열중량 측정법을 이용한 습식 석회석 FGD 고형물 분석

Mar 18, 2023

열중량 분석법(TGA)은 스크러버 성능을 향상시키고 시간이 많이 걸리며 종종 부정확한 습식 화학 테스트 방법을 제거할 수 있는 분석 방법입니다.

브래드 뷰커(Brad Buecker), Buecker & Associates, LLC

Power Engineering의 최근 기사[1]에서 나는 지난 50년 동안 수많은 석탄 화력 발전소에서 흔히 사용되는 배연 탈황 시약으로 사용된 석회석, 특히 고순도 석재의 특별한 특성에 대해 썼습니다. 물론 세계 여러 지역에서 석탄 화력 발전이 단계적으로 폐지되고 있어 일부 독자들에게는 배연탈황(FGD) 화학에 대한 의문이 제기되고 있습니다. 그러나 석탄 화력 발전소는 일부 국가에서는 여전히 일반적입니다. 그리고 이전 기사에 대한 피드백을 통해 상기한 바와 같이, 주요 배출이 이산화황 기체인 많은 금속광석 제련 시설이 전 세계에 존재합니다. 습식 석회석 FGD(WFGD) 세정은 이러한 응용 분야에서 검증된 공정이 되고 있습니다. [2]

반응 효율과 석회석 활용도를 결정하려면 스크러버 고형물의 정확한 분석이 중요합니다. 이 기사에서는 동료와 제가 1980년대 후반에 전력 산업 개척에 도움을 주었지만[3] 오늘날 많은 플랜트 직원에게는 생소할 수 있는 기술에 대해 설명합니다. 기술은 열중량 측정법(TGA)입니다. 분석 방법을 통해 우리는 시간이 많이 걸리고 종종 부정확한 습식 화학 테스트 방법을 제거하고 스크러버 성능을 향상시킬 수 있었습니다. 저는 이 개념을 두 번째 석탄 화력 발전소로 가져갔고, 그곳에서 TGA는 그 가치를 다시 한번 입증했습니다. [4]

열중량 분석을 통한 분석은 개념이 간단합니다. TGA는 샘플이 가열될 때 정확한 분석 저울에서 샘플의 무게를 측정하는 기능을 합니다. 일부 디자인의 주요 특징은 상단 장착 저울, 수직으로 지지되는 샘플 팬, 샘플 분석을 위해 올라가고 분석이 완료되면 내려가는 자동 작동로, 자동 샘플 로더, 기기 작동 및 데이터 분석을 위한 개인용 컴퓨터입니다. 퍼니스 구획에는 일반적으로 매니폴드, 튜브 시스템 및 자동화된 시료 전환 장치를 통해 구획에 연결된 병에 담긴 가스를 통해 다양한 대기에서 시료를 분석할 수 있는 포트가 있습니다. 질소는 일반적으로 공기와 함께 발생할 수 있는 산화 반응을 제거하는 불활성 대기를 제공합니다. 이 주제에 대한 추가 논의는 이 문서의 뒷부분에 나와 있습니다.

TGA는 정성적 도구가 아닌 정량적 도구이므로 작업자는 분석 전에 샘플의 주요 성분에 대해 잘 알고 있어야 합니다. 화합물이 서로 다른 별도의 온도에서 분해되면 원래 물질의 농도를 계산하기가 쉬워집니다. 습식 석회석 세정기 부산물은 이 기술에 적합합니다. (스크러버 공정 화학에 대한 더 자세한 설명은 참고문헌 1을 참조할 수 있습니다.) 다음 방정식은 습식 석회석 FGD 고형물의 분해 온도와 화학을 보여줍니다.

CaSO4·2H2O–>CaSO4 + 2H2O↑ (160oC ~ 200oC) Eq. 1

(CaSO3·CaSO4) ·½H2O–>CaSO3·CaSO4 + ½H2O↑ (400oC ~ 430oC) Eq. 2

CaCO3–>CaO + CO2↑ (650oC ~ 800oC) Eq. 삼

그림 2는 위에 나열된 세 가지 주요 성분을 모두 포함하는 참고문헌 4의 사전 건조된 스크러버 고형물 샘플에 대한 TGA 분석을 보여줍니다. 지금은 600oC에서 나타나는 분해를 무시하겠습니다. 이 문제는 곧 해결될 것입니다.

성분 농도를 결정하는 계산은 간단합니다. 석고의 분자량은 172이고, 배출되는 물의 분자량은 36이므로 중량감량(5.772%)에 172 ¼ 36(4.78)을 곱하여 초기 석고함량을 결정한다. 아황산칼슘-황산염 반수화물의 경우 계수는 131.9 ¼ 9(14.6)이며, 여기서 아황산칼슘 대 황산칼슘의 몰비는 85:15로 가정됩니다. 탄산칼슘 분해의 경우 계수는 100.1 ¼ 44(2.27)입니다. 따라서 그림 2에 표시된 분석의 경우 석고 함량은 27.6%, 황산칼슘-황산염 반수화물 함량은 12.0%, 탄산칼슘 함량은 22.3%입니다.