFC)控制并通過緩沖罐均勻混合．當(dāng)反應(yīng)氣穩(wěn)定在設(shè)定濃度并保持2min(由Testo350煙氣分析儀測(cè)量)后，將混合CS球團(tuán)通過進(jìn)料口送入爐內(nèi)，實(shí)時(shí)測(cè)量并記錄尾氣濃度．

為保證模擬煙氣在達(dá)到反應(yīng)區(qū)前充分混合，需計(jì)算模擬煙氣的充分發(fā)展段長(zhǎng)度，計(jì)算方法見式(1)和式(2)．

判斷混合煙氣流體流動(dòng)狀態(tài)：

選取工況為25℃、0.1MPa下流體數(shù)據(jù)計(jì)算得，此處≈68.25為層流狀態(tài)．

計(jì)算層流狀態(tài)下的充分發(fā)展段長(zhǎng)度：

式中：為層流流體充分發(fā)展段長(zhǎng)度，m；為爐管直徑，m；為雷諾數(shù)；為普朗特?cái)?shù)；為流體密度，kg/m3；為流體黏度系數(shù)，Pa·s；為流體的速度，m/s；c為等壓比熱容J/(mol·K)；為熱導(dǎo)率，W/(m·K)．

該立式爐的充分發(fā)展段長(zhǎng)度為4.57cm，因此，石英棉設(shè)置位置處的氣流混合均勻，滿足實(shí)驗(yàn)精度．

SO2和NO去除效率由 SO2和NO出口濃度變化計(jì)算，見式(3)～(4)．

1.4?耐磨強(qiáng)度測(cè)試

混合CS球團(tuán)入爐后，由于高溫和顆粒碰撞的影響，會(huì)發(fā)生熱爆炸和磨損，這將導(dǎo)致顆粒破裂并形成小粒徑粉末，固硫劑容易逃逸并再次降低鈣利用．因此，對(duì)混合CS顆粒的耐磨強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試．2g顆粒在篩中振動(dòng)20min．耐磨性能由篩上顆粒的剩余量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)表示，見式(5)．

式中：表示振動(dòng)后剩余的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；是剩余在篩子上的顆粒的質(zhì)量，g；是顆粒的初始質(zhì)量，g．

2?結(jié)果與討論

2.1?球團(tuán)燃燒特性及動(dòng)力學(xué)分析

由于球團(tuán)自身含有大量污泥、生物質(zhì)可燃質(zhì)，入爐后自身燃燒對(duì)鍋爐燃燒產(chǎn)生影響，且在球團(tuán)不同的燃燒階段，均對(duì)應(yīng)發(fā)生不同的硫氮釋放和硫氮污染物脫除過程，因此首先對(duì)球團(tuán)燃燒特性進(jìn)行熱重分析(TG/DTG)．從圖2中可看出，O2體積分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，10CS＋5SS表現(xiàn)出5個(gè)燃燒階段，其中包含4個(gè)失重峰和1個(gè)增重峰，分別為：①50℃開始的水分析出；②193.81℃下的揮發(fā)分析出燃燒；③混合球團(tuán)電石渣中Ca(OH)2煅燒分解；④電石渣的硫酸化；⑤焦炭燃燒及部分無機(jī)鹽的分解．10CS/5SS＋5Bio燃燒時(shí)由于生物質(zhì)的加入，使其出現(xiàn)了5個(gè)失重峰和1個(gè)增重峰，共6個(gè)階段，僅多一個(gè)在473.88℃的生物質(zhì)焦炭燃燒階段．

圖2?混合球團(tuán)燃燒TG/DTG曲線()

與污泥相比，由于生物質(zhì)揮發(fā)分含量高達(dá)85.17%，使得混合球團(tuán)揮發(fā)分析出燃燒階段速率更快，最大速率約為10CS＋5SS的3.28倍．揮發(fā)分的大量析出使10CS/5SS＋5Bio更加疏松多孔，氣-固接觸面積更大，因此DTG曲線中固硫反應(yīng)速率和污泥炭燃燒速率都明顯增加，分別提高了約4.24倍和1.37倍．

對(duì)球團(tuán)燃燒的4個(gè)失重階段建立動(dòng)力學(xué)模型，采用式(6)所示的動(dòng)力學(xué)方程模擬燃燒失重現(xiàn)象．其中＝(0－)/(0－∞)為相對(duì)失重，0和∞分別為反應(yīng)前后樣品的質(zhì)量．

