多元溶液濕法撞擊流燃煤煙氣同時(shí)脫硫脫硝的機(jī)理研究中文摘要

無(wú)二次污染的低成本、高效、副產(chǎn)物資源化利用的煙氣同時(shí)脫硫脫硝方法是發(fā)展趨勢(shì)。本項(xiàng)目提出的新方法，融合了氨、尿素、以及同時(shí)脫硫脫硝過(guò)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(jìn)機(jī)制；對(duì)關(guān)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(duì)NOx還原分解性能和尿素對(duì)亞硝酸的分解特性，實(shí)現(xiàn)NOx高效脫除和副產(chǎn)物簡(jiǎn)單、易分離的目標(biāo)；此外，引入撞擊流技術(shù)強(qiáng)化氣液間混合、湍動(dòng)和熱質(zhì)傳遞，進(jìn)一步提高煙氣污染物的脫除效率；運(yùn)用雙膜理論建立氣液兩相流動(dòng)與煙氣同時(shí)脫硫脫硝反應(yīng)相耦合的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究，揭示多元吸收液濕法煙氣同時(shí)脫硫脫硝的反應(yīng)機(jī)理，掌握撞擊流氣液兩相流動(dòng)與煙氣同時(shí)脫硫脫硝的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)耦合機(jī)制。本研究將形成濕法燃煤煙氣二氧化硫和氮氧化物同時(shí)脫除的新理論和方法，為將來(lái)開(kāi)發(fā)新型、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的環(huán)保技術(shù)提供科學(xué)理論支撐。

目前，我國(guó)燃煤煙氣排放污染嚴(yán)重，制約著我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前煙氣脫硫脫硝方法普遍存在設(shè)備投資大、運(yùn)行成本高、能耗大、工藝復(fù)雜及資源化回收困難等問(wèn)題。因此，探索一種創(chuàng)新性的低成本、高效的同時(shí)脫除煙氣中SO2、NOx及資源化利用，是我國(guó)當(dāng)前亟待突破的難題。本課題主要針對(duì)燃煤電廠煙氣的SO2和NOX同時(shí)脫除及其資源化過(guò)程中的相關(guān)科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展了系統(tǒng)的研究。在煙氣SO2和NOX同時(shí)脫除方面，從試驗(yàn)、熱力學(xué)計(jì)算和動(dòng)力學(xué)模型三個(gè)層面考察了氨基溶液對(duì)燃煤鍋爐尾氣中SO2和NOX的脫除機(jī)理，發(fā)現(xiàn)了NO氣相氧化是脫除NO的決定性機(jī)制，以及SO2和添加劑與氮氧化物的協(xié)同促進(jìn)脫除機(jī)制，提出了H2O2/鐵基材料異相芬頓反應(yīng)耦合氨基溶液同時(shí)脫硫脫硝的新方法，結(jié)合對(duì)系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果和現(xiàn)代表征手段探究了該系統(tǒng)的相關(guān)反應(yīng)機(jī)理，在該系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了脫硫和脫硝效率分別為99.8％和92.5％，為實(shí)現(xiàn)燃煤電廠煙氣的“低成本零排放”探索出了重要的技術(shù)方案。在撞擊流反應(yīng)器氣液兩相流流體動(dòng)力學(xué)與多組分污染物復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)之間耦合機(jī)制的研究方面，進(jìn)行了氨基溶液濕法撞擊流同時(shí)脫硫脫硝的數(shù)值模擬與試驗(yàn)驗(yàn)證研究。采用雙歐拉和歐拉-拉格朗日法對(duì)氣液兩相流進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，完成了對(duì)氣相或是兩相撞擊流物理模型的構(gòu)建和分析，結(jié)合尿素溶液濕法同時(shí)脫硫脫硝的反應(yīng)機(jī)理，并基于雙膜理論對(duì)撞擊流物理模型進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的耦合，獲得了尿素溶液濕法撞擊流同時(shí)脫硫脫硝的脫硫脫硝效率隨結(jié)構(gòu)參數(shù)和工況的變化特性與趨勢(shì)，為撞擊流反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)和最佳工況的選擇提供了參考。在數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上，建立了多元吸收液濕法撞擊流燃煤煙氣同時(shí)脫硫脫硝的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的研究結(jié)果，同時(shí)也為進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化濕法撞擊流煙氣同時(shí)脫硫脫硝的理論模型提供了重要的參考指標(biāo)。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(duì)氨基脫硫脫硝廢液電解制備高附加值過(guò)硫酸銨的影響，并深入探究了吸收液電解制備過(guò)硫酸銨的反應(yīng)機(jī)理。詳細(xì)地研究了副產(chǎn)物資源化過(guò)程中尾液對(duì)煙氣同時(shí)脫硫脫硝的影響特性，分析了粉塵和重金屬對(duì)氨基脫硫脫硝廢液電解制備高附加值過(guò)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(shù)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(shí)脫除的理論，推進(jìn)了燃煤煙氣凈化技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。 2100433B

