噴動(dòng)床內(nèi)半焦顆粒煙氣脫硫技術(shù)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(yán)重的酸雨，同時(shí)是對(duì)我們這樣一個(gè)硫資源相對(duì)短缺國(guó)家的極大浪費(fèi)。加快煙氣脫硫和回收技術(shù)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(shí)現(xiàn)硫資源的回收，使其具有良好的應(yīng)用前景。本文提出將干法煙氣脫硫工藝結(jié)合噴動(dòng)床技術(shù)來(lái)脫除煙氣中的SO2，采用層燃鍋爐煙氣中分離出來(lái)的半焦顆粒作為干法脫硫的吸附劑，從而達(dá)到以廢治廢的目的。
　　 本文針對(duì)噴動(dòng)床內(nèi)

2、半焦煙氣脫硫技術(shù)問題，通過冷、熱態(tài)實(shí)驗(yàn)手段，考察了半焦顆粒在噴動(dòng)床內(nèi)的流體力學(xué)特性和脫硫性能。建立了半焦脫硫動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)合氣固兩相雙流體模型模擬了噴動(dòng)床內(nèi)半焦顆粒的脫硫過程，為實(shí)現(xiàn)噴動(dòng)床半焦顆粒煙氣脫硫技術(shù)的開發(fā)與工業(yè)化應(yīng)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(duì)半焦顆?？紫督Y(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，得出其微孔結(jié)構(gòu)多為開孔狹縫型。采用Lennard-Jones

3、勢(shì)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(shì)曲線，并得出相應(yīng)的最小吸附勢(shì)能，通過比較說(shuō)明半焦顆粒對(duì)SO2分子的吸附能力較強(qiáng)，其對(duì)SO2分子的吸附勢(shì)能相當(dāng)于吸附特性較好的活性炭顆粒的75％。所以可應(yīng)用半焦替代活性炭進(jìn)行脫硫。
　　 噴動(dòng)床內(nèi)半焦流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬方法均得到：噴動(dòng)床內(nèi)半焦顆粒可以形成穩(wěn)定的噴射區(qū)、環(huán)隙區(qū)和噴泉區(qū)的三區(qū)流動(dòng)結(jié)構(gòu)。隨著表觀氣速的增大，噴動(dòng)床的噴泉高度逐漸升高，噴射直徑逐

4、漸擴(kuò)大，壁面處顆粒速度逐漸增加。采用環(huán)-核流動(dòng)模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)得到的噴動(dòng)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(dòng)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(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，為模擬熱態(tài)情況下噴動(dòng)床內(nèi)半焦煙氣脫硫打下基礎(chǔ)。
　　 通過實(shí)驗(yàn)得到床層壓降隨表觀氣速的變化的情況，得到了噴動(dòng)床不同床高下的最小噴動(dòng)速度和最大床層壓降，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行比較，得出噴

5、動(dòng)床靜床高在250到350 mm范圍內(nèi)，Mathur和Gishler等人得到的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c實(shí)驗(yàn)吻合較好；通過對(duì)不同工況下噴動(dòng)床內(nèi)半焦損失率的測(cè)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?yàn)研究得出：噴動(dòng)床比固定床具有較好的傳熱性能。另外，噴動(dòng)床的脫硫效率要比固定床大約高10%，說(shuō)明噴動(dòng)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(dòng)結(jié)構(gòu)有利于半焦對(duì)煙氣中SO2的脫除。通過對(duì)不同表觀速度下噴動(dòng)床脫硫

6、效率的測(cè)量，得到脫硫效率隨著表觀速度的增加呈現(xiàn)峰型分布，說(shuō)明噴動(dòng)床內(nèi)半焦顆粒的脫硫過程受到對(duì)流傳質(zhì)和停留時(shí)間兩個(gè)因素的限制。通過實(shí)驗(yàn)得到噴動(dòng)床的最優(yōu)脫硫表觀速度為：Umx=1.23～1.45.Ums；通過對(duì)不同堆積床高下噴動(dòng)床脫硫效率的測(cè)量得到：噴動(dòng)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(dòng)力學(xué)，應(yīng)用雙流體模型來(lái)模擬噴動(dòng)床內(nèi)氣固的相互作用?；贚-H動(dòng)力學(xué)理論，建立了半焦脫硫的非均相催化

7、反應(yīng)速率模型，并求解了脫硫反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。根據(jù)得到的脫硫動(dòng)力學(xué)模型，應(yīng)用“UDF”對(duì)Fluent計(jì)算軟件進(jìn)行了二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了床內(nèi)氣固流動(dòng)與化學(xué)反應(yīng)的耦合。通過模擬計(jì)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(duì)噴動(dòng)床內(nèi)半焦顆粒脫硫過程進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。在優(yōu)化模擬中得出：噴動(dòng)床的脫硫效率隨著反應(yīng)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(duì)脫硫速率的影響更加顯著。