多元溶液濕法撞擊流燃煤煙氣同時脫硫脫硝的機理研究

目前，我國燃煤煙氣排放污染嚴重，制約著我國社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。當前煙氣脫硫脫硝方法普遍存在設備投資大、運行成本高、能耗大、工藝復雜及資源化回收困難等問題。因此，探索一種創(chuàng)新性的低成本、高效的同時脫除煙氣中SO2、NOx及資源化利用，是我國當前亟待突破的難題。本課題主要針對燃煤電廠煙氣的SO2和NOX同時脫除及其資源化過程中的相關科學問題開展了系統(tǒng)的研究。在煙氣SO2和NOX同時脫除方面，從試驗、熱力學計算和動力學模型三個層面考察了氨基溶液對燃煤鍋爐尾氣中SO2和NOX的脫除機理，發(fā)現(xiàn)了NO氣相氧化是脫除NO的決定性機制，以及SO2和添加劑與氮氧化物的協(xié)同促進脫除機制，提出了H2O2/鐵基材料異相芬頓反應耦合氨基溶液同時脫硫脫硝的新方法，結(jié)合對系統(tǒng)內(nèi)相關參數(shù)的實驗探究結(jié)果和現(xiàn)代表征手段探究了該系統(tǒng)的相關反應機理，在該系統(tǒng)上實現(xiàn)了脫硫和脫硝效率分別為99.8％和92.5％，為實現(xiàn)燃煤電廠煙氣的“低成本零排放”探索出了重要的技術方案。在撞擊流反應器氣液兩相流流體動力學與多組分污染物復雜化學反應之間耦合機制的研究方面，進行了氨基溶液濕法撞擊流同時脫硫脫硝的數(shù)值模擬與試驗驗證研究。采用雙歐拉和歐拉-拉格朗日法對氣液兩相流進行數(shù)值計算，完成了對氣相或是兩相撞擊流物理模型的構建和分析，結(jié)合尿素溶液濕法同時脫硫脫硝的反應機理，并基于雙膜理論對撞擊流物理模型進行化學反應的耦合，獲得了尿素溶液濕法撞擊流同時脫硫脫硝的脫硫脫硝效率隨結(jié)構參數(shù)和工況的變化特性與趨勢，為撞擊流反應器的優(yōu)化設計和最佳工況的選擇提供了參考。在數(shù)值模擬研究的基礎上，建立了多元吸收液濕法撞擊流燃煤煙氣同時脫硫脫硝的實驗系統(tǒng)，驗證了數(shù)值模擬的研究結(jié)果，同時也為進一步改進和優(yōu)化濕法撞擊流煙氣同時脫硫脫硝的理論模型提供了重要的參考指標。在氨基脫硫脫硝廢液資源化利用方面，系統(tǒng)地研究了操作參數(shù)對氨基脫硫脫硝廢液電解制備高附加值過硫酸銨的影響，并深入探究了吸收液電解制備過硫酸銨的反應機理。詳細地研究了副產(chǎn)物資源化過程中尾液對煙氣同時脫硫脫硝的影響特性，分析了粉塵和重金屬對氨基脫硫脫硝廢液電解制備高附加值過硫酸銨的影響，并提出了一種氨基濕法脫硫脫硝工藝與吸收液電解資源化循環(huán)利用耦合的新型綠色高效的煙氣凈化技術路線。本課題研究豐富了濕法燃煤煙氣多組分污染物（SO2和NOx）同時脫除的理論，推進了燃煤煙氣凈化技術的進步與發(fā)展。 2100433B

無二次污染的低成本、高效、副產(chǎn)物資源化利用的煙氣同時脫硫脫硝方法是發(fā)展趨勢。本項目提出的新方法，融合了氨、尿素、以及同時脫硫脫硝過程中生成的亞硫酸銨和亞硝酸的理化特性，使吸收劑與中間產(chǎn)物之間形成協(xié)同促進機制；對關鍵性的NOx脫除，先采用液相添加劑提高NOx氧化度和溶解度，再利用脫硫生成的亞硫酸銨對NOx還原分解性能和尿素對亞硝酸的分解特性，實現(xiàn)NOx高效脫除和副產(chǎn)物簡單、易分離的目標；此外，引入撞擊流技術強化氣液間混合、湍動和熱質(zhì)傳遞，進一步提高煙氣污染物的脫除效率；運用雙膜理論建立氣液兩相流動與煙氣同時脫硫脫硝反應相耦合的數(shù)學模型，通過試驗和數(shù)值模擬研究，揭示多元吸收液濕法煙氣同時脫硫脫硝的反應機理，掌握撞擊流氣液兩相流動與煙氣同時脫硫脫硝的復雜化學反應耦合機制。本研究將形成濕法燃煤煙氣二氧化硫和氮氧化物同時脫除的新理論和方法，為將來開發(fā)新型、具有自主知識產(chǎn)權的環(huán)保技術提供科學理論支撐。