式中()為反應(yīng)物和反應(yīng)速率的相關(guān)函數(shù)，取決于反應(yīng)機(jī)理．本文采用Coats-Redfern積分法，通過對(duì)溫度積分的近似推導(dǎo)．

式中：()為反應(yīng)機(jī)理()的積分形式；為反應(yīng)溫度；為氣體常數(shù)．

為了揭示污泥燃燒過程中不同階段燃燒機(jī)理的差異，反映出熱解、燃燒、擴(kuò)散不斷發(fā)展的動(dòng)態(tài)過程，本研究用如表3所示的常見()和()固體熱解燃燒反應(yīng)模型(一級(jí)反應(yīng)模型、相界反應(yīng)球?qū)ΨQ模型和三維擴(kuò)散模型)分別對(duì)4個(gè)反應(yīng)階段進(jìn)行擬合，通過最佳擬合相關(guān)性來推斷反應(yīng)機(jī)理．如表4所示，通過擬合對(duì)比發(fā)現(xiàn)，污泥燃燒的4個(gè)失重階段均以三維擴(kuò)散模型擬合度最高，且隨著時(shí)間的推移，燃燒階段越往后反應(yīng)活化能越大，反應(yīng)越難進(jìn)行，且污染物排放主要集中在第2階段“揮發(fā)分析出”和第5階段“固定碳燃燒”，而脫硝也可能在第2、第5階段發(fā)生，固硫過程主要發(fā)生在第3、第4階段，通過將不同燃燒階段與污染物脫除過程相對(duì)應(yīng)，可為后續(xù)球團(tuán)的脫硫脫硝性能分析提供一定的指導(dǎo)．

表3?不同反應(yīng)模型中()和()的表達(dá)式

Tab.3　　Formulas for g(a)and f(a)in different reaction models

表4?球團(tuán)不同燃燒階段動(dòng)力學(xué)參數(shù)及化學(xué)反應(yīng)

Tab.4　　Kinetic parameters and chemical reactions of pel-lets in different combustion stages

2.2?不同球團(tuán)燃燒硫氮污染物釋放規(guī)律

2.2.1?不同溫度燃燒硫氮污染物釋放規(guī)律

由于火電深度調(diào)峰時(shí)鍋爐溫度大幅下降，使得煙氣溫度偏離了SNCR的反應(yīng)溫度區(qū)間，極大地降低了SNCR的脫硝效率，給NO超低排放造成一定的壓力，因此研究不同溫度下混合電石渣球團(tuán)的同步脫硫脫硝性能具有重要意義．首先需要研究不同溫度下球團(tuán)燃燒的硫、氮排放特性．

球團(tuán)燃燒過程中硫氮污染物釋放規(guī)律均由SO2、NO的產(chǎn)生及球團(tuán)自身對(duì)污染物的控制兩方面決定．

結(jié)合圖2中球團(tuán)不同燃燒階段，分析燃燒過程中存在的SO2、NO釋放，污泥中揮發(fā)分氮排放約占總NO排放總量的70%，僅有約30%的氮存在于焦炭中[18]．球團(tuán)燃燒第1階段，生物質(zhì)和污泥中大量HCN/NH3等NO前驅(qū)體和H2S等SO2前驅(qū)體揮發(fā)分析出，隨后氧化為NO和SO2，排放量大且速度快．隨后第4階段中電石渣的自固硫行為在一定程度上降低了SO2排放．最后階段焦炭燃燒，會(huì)繼續(xù)釋放出少量的SO2和NO．

NO釋放規(guī)律主要由NO的產(chǎn)生和還原性氣體均相還原兩個(gè)因素決定．在NO釋放的同時(shí)，CO和熱解氣也隨之大量產(chǎn)生，發(fā)生NO均相還原，見式(8)～(11)，NO濃度降低并在2min左右處到達(dá)谷底，但隨著CO的逐漸消失，NO濃度再次升高形成二次峰，隨著球團(tuán)中污泥添加量的增加，NO排放量增大且二次峰越不明顯．

10CS＋5SS污泥加入后，隨著溫度的升高，NO排放總量降低，且NO雙峰排放特性逐漸消失. 10CS/5SS＋5Bio生物質(zhì)加入后，NO排放特性正好相反，隨著溫度的升高，NO排放總量增加，且出現(xiàn)了雙峰特性．

