燃煤多种污染物一体化协同脱除机理及反应射流直接数值模拟DNS的研究
发布时间：2020-04-23 15:56
【摘要】：随着我国经济社会的快速发展，能源与环境问题日益凸现。我国以燃煤为主的能源格局在相当长的一段时期内不会出现大的变化，而燃煤过程中产生的NO_x，SO_2，Hg等污染物对我国大气环境日益构成严重危害。目前针对各污染物开展逐一治理的做法不但浪费投资，而且增加额外运行费用，借鉴发达国家成功经验，开展燃煤多种污染物一体化协同脱除的研究具有重要意义。 针对目前我国脱硫正大量采用成熟湿法烟气脱硫WFGD技术，本文的研究主要以NO_x控制为侧重点，同时考虑与SO_2，Hg，HCI，HF等污染物的同时脱除。在对煤粉再燃、SNCR等机理研究的基础上，结合我国国情，提出了以污染物同时脱除、高效率、低投资、低运行成本为目的的多种技术有机组合应用新思路。国内首次提出了利用臭氧氧化结合碱液吸收的多种污染物一塔多脱新技术，并对炉内控制结合臭氧尾部多脱技术在300MW机组进行了初步方案设计，为我国污染物脱除领域提出了一条新的解决方案。针对扩散、混合过程对于各污染物控制过程中的重要影响，本文利用并行计算的方法，结合详细基元反应对二维反应射流进行了直接数值模拟，其中H_2／N_2火焰主要与加州大学Berkley分校Cabra博士的试验进行对比，以验证我们开发的并行反应射流程序的正确性，在此基础上对污染物脱除过程中O_3氧化NO_x过程进行了直接数值模拟，并对反应射流中涡的结构性状、运动特性以及合并撕裂过程进行了分析。 本文首先采用微观分析的方法对神华煤燃烧过程中燃料型NO_x的析出动态过程进行了跟踪分析，结果发现挥发份NO_x是燃料型NO_x的主要生成形式，占66.17～74.87％，高温条件下挥发份析出速率快，煤粉颗粒周围局部还原性气氛加强，NO_x析出总量减少，试验中1200℃相对1100℃和1000℃析出总量最少。挥发份析出时刻的氧量气氛对于挥发份NO_x的生成具有重要影响，本文首次引入挥发份化学当量比SRV的概念对其进行表征，传统一次风采取SRV=1.0～1.25的配风比例显然不利于低NO_x的控制，要有效抑制NO_x的生成，应在满足输送条件的基础上，至少控制SRV＜1.0。 在煤粉再燃机理研究过程中，采用管式炉微观堆积燃烧过程与沉降炉悬浮燃烧相结合的手段，对煤粉再燃微观机理、煤粉细度、再燃比例、温度、气氛等进行了分析。微观试验结果发现煤粉再燃过程呈典型的三阶段分布：1)．再燃煤粉早期NO_x生成过程，，2)．挥发份均相还原过程和3)．焦炭非均相还原过程。第一阶段NO的生成与第三阶段焦炭非均相还原过程与O_2关系不大，而挥发份的均相还原对于环境O_2非常敏感，并且对于NO_x脱除作用最大，试验发现O_2量8％(SRV=1.27)是NO还原有效与否的分界线，要取得有效的脱硝效果O_2至少应小于5％(SRV＜0.8)。沉降炉中进行的试验结果表明：最佳再燃比例为20～25％，最佳再燃温度为1300℃，最佳再燃区化学当量比在0.8～1.0，再燃过程中的气氛控制比再燃比例更加重要，再燃区停留时间应在0.4～0.6s为
【图文】：
SNCR和臭氧氧化部分机理研究在多层石英管式栓塞流反应器中进NCR的半工业性试验研究主要在沉降炉中完成;臭氧的生存周期以反应在U型管式反应器中进行。烟气成分采用罗斯蒙特公司的NG仪，在线连续测量，测量数据由电脑按2一105/次的速率采样记录;INUsA公司的NI20OO型高精度臭氧分析仪测量。本章主要对以上方法进行详细的论述。层石英管栓塞流反应器石英管反应器，采用单管结构电炉加热，在应用当中存在一系列问均匀，温度曲线呈典型梯形分布;其次，反应器很难做到反应气体经历从低温到高温的动态过程，这给动力学研究带来一系列困难。用双管加热来完成气体的预热[，44451，但两管连接处温度已有较大降，尤其对于均相反应动力学的研究存在较大误差。但在气固两相反到固体进样问题，仍多采用单管结构。