本課題立足低速撞擊（小于15m/s）,通過動、靜力實驗、三維有限元模擬和理論推導系統(tǒng)研究了充壓管道沖擊動力行為和失效機理。 管道正向撞擊實驗考察因素涵蓋介質(zhì)類型、充壓水平、撞擊體形狀、撞擊位置，首次清楚揭示了介質(zhì)質(zhì)量和充壓水平共同主導管道動力行為的機理，并明確對于低速撞擊問題，相比介質(zhì)質(zhì)量，充壓水平起首要主導作用?？缰泻?/4跨處發(fā)生撞擊將引起管道首先在撞擊區(qū)產(chǎn)生局部變形，隨之管段發(fā)生整體彎曲變形，因塑性耗能區(qū)域增大導致失效能量提高；根部位置承受撞擊將引起管道脆性剪切破壞，其對應失效能量最小。內(nèi)充壓力介質(zhì)因可有效阻止撞擊區(qū)域局部變形開展，導致管道整體變形比份增大，促使失效模式由撞擊區(qū)域向管道根部轉(zhuǎn)移。內(nèi)壓的升高較小程度上影響管道最終塑性變形，卻顯著改變局部變形與整體變形比值，從而導致管道失效能量的極大降低。刀形撞擊體因與管道接觸面積較半圓形和楔形小，塑性耗能區(qū)域過于集中從而導致失效能量最小。 斜向撞擊下，管道將經(jīng)歷撞擊瞬時局部變形，隨之撞擊體與管道摩擦滑移以及全管段整體彎曲變形耦合過程。摩擦滑移的存在將導致管道截面扁平化范圍較正向撞擊局部變形區(qū)域加大，從而產(chǎn)生更大的塑性耗能能力，導致管道失效能量高于正向撞擊工況。內(nèi)充壓力介質(zhì)的存在將顯著降低撞擊體與管道的摩擦滑移距離，導致失效能量降低。 選用水、空氣和干沙為內(nèi)充介質(zhì)進行的四點彎曲實驗表明，薄壁管道將在加載前期經(jīng)歷截面扁平化，后期在某個截面集中發(fā)展塑性，形成“結(jié)節(jié)”，整體彎曲行為呈現(xiàn)明顯的前期彈性-中期塑性強化-后期軟化特點。內(nèi)充介質(zhì)和壓力水平可以顯著提高管道的臨界曲率和彎矩，其提升程度取決于介質(zhì)性質(zhì)和壓力水平。 基于ABAQUS程序，應用其自帶的Surface based Fluid Cavity功能模擬管道內(nèi)充介質(zhì)和壓力水準，可以實現(xiàn)對充壓管道動力響應行為的精細模擬?；诠艿雷冃魏髽嬓停⒖紤]內(nèi)壓和介質(zhì)質(zhì)量影響，采用實驗測量的彎矩-曲率關系描述管道彎曲行為，本課題推導了基于線元的管道大變形運動方程，實現(xiàn)了應用簡單梁單元進行充壓管道動力行為的模擬。 本項目所開展的實驗研究成果清晰、明確地回答了諸如介質(zhì)壓力，撞擊形狀、位置、角度等因素影響充壓管道沖擊動力行為的機理；基于有限元軟件的數(shù)值模擬為高效分析管道響應提供了行之有效的路徑；理論推導的基于梁單元的分析方法為建立簡化、可靠的管道安全性設計、評價理論提供了新思路。

偶然事件造成的撞擊加載通常會造成充壓管道失效，從而引起災難性后果。管道抗撞技術的進一步發(fā)展迫切需要對其可能承受的復雜撞擊工況以及具有普遍代表意義的響應模式進行深入研究。本項目擬采用系統(tǒng)試驗、數(shù)值模擬、理論推導手段針對充壓管道低速撞擊行為開展研究。首先，針對撞擊角度、位置發(fā)生改變的工況進行系統(tǒng)試驗，通過解析管道變形、內(nèi)壓等變量的瞬態(tài)發(fā)展過程，探明撞擊參數(shù)與響應模式之間的連接關系和相互作用機理。然后，基于試驗數(shù)據(jù)和有限元參數(shù)分析，總結(jié)、歸納管道在撞擊過程中內(nèi)力、變形、能量等參數(shù)的分布特征和演變規(guī)律，揭示對應不同撞擊工況的管道響應模式和失效機理。最后，針對高壓管道整體變形特點，基于大變形動力學控制方程，發(fā)展考慮液固耦合效應并適用于管道分析的簡化梁模型計算方法。本項目的研究成果將為全面、清晰的認識充壓管道撞擊行為提供試驗和理論依據(jù)，同時也將為建立高效的管道安全性設計、評價理論提供新思路。

本項目主要研究雙相傳動Hy-Vo齒形鏈系統(tǒng)的多元變異及其嚙合機理。重點研究雙相傳動Hy-Vo齒形鏈系統(tǒng)的雙相疊加原理及其諧應關系、不同嚙合機制鏈節(jié)有序排列規(guī)律及其變異嚙合機制的設計準則、鏈及鏈輪的新齒形設計方法、鏈與鏈輪的接觸動態(tài)響應和噪聲頻譜；通過研究揭示雙相傳動Hy-Vo齒形鏈多元變異的耦合效應及其對系統(tǒng)多邊形效應和中心距變動量的影響規(guī)律，構建雙相傳動Hy-Vo齒形鏈嚙合設計體系，并建立相關嚙合方程，提出雙相傳動Hy-Vo齒形鏈-雙相鏈輪-刀具系統(tǒng)的正確嚙合條件，形成適用于雙相傳動的新型多元變異Hy-Vo齒形鏈系統(tǒng)的嚙合設計理論與方法。 本項目的研究成果是對傳動領域的一種理論創(chuàng)新，可派生出一族新型傳動，應用前景十分廣闊。目前尚未發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外文獻有這方面研究成果和研究進展的報道。