2.2.2?球團(tuán)同步脫硫脫硝性能

圖3?不同溫度下電石渣球團(tuán)燃燒S和N排放規(guī)律

圖4?不同球團(tuán)同步脫硫脫硝性能

由圖4可知，在850℃下，CS＋SS球團(tuán)和?CS/SS＋Bio球團(tuán)脫硫效率趨勢(shì)基本一致，污泥和生物質(zhì)秸稈加入后，前期脫硫性能無明顯變化，只是最大脫硫效率略高于100%電石渣(10CS)．入爐初期，球團(tuán)中污泥/生物質(zhì)揮發(fā)分的快速析出燃燒生成大量SO2，瞬時(shí)脫硫效率為負(fù)值，隨后脫硫過程經(jīng)歷3個(gè)階段：①脫硫效率迅速上升，在5min左右最大可達(dá)95%；②之后脫硫效率開始下降，但污泥和生物質(zhì)的加入使該階段固硫效率減小比例降低；③在入爐約10min到達(dá)谷底并反彈上升，生物質(zhì)的加入使該階段之后的球團(tuán)固硫率在一定時(shí)期明顯高于100%電石渣(10CS)．對(duì)照上述球團(tuán)燃燒SO2排放特性，在入爐10min左右無明顯SO2釋放峰，因此，此處脫硫效率的降低不是因?yàn)闅夥罩蠸O2濃度的變化，而是固硫反應(yīng)差異造成的．分析認(rèn)為，前期球團(tuán)固硫產(chǎn)生致密的CaSO4產(chǎn)物層包裹在球團(tuán)外表面，增大了SO2和O2進(jìn)入球團(tuán)的擴(kuò)散阻力，導(dǎo)致反應(yīng)速率減小，脫硫效率降低，但隨著SO2和O2不斷擴(kuò)散進(jìn)入污泥和生物質(zhì)燃燒形成的多孔結(jié)構(gòu)中，球團(tuán)內(nèi)部較大的比表面積減小了氣體擴(kuò)散阻力，再次提高了固硫效率．雖然隨著污泥/生物質(zhì)添加比例的增大，等質(zhì)量球團(tuán)中電石渣質(zhì)量減少，但由于可燃物質(zhì)的造孔作用，減小了氣體擴(kuò)散阻力，固硫率不但沒有降低，反而在一定時(shí)期內(nèi)有一定程度的升高．

該脫硫過程符合等效粒子擴(kuò)散模型[19]，模型認(rèn)為氣-固反應(yīng)是在產(chǎn)物與反應(yīng)物之間的界面上進(jìn)行，且產(chǎn)物層的厚度隨時(shí)間而變化．反應(yīng)初期，產(chǎn)物層較薄，氣體擴(kuò)散穿過產(chǎn)物層阻力較小，總反應(yīng)為化學(xué)反應(yīng)控制階段；隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，產(chǎn)物層厚度增大，擴(kuò)散阻力增大，擴(kuò)散成為決速步驟，此時(shí)反應(yīng)為擴(kuò)散控制階段．因此，將球團(tuán)脫硫效率曲線分為兩個(gè)階段[20]，由于表面化學(xué)反應(yīng)控制階段不同球團(tuán)脫硫效果相差不大，此處只對(duì)第2反應(yīng)階段的脫硫效率進(jìn)行最小二乘法線性擬合，比較污泥和生物質(zhì)加入對(duì)球團(tuán)脫硫第2階段的影響，結(jié)果如表5所示．

表5不同污泥/生物質(zhì)添加量對(duì)產(chǎn)物層擴(kuò)散固硫階段的影響

Tab.5　　Effects of different sludge/biomass additive amount on the desulfurization diffusion stage of the product layer

表5列出了不同條件下第2反應(yīng)階段的線性擬合參數(shù)．不同球團(tuán)的第2階段脫硫效率都有較好的線性關(guān)系，2均在0.99以上，表明將固硫過程分成表面化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)物層擴(kuò)散兩個(gè)階段進(jìn)行分析是合理的．隨后比較了不同污泥/生物質(zhì)添加量條件下的擬合斜率，斜率可以反映脫硫效率的變化速率．從斜率來看，與10CS相比，CS＋SS中污泥量的變化對(duì)斜率影響不大，但CS/SS＋Bio中生物質(zhì)的加入斜率絕對(duì)值明顯提高．結(jié)合上述脫硫效率曲線，生物質(zhì)加入后SO2擴(kuò)散阻力降低，脫硫效率提高，但脫硫效率隨著時(shí)間的推移，下降速率也加快，進(jìn)一步證明了生物質(zhì)加入后較高的脫硫反應(yīng)速率產(chǎn)生了更多的致密產(chǎn)物層，從而使得脫硫效率明顯下降．

