石灰石顆粒磨損特性與機制研究.pdf

1、石灰石顆粒磨損特性與機制研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：錢超然指導(dǎo)教師：張力教授專業(yè)：動力工程及工程熱物理學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)動力工程學(xué)院二O一三年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要當今能源形勢日趨嚴峻，碳排放量居高不下，隨之產(chǎn)生的溫室效應(yīng)和環(huán)境污染等問題成為全球的熱點。煅燒碳酸化反應(yīng)法是一種有效的鈣基吸收劑捕集CO2的方法。它具有反應(yīng)可循環(huán)、成本低廉等優(yōu)勢，越來越受到廣泛重視。石灰石以其儲量豐富、有效可靠、高性價比

2、和操作方便等優(yōu)點成為常用的鈣基吸附劑之一。在CO2捕集的流化床系統(tǒng)中，會發(fā)生顆粒與顆粒、顆粒與壁面之間的碰撞磨損作用，改變顆粒的粒徑分布與組成，進而影響床層的流化狀態(tài)和化學(xué)反應(yīng)過程。通過研究石灰石顆粒在床層中的磨損情況，研究其磨損特性和機制，建立起合理的數(shù)學(xué)模型來描述和預(yù)測石灰石的磨損狀態(tài)，對于研究吸收劑循環(huán)反應(yīng)穩(wěn)定性、提高吸收劑的吸收效率、減少運行成本以及CO2減排技術(shù)的推廣等方面有重要意義。本文采用渝北天然石灰石顆粒作為原料，在自行

3、搭建的流化床系統(tǒng)和顆粒碰撞系統(tǒng)實驗臺上開展了吸收劑顆粒磨損的實驗研究。按照機械磨損、熱磨損和化學(xué)磨損三個不同作用機制，對石灰石顆粒的磨損特性進行了實驗研究。在機械磨損中，研究了顆粒與壁面的碰撞作用，研究了碰撞速度、碰撞角度、碰撞次數(shù)等因素對顆粒碰撞后粒徑分布情況的影響規(guī)律；同時還研究了顆粒初始粒徑、流化風速、磨損時間等因素對顆粒磨損的影響規(guī)律，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式。在熱力磨損中，主要探討了床層溫度對顆粒磨損的影響規(guī)律。在化學(xué)磨損中，結(jié)

4、合吸收劑熱重實驗研究，分析了吸收劑化學(xué)分解作用的影響規(guī)律。結(jié)合電子顯微鏡拍攝的顆粒微觀圖像，對石灰石顆粒磨損機理進行了探討。研究表明，天然石灰石衰減率隨碰撞速度增大而降低；顆粒碰撞角度從0～65范圍內(nèi)變化衰減率呈現(xiàn)以30和45兩個分界點的“凹”型趨勢；碰撞產(chǎn)生細粉累積質(zhì)量分數(shù)、衰減率與碰撞次數(shù)皆呈線性增長關(guān)系；石灰石顆粒的初始粒徑越小，表面磨損越大，大顆粒磨損中破碎占主導(dǎo)作用；石灰石顆粒在流化床中磨損效果隨時間增長不均勻；細粉累計質(zhì)量分

5、數(shù)與時間的關(guān)系為衰減指數(shù)型增長關(guān)系；高溫條件下，初始粒徑越大，其磨損效果越強；隨氣速增大，磨損逐漸增大；500℃和750℃為兩個溫度界點；高溫條件下顆粒形成階梯型表面和紋理型表面兩種顆粒斷面；熱分析儀中石灰石顆粒煅燒產(chǎn)生較多紋理性顆粒，產(chǎn)生特殊的平行裂縫。本文的研究豐富了石灰石顆粒磨損特性和機理的研究成果，推進了鈣基吸收劑在流化床中磨損趨勢的深入研究，在一定程度上為鈣基吸收劑在流化床中利用提供了實驗基礎(chǔ)和理論依據(jù)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：石灰石顆