【摘要】：脫硫石膏是燃煤電廠煙氣脫硫的副產(chǎn)物,由于每年的排放量巨大,脫硫石膏逐漸成為一種環(huán)境污染嚴(yán)重的固體廢棄物,其大量堆放不僅占用大量土地資源,污染空氣、水源及土壤,同時(shí)造成了大量硫資源的浪費(fèi)。因此,加強(qiáng)對(duì)脫硫石膏的資源化研究,拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域,有力的促進(jìn)了我國建設(shè)循環(huán)型經(jīng)濟(jì)的要求。將微波加熱應(yīng)用于脫硫石膏還原分解反應(yīng)和半水石膏的生產(chǎn),成為脫硫石膏綜合利用的有效途徑。本文首先研究了脫硫石膏粉、無煙煤粉、磁鐵礦粉和它們的混合物料的微波升溫特性確定脫硫石膏中配加無煙煤和磁鐵礦粉的適宜配比;然后重點(diǎn)研究了配加10wt%磁鐵礦和8wt%無煙煤的混合物料中脫硫石膏水含量對(duì)物料升溫效果的影響,得出升溫規(guī)律,探究最佳的升溫效果。其次研究了脫硫石膏的微波脫水生產(chǎn)半水石膏的能力,通過對(duì)比不同條件下物料的含水量隨加熱時(shí)間的變化規(guī)律,得出微波促進(jìn)加熱脫硫石膏脫水的機(jī)理。主要結(jié)論如下:(1)無煙煤和磁鐵礦具有良好的吸波性能,配加磁鐵礦和無煙煤可以輔助脫硫石膏的微波加熱,提高物料的升溫速率,使溫度持續(xù)上升。在微波場中將質(zhì)量比為10%的磁鐵礦和質(zhì)量比為8%的無煙煤分別與脫硫石膏混合后加熱到90min時(shí),溫度分別為580℃和368℃,平均升溫速率分別為6.4℃·min-1和4.1℃·min-1。(2)隨著含水量降低,脫硫石膏在微波加熱下的最終溫度也隨之降低。升溫曲線可分為兩個(gè)階段:1.快速升溫階段;2.溫度平衡階段。這是因?yàn)樗南鄬?duì)介電常數(shù)和損耗因子較高,具有較好的吸波性,使物料最初階段快速升溫;隨著溫度升高,水的相對(duì)介電損耗因子降低,而且物料的傳導(dǎo)系數(shù)也會(huì)下降,導(dǎo)致物料在微波加熱的后期升溫緩慢。(3)通過對(duì)比不同含水量的脫硫石膏混合物料(配加10%磁鐵礦和8%無煙煤)的微波升溫特性發(fā)現(xiàn),在微波加熱50min后不同含水量的脫硫石膏混合物料的升溫速率差異明顯,含水量越高,加熱后期的升溫速率越快,最終溫度也越高。高升溫速率下,水蒸氣會(huì)出現(xiàn)延遲擴(kuò)散效應(yīng),且水蒸氣存在條件下,物料的微波加熱速率會(huì)得到增強(qiáng)。物料中含的水可能影響混合料中無煙煤的微波選擇性加熱和熱點(diǎn)的產(chǎn)生,物料中的含水量越少,無煙煤越早燃燒。當(dāng)脫硫石膏的含水量為20wt%時(shí),發(fā)現(xiàn)無煙煤和熱點(diǎn)不同時(shí)的升溫會(huì)導(dǎo)致升溫速率突然變化的可能性降低,防止了熱失控的產(chǎn)生,從而產(chǎn)生更好的升溫效果。(4)對(duì)脫硫石膏進(jìn)行熱重差熱分析可知,脫硫石膏的脫水轉(zhuǎn)變溫度在100~190℃之間,脫水過程失重20.03%,為吸熱過程,共有兩個(gè)明顯的吸熱峰;差熱曲線上的峰谷變化反映了試樣的各個(gè)反應(yīng)階段:二水石膏(caso4·2h2o)→半水石膏(caso4·1/2h2o)→無水石膏(caso4)。(5)對(duì)比微波加熱下脫硫石膏濕料和風(fēng)干料的含水量發(fā)現(xiàn),脫水過程可分為三個(gè)階段:加熱前期,兩種脫硫石膏物料的含水量下降速度都很快,脫硫石膏濕料含水量下降的比風(fēng)干料的更迅速,這論證了微波脫水脫硫石膏濕料效果更好;加熱中期,兩種物料的含水量均緩慢降低;加熱末期,兩種物料的含水量趨于不變。