本課題立足低速撞擊（小于15m/s）,通過(guò)動(dòng)、靜力實(shí)驗(yàn)、三維有限元模擬和理論推導(dǎo)系統(tǒng)研究了充壓管道沖擊動(dòng)力行為和失效機(jī)理。 管道正向撞擊實(shí)驗(yàn)考察因素涵蓋介質(zhì)類(lèi)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(dǎo)管道動(dòng)力行為的機(jī)理，并明確對(duì)于低速撞擊問(wèn)題，相比介質(zhì)質(zhì)量，充壓水平起首要主導(dǎo)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(dǎo)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(duì)應(yīng)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(kāi)展，導(dǎo)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(dǎo)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(guò)于集中從而導(dǎo)致失效能量最小。 斜向撞擊下，管道將經(jīng)歷撞擊瞬時(shí)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(guò)程。摩擦滑移的存在將導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)致失效能量降低。 選用水、空氣和干沙為內(nèi)充介質(zhì)進(jìn)行的四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)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(gè)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(qiáng)化-后期軟化特點(diǎn)。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(yīng)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(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)充壓管道動(dòng)力響應(yīng)行為的精細(xì)模擬?；诠艿雷冃魏髽?gòu)型，并考慮內(nèi)壓和介質(zhì)質(zhì)量影響，采用實(shí)驗(yàn)測(cè)量的彎矩-曲率關(guān)系描述管道彎曲行為，本課題推導(dǎo)了基于線元的管道大變形運(yùn)動(dòng)方程，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用簡(jiǎn)單梁?jiǎn)卧M(jìn)行充壓管道動(dòng)力行為的模擬。 本項(xiàng)目所開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)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(dòng)力行為的機(jī)理；基于有限元軟件的數(shù)值模擬為高效分析管道響應(yīng)提供了行之有效的路徑；理論推導(dǎo)的基于梁?jiǎn)卧姆治龇椒榻⒑?jiǎn)化、可靠的管道安全性設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)理論提供了新思路。

偶然事件造成的撞擊加載通常會(huì)造成充壓管道失效，從而引起災(zāi)難性后果。管道抗撞技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展迫切需要對(duì)其可能承受的復(fù)雜撞擊工況以及具有普遍代表意義的響應(yīng)模式進(jìn)行深入研究。本項(xiàng)目擬采用系統(tǒng)試驗(yàn)、數(shù)值模擬、理論推導(dǎo)手段針對(duì)充壓管道低速撞擊行為開(kāi)展研究。首先，針對(duì)撞擊角度、位置發(fā)生改變的工況進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)，通過(guò)解析管道變形、內(nèi)壓等變量的瞬態(tài)發(fā)展過(guò)程，探明撞擊參數(shù)與響應(yīng)模式之間的連接關(guān)系和相互作用機(jī)理。然后，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元參數(shù)分析，總結(jié)、歸納管道在撞擊過(guò)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(duì)應(yīng)不同撞擊工況的管道響應(yīng)模式和失效機(jī)理。最后，針對(duì)高壓管道整體變形特點(diǎn)，基于大變形動(dòng)力學(xué)控制方程，發(fā)展考慮液固耦合效應(yīng)并適用于管道分析的簡(jiǎn)化梁模型計(jì)算方法。本項(xiàng)目的研究成果將為全面、清晰的認(rèn)識(shí)充壓管道撞擊行為提供試驗(yàn)和理論依據(jù)，同時(shí)也將為建立高效的管道安全性設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)理論提供新思路。

本項(xiàng)目主要研究雙相傳動(dòng)Hy-Vo齒形鏈系統(tǒng)的多元變異及其嚙合機(jī)理。重點(diǎn)研究雙相傳動(dòng)Hy-Vo齒形鏈系統(tǒng)的雙相疊加原理及其諧應(yīng)關(guān)系、不同嚙合機(jī)制鏈節(jié)有序排列規(guī)律及其變異嚙合機(jī)制的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、鏈及鏈輪的新齒形設(shè)計(jì)方法、鏈與鏈輪的接觸動(dòng)態(tài)響應(yīng)和噪聲頻譜；通過(guò)研究揭示雙相傳動(dòng)Hy-Vo齒形鏈多元變異的耦合效應(yīng)及其對(duì)系統(tǒng)多邊形效應(yīng)和中心距變動(dòng)量的影響規(guī)律，構(gòu)建雙相傳動(dòng)Hy-Vo齒形鏈嚙合設(shè)計(jì)體系，并建立相關(guān)嚙合方程，提出雙相傳動(dòng)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(dòng)的新型多元變異Hy-Vo齒形鏈系統(tǒng)的嚙合設(shè)計(jì)理論與方法。 本項(xiàng)目的研究成果是對(duì)傳動(dòng)領(lǐng)域的一種理論創(chuàng)新，可派生出一族新型傳動(dòng)，應(yīng)用前景十分廣闊。目前尚未發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)有這方面研究成果和研究進(jìn)展的報(bào)道。