噴動床內(nèi)半焦顆粒煙氣脫硫技術研究.pdf

1、燃煤煙氣中SO2的排放不僅污染空氣、危害健康，而且能夠形成嚴重的酸雨，同時是對我們這樣一個硫資源相對短缺國家的極大浪費。加快煙氣脫硫和回收技術的研發(fā)已成為生存環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。干法煙氣脫硫工藝既可以脫除SO2，又能實現(xiàn)硫資源的回收，使其具有良好的應用前景。本文提出將干法煙氣脫硫工藝結合噴動床技術來脫除煙氣中的SO2，采用層燃鍋爐煙氣中分離出來的半焦顆粒作為干法脫硫的吸附劑，從而達到以廢治廢的目的。
　　 本文針對噴動床內(nèi)

2、半焦煙氣脫硫技術問題，通過冷、熱態(tài)實驗手段，考察了半焦顆粒在噴動床內(nèi)的流體力學特性和脫硫性能。建立了半焦脫硫動力學模型，結合氣固兩相雙流體模型模擬了噴動床內(nèi)半焦顆粒的脫硫過程，為實現(xiàn)噴動床半焦顆粒煙氣脫硫技術的開發(fā)與工業(yè)化應用提供支持。
　　 通過等溫氮吸附/脫附法和HK法解析得到半焦顆粒的微孔比表面積、孔容和微孔孔徑分布曲線；采用電子顯微鏡對半焦顆粒孔隙結構進行觀察，得出其微孔結構多為開孔狹縫型。采用Lennard-Jones

3、勢能函數(shù)得到了SO2、O2、H2O和SO3分子與半焦微孔壁面相互作用的吸附勢曲線，并得出相應的最小吸附勢能，通過比較說明半焦顆粒對SO2分子的吸附能力較強，其對SO2分子的吸附勢能相當于吸附特性較好的活性炭顆粒的75％。所以可應用半焦替代活性炭進行脫硫。
　　 噴動床內(nèi)半焦流動特性實驗與數(shù)值模擬方法均得到：噴動床內(nèi)半焦顆?？梢孕纬煞€(wěn)定的噴射區(qū)、環(huán)隙區(qū)和噴泉區(qū)的三區(qū)流動結構。隨著表觀氣速的增大，噴動床的噴泉高度逐漸升高，噴射直徑逐

4、漸擴大，壁面處顆粒速度逐漸增加。采用環(huán)-核流動模型，結合實驗得到的噴動床的噴射直徑和環(huán)隙區(qū)顆粒平均流速等參數(shù)，得到了噴動床環(huán)隙區(qū)平均空隙率的分布規(guī)律：環(huán)隙區(qū)空隙率隨表觀氣速的提高而增大，隨著床層高度的增加而降低。數(shù)值模擬結果與實驗結果吻合良好，為模擬熱態(tài)情況下噴動床內(nèi)半焦煙氣脫硫打下基礎。
　　 通過實驗得到床層壓降隨表觀氣速的變化的情況，得到了噴動床不同床高下的最小噴動速度和最大床層壓降，并將實驗結果與經(jīng)驗模型進行比較，得出噴

5、動床靜床高在250到350 mm范圍內(nèi)，Mathur和Gishler等人得到的經(jīng)驗模型與實驗吻合較好；通過對不同工況下噴動床內(nèi)半焦損失率的測量表明：在相同的表觀速度下，堆積床高越高，其顆粒損失速率越大。
　　 通過熱態(tài)脫硫?qū)嶒炑芯康贸觯簢妱哟脖裙潭ù簿哂休^好的傳熱性能。另外，噴動床的脫硫效率要比固定床大約高10%，說明噴動床內(nèi)特有的噴射區(qū)、環(huán)隙區(qū)和噴泉區(qū)的三區(qū)流動結構有利于半焦對煙氣中SO2的脫除。通過對不同表觀速度下噴動床脫硫

6、效率的測量，得到脫硫效率隨著表觀速度的增加呈現(xiàn)峰型分布，說明噴動床內(nèi)半焦顆粒的脫硫過程受到對流傳質(zhì)和停留時間兩個因素的限制。通過實驗得到噴動床的最優(yōu)脫硫表觀速度為：Umx=1.23～1.45.Ums；通過對不同堆積床高下噴動床脫硫效率的測量得到：噴動床堆積高度增加55 mm，其脫硫效率大約提高8%～10%。
　　 基于氣固兩相流體動力學，應用雙流體模型來模擬噴動床內(nèi)氣固的相互作用?；贚-H動力學理論，建立了半焦脫硫的非均相催化

7、反應速率模型，并求解了脫硫反應的動力學參數(shù)。根據(jù)得到的脫硫動力學模型，應用“UDF”對Fluent計算軟件進行了二次開發(fā)，實現(xiàn)了床內(nèi)氣固流動與化學反應的耦合。通過模擬計算，得到床內(nèi)速度矢量、氣量分布、顆粒速度和顆粒擬溫度的分布情況，并對噴動床內(nèi)半焦顆粒脫硫過程進行有效預測，計算結果與實驗結果吻合良好。在優(yōu)化模擬中得出：噴動床的脫硫效率隨著反應溫度的提高而降低，隨著煙氣中含氧量和蒸汽量的增加而提高，煙氣中蒸汽含量對脫硫速率的影響更加顯著。