新型低碳排放脱硫剂纳米氢氧化钙的制备、评价及应用研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0467

摘要/Abstract

摘要：

传统石灰石-石膏湿法烟气脱硫（FGD）过程中，石灰石和二氧化硫反应会生成大量的二氧化碳，不利于中国“碳达峰”与“碳中和”目标的实现。通过利用廉价的起始原料，在聚乙烯亚胺（PEI）存在的情况下，制备了一系列具有纳米尺度的氢氧化钙，并采用SEM、XRD、BET、FT-IR 等方法对样品进行了表征，用以替代传统石灰石。在模拟FGD实验装置下，研究了不同比表面积氢氧化钙和电厂用石灰石对二氧化硫吸收速率以及脱硫效率的影响，结果显示：在入口二氧化硫质量浓度为3 500 mg/Nm³时，脱硫效率由石灰石的93.05%提升到了氢氧化钙的99.31%。利用韶关电厂1号机组（600 MW）湿法脱硫装置，研究了制备的新型纳米氢氧化钙脱硫剂的实际脱硫效果。结果发现，传统石灰石在使用高硫煤时，无法达到超低排放的要求，而加入部分氢氧化钙（质量分数为18.0%~22.5%）后，均可实现超低排放（出口二氧化硫质量浓度<35 mg/Nm³），脱硫效率均高于99%，从而提高了FGD系统的高硫煤适应性。

关键词: 纳米氢氧化钙, 电厂脱硫, 聚乙烯亚胺, 比表面积

Abstract:

In the traditional limestone-gypsum wet flue gas desulfurization（FGD） process，the reaction of limestone and SO₂ generate a large amount of CO₂，which is not favorable to the realization of “carbon peaking” and “carbon neutralization”.By using cheap starting materials and in the presence of polyethyleneimine（PEI），a series of nanoscale Ca（OH）₂ were prepared to replace traditional limestone for FGD process.The samples were characterized by SEM，XRD，BET，and FT-IR.The effects of Ca（OH）₂ with different specific surface area and limestone on SO₂ adsorption rate and desulfurization efficiency were studied in a simulated experimental device.The results showed that when the inlet SO₂ concentration was 3 500 mg/Nm³，the desulfurization efficiency was increased from 93.05% of limestone to 99.31% of Ca（OH）₂.The actual desulfurization effect of the new nano Ca（OH）₂ desulfurizer was studied by using the wet desulfurization device of Shaoguan Power Plant Unit 1（600 MW）.The results showed that the limestone could not meet the requirements of ultra-low emission by using high sulfur coal，but after adding part of Ca（OH）₂（18.0%~22.5%），the ultra-low emission could be achieved（the outlet SO₂concentration was less than 35 mg/Nm³），and the desulfurization efficiency was all higher than 99%，thus improving the adaptability of FGD system to high sulfur coal.

Key words: nano calcium hydroxide, power plant desulfurization, polyethyleneimine, specific surface area

中图分类号:

X701.3

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图/表 9

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脱硫剂	BET比表面积/（m²·g^-1）	孔容/（cm³·g^-1）
样品1	7.525 2	0.047 213
样品2	16.839 1	0.064 264
样品3	22.337 6	0.072 513
样品4	28.793 1	0.085 151
韶关电厂用CaCO₃	2.430 2	0.010 338

组别	比表面积/ （m²·g^-1）	入口SO₂ 浓度/（mg·Nm^-3）	出口SO₂ 浓度/（mg·Nm^-3）	脱硫效率/%	SO₂吸收速率/（10^-6mol·m^-2·s^-1）
样品1	7.525 2	3 500	34.02	99.03	11.290 0
样品1	7.525 2	2 000	13.60	99.32	6.467
样品2	16.839 1	3 500	29.35	99.16	11.305 2
样品2	16.839 1	2 000	11.59	99.42	6.473
样品3	22.337 6	3 500	25.67	99.27	11.317 2
样品3	22.337 6	2 000	10.03	99.50	6.478
样品4	28.793 1	3 500	24.12	99.31	11.322 3
样品4	28.793 1	2 000	8.41	99.58	6.484
韶关电厂用碳酸钙	2.430 2	3 500	243.25	93.05	10.610 0
韶关电厂用碳酸钙	2.430 2	2 000	75.41	96.23	6.270

时间	脱硫剂	机组负荷/MW	入口SO₂ 质量浓度/ （mg·Nm^-3）	出口SO₂ 质量浓度/ （mg·Nm^-3）	脱硫效率/%
2021年 9月26日	CaCO₃	490	1 700	29	98.29
2021年 9月26日	CaCO₃+22.5% Ca（OH）₂	490	1 700	16	99.06
2021年 9月27日	CaCO₃	592	2 250	30	98.67
2021年 9月27日	CaCO₃+22.5% Ca（OH）₂	592	2 250	9	99.60
2021年 9月28日	CaCO₃	597	3 255 （高硫煤）	48.5 （排放超标）	98.51
2021年 9月28日	CaCO₃+18.0% Ca（OH）₂	597	3 255 （高硫煤）	23	99.29

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