喷动床内半焦颗粒烟气脱硫技术研究

发布时间：2022-05-12 17:39

　　燃煤烟气中SO₂的排放不仅污染空气、危害健康，而且能够形成严重的酸雨，同时是对我们这样一个硫资源相对短缺国家的极大浪费。加快烟气脱硫和回收技术的研发已成为生存环境可持续发展的迫切需要。干法烟气脱硫工艺既可以脱除SO₂，又能实现硫资源的回收，使其具有良好的应用前景。本文提出将干法烟气脱硫工艺结合喷动床技术来脱除烟气中的SO₂，采用层燃锅炉烟气中分离出来的半焦颗粒作为干法脱硫的吸附剂，从而达到以废治废的目的。本文针对喷动床内半焦烟气脱硫技术问题，通过冷、热态实验手段，考察了半焦颗粒在喷动床内的流体力学特性和脱硫性能。建立了半焦脱硫动力学模型，结合气固两相双流体模型模拟了喷动床内半焦颗粒的脱硫过程，为实现喷动床半焦颗粒烟气脱硫技术的开发与工业化应用提供支持。通过等温氮吸附/脱附法和HK法解析得到半焦颗粒的微孔比表面积、孔容和微孔孔径分布曲线；采用电子显微镜对半焦颗粒孔隙结构进行观察，得出其微孔结构多为开孔狭缝型。采用Lennard-Jones势能函数得到了SO₂、O2、H2O和SO3分子与半焦微孔壁面相互... 

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
        1.1.1 我国 SO_2污染现状
        1.1.2 我国工业锅炉现状
    1.2 烟气脱硫研究概况
        1.2.1 干法脱硫剂研究现状
        1.2.2 干法脱硫机理和动力学研究现状
        1.2.3 干法脱硫反应器的研究现状
        1.2.4 喷动床反应器的研究现状
    1.3 喷动床使用半焦颗粒烟气脱硫技术的提出
    1.4 本文研究目的和主要内容
第2章 半焦颗粒的表征研究
    2.1 半焦
    2.2 半焦的工业分析
    2.3 半焦的表面特性
        2.3.1 半焦的比表面积和孔容
        2.3.2 半焦颗粒的微孔结构
        2.3.3 半焦颗粒的孔径分布
    2.4 半焦烟气脱硫的吸附势
    2.5 本章小结
第3章 喷动床内半焦流动特性实验研究
    3.1 实验系统及装置
    3.2 实验使用的半焦颗粒
    3.3 实验仪器与设备
        3.3.1 罗茨风机
        3.3.2 流量测试装置
        3.3.3 床层压降的测量装置
        3.3.4 动压测量装置
        3.3.5 气动闸阀
        3.3.6 数据采集系统
    3.4 实验操作步骤
    3.5 喷动床内半焦颗粒喷动特性研究
        3.5.1 床内喷动状态的形成
        3.5.2 床层压降和最小喷动速度
        3.5.3 床内气体速度分布
        3.5.4 喷射区直径
        3.5.5 壁面处颗粒速度
        3.5.6 半焦颗粒的损失速率
    3.6 喷动床中颗粒浓度的研究
        3.6.1 常用的颗粒浓度测试方法
        3.6.2 喷动床环隙区平均空隙率的研究
    3.7 本章小结
第4章 喷动床内半焦流动特性数值模拟
    4.1 研究方法
    4.2 气固两相流动的数学模型
        4.2.1 连续性方程与动量守恒方程
        4.2.2 固体颗粒相计算模型
        4.2.3 气固相间作用计算模型
        4.2.4 标准 k-ε湍流模型
    4.3 数值模拟过程
        4.3.1 模型的建立
        4.3.2 边界条件及初始条件
        4.3.3 模型结构与网格划分
        4.3.4 网格无关性验证
        4.3.5 气固两相流数值模拟
    4.4 实验与模拟对比
        4.4.1 喷泉区高度对比
        4.4.2 喷动床床层压降的对比
        4.4.3 喷射区气体速度对比
        4.4.4 壁面颗粒速度对比
        4.4.5 环隙区平均空隙率对比
    4.5 模拟结果与分析
        4.5.1 喷动床内气固的速度矢量
        4.5.2 喷动床内烟气量的分布
        4.5.3 喷动床内半焦颗粒速度分布
        4.5.4 颗粒拟温度分布
        4.5.5 半焦浓度非均匀度分布
    4.6 本章小结
第5章 喷动床内半焦烟气脱硫实验研究
    5.1 实验系统
        5.1.1 热态实验系统
        5.1.2 烟气的基本参数
    5.2 实验参数的测量
        5.2.1 SO_2和 O2气体浓度测量
        5.2.2 喷动床内温度测量
        5.2.3 烟气湿度的测量
    5.3 实验结果
        5.3.1 床内温度场分布
        5.3.2 喷动床与固定床脱硫性能比较
        5.3.3 半焦颗粒的脱硫过程
        5.3.4 传质系数的影响
        5.3.5 表观速度对脱硫效率的影响
        5.3.6 堆积高度对脱硫效率的影响
        5.3.7 喷动床内各组分浓度分布
    5.4 本章小结
第6章 喷动床内半焦烟气脱硫特性数值模拟
    6.1 数值模拟所用模型
        6.1.1 半焦脱硫反应动力学模型
        6.1.2 传热模型
        6.1.3 组分输运模型
        6.1.4 UDF 功能应用
    6.2 计算网格划分及边界条件
    6.3 模拟结果的分析
        6.3.1 喷动床内浓度的分布
        6.3.2 床内 SO_2浓度非均匀度的分布
        6.3.3 模拟值与实验值的对比
    6.4 影响喷动床脱硫效率的因素
        6.4.1 反应温度对脱硫效率的影响
        6.4.2 烟气含氧量对脱硫效率的影响
        6.4.3 烟气含湿量对脱硫效率的影响
    6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3652715