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烟气循环流化床同时脱硫脱硝实验研究

作　者: 许佩瑶
导　师: 赵毅
学　校: 华北电力大学（河北）
专　业: 热能工程
关键词: 烟气循环流化床同时脱硫脱硝高活性吸收剂机理数学模型
分类号: X701
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本论文查阅了关于锅炉烟气脱硫脱硝技术研究的大量文献并进行了综述;以粉煤灰、工业石灰、添加剂为原料、制备了“富氧型”高活性吸收剂,在循环流化床(CFB)上实现了模拟烟气的同时脱硫脱硝;对吸收剂脱硫脱硝反应产物形态和微区形貌进行了分析,探讨了“富氧型”高活性吸收剂的同时脱硫脱硝机理;根据已有实验结果和机理的研究分析,建立了不同流态下的脱硫和脱硝数学模型。本研究工作对于开发相对简单、技术可靠、经济实用、有自主知识产权的新型烟气同时脱硫脱硝技术具有十分重要的意义。首次以飞灰、工业石灰、氧化性添加剂为原料,制备了“富氧型”高活性吸收剂,该吸收剂具有良好的同时脱硫脱硝性能。在固定床实验台上验证了所制备吸收剂的性能,筛选出了M、C两种氧化性添加剂;并初步研究了吸收剂的含水量、烟气温度、烟气中二氧化硫、氮氧化物浓度等重要因素对脱除效果的影响。根据固定床实验结果,放大实验条件,首次在管道喷射反应装置上进行了模拟烟气的同时脱硫脱硝实验。研究了动态实验条件下影响脱硫脱硝效率的因素,确定了管道喷射同时脱硫脱硝的最佳工艺条件。采用“富氧型”高活性吸收剂,首次在循环流化床装置(CFB)进行了烟气同时脱硫脱硝实验,探讨了影响高活性收剂脱硫脱硝效率的诸因素,确定了最佳工况条件:当Ca/(S+N)为1.2、添加剂含量为1.6%、入口烟气温度为130℃、湿度为6.58%时,C吸收剂的脱硫脱硝效率达到了93.7%和65.5%;M吸收剂的脱硫脱硝效率达到了94.5%和64.2%。实验结果表明,烟气循环流化床技术稳定,装置运行可靠,工艺简单,对工业应用具有指导意义。对吸收剂在CFB上脱硫脱硝反应产物进行了化学分析和微区形貌分析。结果显示“富氧型”高活性吸收剂颗粒表面具有多孔特性;氧化性添加剂主体元素在“富氧型”高活性吸收剂表面分布均匀;脱硫产物主要为硫酸盐,脱硝产物主要为亚硝酸盐。首次提出了CFB内主要化学反应历程和脱除机理。通过对床内流场和温度场的分析,建立了不同流态化下烟气循环流化床物理模型和温度模型。在此基础上,针对床内喷水增湿活化脱硫脱硝时高活性吸收剂的三种不同物态,建立了基于高活性吸收剂的烟气循环流化床脱硫模型,并首次建立了脱硝模型;同时利用模型模拟了各种参数对脱硫脱硝效率的影响。经实验校核模型误差在5.2%以内。与同类模型相比,该模型具有更高的精度,可用于大型工业应用的设计、计算和效率预测。

