固体废弃物在微波作用下中温处理烧结烟气中二氧化硫的研究

  关键词  精炼炉渣  粉煤灰  硼泥  升温  脱硫

1前言

    随着工业经济的不断发展，世界环境日益恶化。尤其是随着发展中国家工业化进程的不断推进，排向大气的污染物绝对量快速增长。因此，二氧化硫的治理迫在眉睫。要真正解决烟气脱硫问题，除应提高二氧化硫排污收费标准外，还必须降低烟气脱硫系统的设备投资和运行成本。降低设备投资的关键是提高脱硫剂脱硫反应速度，而降低运行费用的关键是降低脱硫剂的成本和提高脱硫剂的有效利用率。采用固体废弃物作吸收剂的干法流程无论是从工艺、设备还是吸收剂的投资成本来看，应是未来烟气脱硫发展的一个重要方向^[1~4]。目前已有人利用精炼炉渣进行了低浓度烧结烟气脱硫的研究^[5~6]。本文主要探索固体废弃物在微波作用下中温处理烧结烟气中二氧化硫的情况。

2试验条件及内容

2．1实验装置

    实验装置主要由烟气系统、流速控制仪、烟气分析仪和微波装置等组成，如图l所示。试验中吸收剂的用量为0．5 kg，烟气流速控制在0．8—1．0 L／mln，每次采样时间为1分钟，同时测定进口和出口的二氧化硫浓度。

2，2微波场中温度测量方法

    目前用于微波场测温的方法主要有常规热电偶，热电阻温度传感器，热敏电阻一高阻导线组合抗电磁干扰温度传感器，光纤温度传感器，红外测温仪和超声波测温仪等。其中非嵌入式的光纤温度传感器和红外测温仪有更高的测量准确性，但是它们的成本过高。超声波测温目前正在发展中。而热电偶便宜，准确，被广泛地应用在生产实践中，带屏蔽的热电偶用于微波场中进行温度测量已在国内外的研究中取得成功。因此，本研究采用带屏蔽的铂铑热电偶测量微波场中的温度，为微波改性吸收剂处理低浓度烧结烟气提供温度数据。

2．3吸收剂的选取和制备

    在查阅大量资料的基础上，分别采用精炼炉渣、精炼炉渣+粉煤灰、精炼炉渣+硼泥作为烧结烟气脱硫吸收剂的原料，按照一定比例混合，加水润湿，制成一定粒径的脱硫吸收剂。其中，粉煤灰是煤粉在高温下燃烧后的产物，经历了熔融、冷却等物理、化学过程，其粒度较细，表面疏松多孔、具有一定的活性基团。粉煤灰组分中含有CaO、MgO、K₂O等碱性物质，可用来中和气体中的酸性成分，净化含酸性污染物的气体。精炼炉渣是精炼粗金属产生的炉渣，它经历了熔融、冷却过程，表面疏松多孔，具有一定的活性基团。精炼炉渣中的CaO、MgO等碱性氧化物对酸性气体有吸附性。硼泥是硼砂生产过程中一些脉石矿物同硼矿石一同焙烧、粉碎并参与化学反应后留下的残渣，其中含有MgO、CaO等碱性物质，这些物质也能够中和烟气中的酸性气体。

2．4试验内容及安排

    选取精炼炉渣、精炼炉渣+硼泥、精炼炉渣+粉煤灰三种不同的吸收剂在200～700℃范围内及700℃以上进行烟气脱硫实验。利用扫描电镜对以精炼炉渣和粉煤灰制备的吸收剂在微波加热前后进行表面微观结构分析；同时研究不同微波功率、精炼炉渣和粉煤灰的配比对吸收剂在微波场中升温的影响。

3试验结果与分析

3．1不同吸收剂的脱硫试验

    表1～表3分别列出了精炼炉渣、精炼炉渣+硼泥、粉煤灰+精炼炉渣三种吸收剂在微波作用下中温脱硫的试验结果。从表中数据可以看出，采用上述三种吸收剂时，反应温度都直接影响吸收剂的脱硫率，且随温度上升，烟气脱硫率升高。但温度达到700℃以上时，脱硫率开始下降，这是由于吸收剂升温至700℃以上时开始熔化，严重阻碍了其对SO₂的吸收。从三种吸收剂的脱硫效果来看，精炼炉渣掺加粉煤灰的吸收剂较之单独用精炼炉渣和精炼炉渣+硼泥的吸收剂有较高的脱硫率。因而可以认为，采用精炼炉渣掺加粉煤灰的吸收剂可以提高烟气脱硫率。

3．2微波加后吸收剂的微观分析

    图2为微波加热精炼炉渣、粉煤灰和精炼炉渣混合物放大5000倍的形貌。从图2可以看出，微波加热后的精炼炉渣(a)表面不平整，其上分布着大小不等的孔，但孔壁比较光滑。而微波加热的粉煤灰和精炼炉渣的混合物(b)表面变粗糙，呈凹凸形状，孔成为狭缝，并向里延伸，这非常有利于吸附烟气。造成这种形态的原因是粉煤灰经过高温煅烧后，本身即为多孔的物质，在微波加热过程中，粒状吸收剂中的水分气化，使粒状吸收剂内形成较大的孔隙率和比表面积，这将更有利于吸收剂中的碱性物质与烟气中的二氧化硫反应。

3．3微波功率对吸收剂升温的影响

    微波功率对吸收剂升温的影响如图3所示。从图中曲线的走势可以看出，在吸收剂质量、配比等因素为定值的前提下，每个微波功率作用时，温度随时间的变化显示出了一个很高的初始加热速率。微波功率越大，升温速率越快，吸收剂可以达到的最高温度也就越高。这是因为在其它条件一定的情况下，微波功率越大，微波腔的电场强度就越大，根据微波加热原理，则体系介质吸收的能量就越多，在吸收剂质量一定时，根据能量平衡关系，其升温速率和温度最大值也就越大。由此可见，要改变吸收剂所能达到的最高温度，或者想要改变吸收剂的升温速率(即缩短加热时间)，可以通过改变微波功率的方法来实现。

3．4配比对吸收剂升温速率的影响

  　在微波功率为264 W，．吸收剂质量为0．5 kg的条件下，研究了精炼炉渣和粉煤灰配比对吸收剂升温速率的影响，结果见图4。由图可以看出，随着粉煤灰配比增加，吸收剂升温速率加快。这是由于粉煤灰中含有一定量的残炭，随其配比增加，吸收剂中的炭含量也相应增加，而炭属易被微波加热的物质，在微波场中它是一种能强烈吸收微波的介质，故而在微波功率一定的情况下，单位质量的吸收剂含炭越多，吸收图4配比对吸收剂升温速率的影响的微波越多，吸收剂的升温速率也就加快。

4结论

    1)精炼炉渣中掺加粉煤灰制成的粒状吸收剂在微波作用下可以提高其烟气脱硫率，脱硫率最高可达56．4％。

    2)在微波场中，吸收剂的升温主要取决于微波功率，功率越大，升温越快，吸收剂达到的最高温度也越高。此外，吸收剂中的炭含量对升温速率也有一定的影响，炭含量越高，升温速率越快。

    3)吸收剂在微波装置中脱硫与反应温度有关。反应温度在600～700℃时，脱硫效果最好。