2.2.3?不同溫度下同步脫硫脫硝性能

為了提高鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行溫度條件下爐內(nèi)脫硝效率，彌補(bǔ)SNCR脫硝效率降低的不足，考察了混合電石渣球團(tuán)在550～850℃寬溫域下的同步脫硫脫硝性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示．

圖5?不同溫度下10CS＋7SS同步脫硫脫硝性能

脫硝前15min高溫下還原反應(yīng)更為劇烈，NO脫除效率更高，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，高溫下還原性氣體和焦炭與O2反應(yīng)速率更快，如式(12)～(14)所示，因此在15min之后，高溫下的脫硝能力反而最差．

圖6?不同溫度下10CS/5SS＋7Bio同步脫硫脫硝性能

2.2.4?機(jī)理分析

對(duì)不同條件下CS＋SS和CS/SS＋Bio脫硫后的樣品進(jìn)行XRD分析，從圖7(a)可以看出，隨著溫度的升高，10CS＋7SS固硫產(chǎn)物中CaCO3和Ca(OH)2峰逐漸降低，CaSO4峰強(qiáng)升高，表明高溫下球團(tuán)脫硫性能的提高．圖7(b)中10CS/5SS＋7Bio與10CS＋7SS譜圖基本相同，但700℃和850℃下的CaSO4峰強(qiáng)差別很小，表明該條件下脫硫性能相差不大，進(jìn)一步驗(yàn)證了上述煙氣實(shí)驗(yàn)結(jié)果．

基于2.2中的討論，污泥和生物質(zhì)加入后，球團(tuán)在寬溫域燃燒時(shí)產(chǎn)生大量還原性氣體，尤其在550℃較低溫度下還原性氣體氧化速度明顯降低，存在量大且時(shí)間更長(zhǎng)．同時(shí)在球團(tuán)內(nèi)部形成大量孔洞，增大了氣-固反應(yīng)接觸面，提高了反應(yīng)速率．混合電石渣球團(tuán)在充分利用各種固廢的同時(shí)，改善了電石渣粒徑小，低負(fù)荷下爐內(nèi)脫硝效率低等問題，強(qiáng)化了爐內(nèi)550～850℃寬溫域下的脫硫脫硝性能．

圖7?不同溫度CS＋SS和CS/SS＋Bio固硫產(chǎn)物XRD圖譜

2.3?強(qiáng)度測(cè)試

為了更好地應(yīng)用于工業(yè)實(shí)際，預(yù)防混合電石渣球團(tuán)入爐后再次破碎為易逃逸的粒徑較小的粉末，需要對(duì)其耐磨強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試．污泥和生物質(zhì)的加入對(duì)混合電石渣球團(tuán)耐磨強(qiáng)度的影響如圖8所示．

CS＋SS球團(tuán)隨著污泥添加量增加，球團(tuán)強(qiáng)度先增加隨后減小，該趨勢(shì)與文獻(xiàn)中報(bào)道的結(jié)果一致[21].在CS/SS為10∶3時(shí)強(qiáng)度最大，比純電石渣球團(tuán)的篩上剩余百分比提高了9.99%，但隨著污泥的添加量進(jìn)一步增加，球團(tuán)的耐磨強(qiáng)度逐漸下降，但CS/SS最高比例10∶7時(shí)強(qiáng)度仍高于純電石渣球團(tuán)的強(qiáng)度．因?yàn)樵诔尚瓦^程中，污泥的加入促進(jìn)了粒子在壓力作用下滑動(dòng)而嵌合，促進(jìn)顆粒之間團(tuán)聚并成為的天然黏合劑，有助于形成團(tuán)塊[22]．因此少量污泥的加入可以形成以污泥為黏結(jié)劑，電石渣為骨料的高強(qiáng)度球團(tuán)，但當(dāng)污泥比例升高時(shí)，大量污泥黏結(jié)在一起，由于電石渣骨料減少，球團(tuán)極易從污泥較多的地方開裂破碎，降低球團(tuán)強(qiáng)度．

圖8?不同電石渣球團(tuán)耐磨強(qiáng)度測(cè)試

10CS/5SS＋2Bio隨著生物質(zhì)添加量的增加，混合球團(tuán)強(qiáng)度先減小再升高，最大生物質(zhì)添加比例10CS/5SS＋7Bio下的球團(tuán)強(qiáng)度高于純電石渣2.46%.生物質(zhì)破碎后，粉末仍呈棒狀，柔性差，剛性較強(qiáng)，持水性差．因此少量生物質(zhì)加入后，較強(qiáng)的剛性破壞了球團(tuán)內(nèi)部穩(wěn)定性，且成型時(shí)添加的水分被擠出后分布于粒子層之間，使粒子層間不能緊密貼合，膨脹開裂．隨著生物質(zhì)添加量的增加，大量的生物質(zhì)棒狀粉末交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，球團(tuán)耐磨強(qiáng)度提高．