說明自由水含量不同的脫硫石膏料均可應(yīng)用于微波加熱脫水制取半水石膏。(6)脫水率與微波功率成正相關(guān)關(guān)系。在微波加熱的起初階段,脫水率增長緩慢,隨著微波加熱時(shí)間的延長,脫水率快速增加。然而當(dāng)微波功率高于1.2kW時(shí),最終脫水率增長緩慢。因此,脫硫石膏脫水的最佳微波加熱功率為1.2kW。(7)通過對(duì)比常規(guī)加熱和微波加熱下脫硫石膏表面和內(nèi)部的含水量發(fā)現(xiàn),常規(guī)加熱后的物料外部的含水量明顯比內(nèi)部的含水量低,而微波加熱后的物料內(nèi)部的含水量明顯低于外部的含水量。在微波加熱下,物料產(chǎn)生逆溫度梯度,內(nèi)部水蒸汽向外擴(kuò)散,水蒸氣的蒸汽壓方向與逆的溫度梯度相同,水蒸氣的擴(kuò)散過程被強(qiáng)化,使脫水速度加快,同時(shí)避免了常規(guī)加熱條件下冷中心的產(chǎn)生。 【關(guān)鍵詞】：微波加熱 脫硫石膏 含水量 升溫特性 脫水 【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)【學(xué)位級(jí)別】：碩士【學(xué)位授予年份】：2016【分類號(hào)】：X773【目錄】： 摘要3-6ABSTRACT6-13第一章 緒論13-29 1.1 課題研究背景13-14 1.2 脫硫石膏的性質(zhì)和應(yīng)用現(xiàn)狀14-20 1.2.1 脫硫石膏的定義及脫硫工藝14 1.2.2 脫硫石膏的排放現(xiàn)狀14-15 1.2.3 脫硫石膏的產(chǎn)生工藝15-16 1.2.4 脫硫石膏的基本性質(zhì)16-17 1.2.5 脫硫石膏的應(yīng)用現(xiàn)狀17-20 1.3 微波加熱技術(shù)20-26 1.3.1 微波技術(shù)簡介20-21 1.3.2 微波加熱原理21 1.3.3 微波加熱的特點(diǎn)21-23 1.3.4 微波加熱在冶金工程中的應(yīng)用23-26 1.4 微波頻率下水的介電性能26-27 1.5 課題研究內(nèi)容27-29第二章 實(shí)驗(yàn)與分析方法29-35 2.1 實(shí)驗(yàn)原料29-30 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器30-32 2.2.1 多功能冶金微波爐30-31 2.2.2 微機(jī)差熱天平31 2.2.3 其他儀器及設(shè)備31-32 2.3 實(shí)驗(yàn)方案及步驟32-33 2.3.1 微波加熱不同含水量混合物料升溫特性的實(shí)驗(yàn)方案32 2.3.2 微波加熱脫硫石膏脫水的實(shí)驗(yàn)方案32-33 2.4 微波加熱電磁性能理論基礎(chǔ)33-35第三章 脫硫石膏含水量對(duì)微波加熱升溫特性的影響35-45 3.1 引言35 3.2 配加不同質(zhì)量比磁鐵礦的脫硫石膏微波升溫特性35-36 3.3 配加不同質(zhì)量比無煙煤的脫硫石膏微波升溫特性36-37 3.4 不同含水量的脫硫石膏微波升溫特性37-40 3.5 不同含水量的混合物料微波升溫特性40-43 3.6 本章小結(jié)43-45第四章 脫硫石膏微波脫水45-55 4.1 引言45 4.2 脫硫石膏熱重-差熱分析45-46 4.3 脫硫石膏濕度對(duì)微波脫水的影響46-49 4.4 微波功率對(duì)微波脫水的影響49-51 4.5 微波加熱脫水脫硫石膏的促進(jìn)機(jī)理51-52 4.6 本章小結(jié)52-55第五章 結(jié)論55-57參考文獻(xiàn)57-65致謝65-67攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文67 ，

本文編號(hào)：250834