全文目录

中文摘要  5-6
英文摘要  6-7
主要符号表  7-13
第一章绪论  13-24
  1.1 二氧化硫及氮氧化物的污染现状  13
  1.2 烟气脱硫脱硝技术研究现状  13-20
    1.2.1 烟气脱硫技术  13-16
    1.2.2 烟气脱硝技术  16-17
    1.2.3 烟气同时脱硫脱硝技术  17-20
  1.3 烟气循环流化床脱硫脱硝技术研究现状  20-21
  1.4 论文研究背景  21-22
  1.5 论文研究内容  22-23
  1.6 本章小结  23-24
第二章添加剂筛选及“富氧型”高活性吸收剂制备方法研究  24-34
  2.1 高活性吸收剂研究现状  24-25
  2.2 “富氧型”高活性吸收剂制备  25-27
    2.2.1 原料及仪器  26
    2.2.2 制备方法  26-27
  2.3 吸收剂物理特性分析  27-28
  2.4 结果与讨论  28-32
    2.4.1 添加剂加入方式的选择  28-29
    2.4.2 添加剂的筛选  29
    2.4.3 影响脱硫脱硝效率的因素  29-32
  2.5 本章小结  32-34
第三章管道喷射脱硫脱硝实验  34-41
  3.1 实验系统  34-35
  3.2 结果与讨论  35-40
    3.2.1 添加剂筛选实验  35-36
    3.2.2 Ca/(S+N)对脱除效率的影响  36-37
    3.2.3 添加剂含量对脱除效率的影响  37-38
    3.2.4 温度对脱除效率的影响  38
    3.2.5 湿度对脱除效率的影响  38-40
    3.2.6 不同添加剂M 和C 的脱硝效率不同原因分析  40
  3.3 本章小结  40-41
第四章烟气循环流化床同时脱硫脱硝实验研究  41-56
  4.1 实验系统  41-43
  4.2 实验方法  43
  4.3 实验参数的确定  43-44
  4.4 结果与讨论  44-54
    4.4.1 有关计算  44-45
    4.4.2 添加剂含量对脱硫脱硝效率影响  45-46
    4.4.3 停留时间对脱硫脱硝效率的影响  46-47
    4.4.4 Ca/(S+N)对脱硫脱硝效率的影响  47-48
    4.4.5 循环倍率对钙利用率的影响  48-49
    4.4.6 反应器入口烟气温度对脱硫脱硝效率的影响  49-50
    4.4.7 反应器入口 SO_2 和 NO 浓度对脱硫脱硝效率的影响  50-52
    4.4.8 模拟烟气的含湿量对脱硫脱硝效率的影响  52-54
  4.5 烟气循环流化床同时脱硫脱硝平行实验  54
  4.6 本章小结  54-56
第五章基于高活性吸收剂的烟气循环流化床同时脱硫脱硝机理研究  56-77
  5.1 烟气循环流化床脱硫脱硝机理概述  56-57
  5.2 脱硫脱硝产物分析及床内化学反应过程  57-60
    5.2.1 产物成分分析  57-58
    5.2.2 床内化学反应过程  58-60
  5.3 粉煤灰、石灰、吸收剂反应前后微区形貌及能谱成分分析  60-76
    5.3.1 实验仪器  61-62
    5.3.2 实验方法  62
    5.3.3 结果与讨论  62-76
  5.4 本章小结  76-77
第六章基于高活性吸收剂的烟气循环流化床脱硫脱硝数学模型  77-116
  6.1 烟气循环流化床脱硫脱硝过程模拟的研究现状  78-80
  6.2 烟气循环流化床速度场和浓度场分析  80-88
    6.2.1 烟气循环流化床内流动状态确定  81-83
    6.2.2 流动状态判别公式中参数的确定  83-85
    6.2.3 烟气和颗粒速度场的确定  85-86
    6.2.4 空隙率分布（颗粒浓度分布）的计算  86-88
  6.3 烟气循环流化床温度模型  88-92
    6.3.1 烟气循环流化床温度模型  88-89
    6.3.2 温度模型参数的计算  89-92
  6.4 烟气循环流化床脱硫模型  92-103
    6.4.1 吸收剂颗粒与水滴碰撞的分析  92-93
    6.4.2 烟气循环流化床的浆滴脱硫反应模型  93-95
    6.4.3 烟气循环流化床干燥再循环吸收剂颗粒的脱硫反应模型  95-96
    6.4.4 烟气循环流化床干燥新鲜吸收剂颗粒的脱硫反应模型  96-97
    6.4.5 输送态烟气循环流化床总的脱硫反应模型  97-100
    6.4.6 快速流态化烟气循环流化床总的脱硫反应模型  100
    6.4.7 脱硫模型中各参数的确定  100-103
  6.5 脱硫模型的计算结果与分析  103-111
    6.5.1 脱硫模型的编程计算  103-104
    6.5.2 温度、脱硫率在床内的变化曲线  104-105
    6.5.3 各种参数对脱硫率的影响  105-109
    6.5.4 含水颗粒和干燥颗粒各自对脱硫率的贡献  109-110
    6.5.5 脱硫模型的误差分析  110-111
  6.6 脱硝模型的建立和计算结果  111-114
    6.6.1 烟气循环流化床脱硝机理和脱硝模型  111-113
    6.6.2 脱硝模型的计算结果及分析  113-114
  6.7 本章小结  114-116
第七章结论与展望  116-119
  7.1 结论  116-118
  7.2 展望  118-119
参考文献  119-127
致谢  127-128
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果  128-130
详细摘要  130-147

烟气循环流化床同时脱硫脱硝实验研究

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