3?結(jié)?論

為了解決電石渣爐內(nèi)固硫粒徑小的問題，以及充分利用污泥、生物質(zhì)的再燃脫硝性能，本文研究了電石渣、污泥和生物質(zhì)混合成型造粒爐內(nèi)進(jìn)行同步脫硫脫硝的性能，主要結(jié)論如下：

(1) TG-DTG表明，含有生物質(zhì)的電石渣、污泥、生物質(zhì)混合球團(tuán)的燃燒和固硫速率均高于電石?渣/污泥球團(tuán)，且二者燃燒動(dòng)力學(xué)均符合三維擴(kuò)散?模型．

(2) 電石渣球團(tuán)中污泥或生物質(zhì)的加入均提高了固硫性能．加入生物質(zhì)的球團(tuán)脫硫效果比純電石渣可提高30%左右．生物質(zhì)顯著降低了產(chǎn)物層擴(kuò)散控制階段的擴(kuò)散阻力，對(duì)表面化學(xué)反應(yīng)控制階段無影響．污泥或生物質(zhì)加入使得球團(tuán)在前15min均具有一定的脫硝能力，最大脫硝效率可達(dá)90%．

(3) 550℃下電石渣/污泥球團(tuán)脫硫效率最高，850℃高溫下含生物質(zhì)10CS/5SS＋2Bio脫硫性能最好．隨著溫度的降低，脫硝性能最大下降15%，但在550℃球團(tuán)仍具有65%以上的較好脫硝性能，550℃下添加污泥、生物質(zhì)球團(tuán)比僅添加污泥球團(tuán)的脫硝效率更高，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)．

(4) 各配比混合電石渣球團(tuán)均有良好的機(jī)械強(qiáng)度，其耐磨強(qiáng)度與污泥/生物質(zhì)的添加量不是簡(jiǎn)單的單調(diào)遞增/遞減關(guān)系，均存在最佳添加量，10CS＋3SS和10CS/5SS＋7Bio條件下的強(qiáng)度最高．

綜合考慮混合電石渣球團(tuán)的燃燒性能、同步脫硫脫硝性能和耐磨強(qiáng)度，重點(diǎn)考慮低于850℃時(shí)的脫硝性能，就球團(tuán)在鍋爐實(shí)際工況下較短的停留時(shí)間來看，550～850℃下10CS/5SS＋7Bio同步脫硫脫硝效果最好．

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Performance of Mixed Carbide Slag Pellets for Simultaneous Desulfurization and Denitrification in a Wide Temperature Range

Meng Jiangtao，Wang Jing，Yang Fengling，Cheng Fangqin

(State Key Laboratory of Technologies for Efficient Utilization of Coal Waste Resources，Shanxi University，Taiyuan 030006，China)

The solid waste carbide slag，sludge and biomass were granulated by the forming-crushing method，and the performance of simultaneous desulfurization and denitrification and the combustion kinetics of the mixed carbide slag pellets under different addition ratios of combustible substances and different temperatures were investigated. The results show that the combustion kinetics of the mixed carbide slag pellets are in line with that of the three-dimensional diffusion model. Compared to the pure carbide slag，the desulfurization performance of all the mixed carbide slag pellets within a wide temperature range from 550℃ to 850℃ is significantly improved and their denitrification capacity is relatively high，with the maximum desulfurization efficiency reaching 90%—100% and the maximum denitration efficiency reaching above 70%. The addition of biomass to the pellets significantly increases the diffusion coefficient of the solid sulfur product layer in the diffusion control stage. The efficiency of simultaneous desulfurization and denitrification and the duration of denitrification show a positive correlation with the amount of sludge and biomass added to the pellets. There exists an optimal amount of addition for the wear resistance of the pellets. This research has good prospects in the industrial application.

mixed carbide slag pellets；wide temperature range；simultaneous desulfurization and denitrification

TK11

A

1006-8740(2023)01-0103-09

10.11715/rskxjs.R202212005

2022-03-12.

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2020YFB0606203)；國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目(22108162).

孟江濤（1995—??），男，碩士研究生，18334793160@163.com.

王?菁，女，博士，副教授，jingwang@sxu.edu.cn.

(責(zé)任編輯：梁?霞)