由于两根预热管路的叠加，流通面积突然减小，形成两股反应气体在入口处的高速混合，尽可能避免了混合、预热等因素对于反应过程的影响。冷却段采用空气进行冷却。当总流量控制在IU而n条件下时，反应段停留时间为33.3厅秒，其中T为反应温度，单位K。2，ZU型管式反应器在研究臭氧与NOxSl02舰g等污染物之间反应动力学过程时，由于有效反应温度<300℃，采用电炉加热往往存在低温条件下电炉控温能力下降的问题，另外多层石英管栓塞流反应器停留时间过短，造成臭氧生存周期测量的困难。这里设计了采用油浴加热的U型管式反应器，结构如图2一2所示。油浴锅的有效容积l.Om*0.巧m*0.巧m，采用甲基硅油作为加热介质，最高温度300℃，控温精度士.05℃，由江苏金坛富华实验器材厂定制。U型管总长约1.%m，内径10.srnln，沿程为非均匀布置，共有13个测试点。总流量维持IU而n时的停留时间分布如图中所示，从最短0.125到最长or.16s不等，具体见图中标注。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：X701
本文编号：2637901
【图文】：
SNCR和臭氧氧化部分机理研究在多层石英管式栓塞流反应器中进NCR的半工业性试验研究主要在沉降炉中完成;臭氧的生存周期以反应在U型管式反应器中进行。烟气成分采用罗斯蒙特公司的NG仪，在线连续测量，测量数据由电脑按2一105/次的速率采样记录;INUsA公司的NI20OO型高精度臭氧分析仪测量。本章主要对以上方法进行详细的论述。层石英管栓塞流反应器石英管反应器，采用单管结构电炉加热，在应用当中存在一系列问均匀，温度曲线呈典型梯形分布;其次，反应器很难做到反应气体经历从低温到高温的动态过程，这给动力学研究带来一系列困难。用双管加热来完成气体的预热[，44451，但两管连接处温度已有较大降，尤其对于均相反应动力学的研究存在较大误差。但在气固两相反到固体进样问题，仍多采用单管结构。
由于两根预热管路的叠加，流通面积突然减小，形成两股反应气体在入口处的高速混合，尽可能避免了混合、预热等因素对于反应过程的影响。冷却段采用空气进行冷却。当总流量控制在IU而n条件下时，反应段停留时间为33.3厅秒，其中T为反应温度，单位K。2，ZU型管式反应器在研究臭氧与NOxSl02舰g等污染物之间反应动力学过程时，由于有效反应温度<300℃，采用电炉加热往往存在低温条件下电炉控温能力下降的问题，另外多层石英管栓塞流反应器停留时间过短，造成臭氧生存周期测量的困难。这里设计了采用油浴加热的U型管式反应器，结构如图2一2所示。油浴锅的有效容积l.Om*0.巧m*0.巧m，采用甲基硅油作为加热介质，最高温度300℃，控温精度士.05℃，由江苏金坛富华实验器材厂定制。U型管总长约1.%m，内径10.srnln，沿程为非均匀布置，共有13个测试点。总流量维持IU而n时的停留时间分布如图中所示，从最短0.125到最长or.16s不等，具体见图中标注。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：X701
【引证文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 张先中;废轮胎胶粉再燃脱硝性能的研究[D];东华大学;2007年
本文编号：2637901
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