循環(huán)床富氧燃燒鈣基脫硫劑的脫硫機理及其活化研究

大力開發(fā)高效低污染的清潔燃煤技術對國家可持續(xù)發(fā)展和能源安全具有重大意義。循環(huán)流化床富氧燃燒是能有效控制燃煤氣體污染物排放特別是溫室氣體CO2減排的一種新型清潔燃燒技術。本項目對該燃燒方式下各種因素對SO2的形成和鈣基脫硫劑脫硫特性的影響規(guī)律進行試驗和理論研究，深入研究鈣基脫硫劑在煅燒、燒結、再碳酸化、硫化反應過程中的固體產物孔結構的生成和變化過程，建立脫硫劑煅燒、燒結和再碳酸化的孔隙網(wǎng)絡結構模型，同時利用部分再循環(huán)煙氣和一定量補充水蒸汽對乏脫硫劑進行活化來提高其脫硫反應性，并對其影響因素和機理進行研究，從而建立循環(huán)流化床富氧燃燒方式下的再循環(huán)煙氣活化鈣基脫硫模型，在此基礎上再探索循環(huán)流化床富氧燃燒方式下經濟高效脫除SO2的優(yōu)化工藝方案。本項目的研究成果將為循環(huán)流化床富氧燃燒鍋爐的開發(fā)和設計提供理論依據(jù)。

提高脫硫效率是目前循環(huán)流化床鍋爐爐內脫硫過程面臨的亟待解決難題。針對目前所存在的鈣基脫硫劑利用率偏低的實際問題，本項目從所提出的擔載型高效脫硫劑制備機理及其在爐內的流動、擴散與反應過程開展基礎研究，對于深入認識爐內脫硫過程和獲得高效脫硫方法具有重要的理論價值與實際意義。本項目將開展如下研究：1) 擔載型脫硫劑制備過程中的表面物理化學影響機制；2）脫硫劑在爐內條件下的脫硫反應機理與模型；3）顆粒非均勻分布對脫硫過程傳質與反應的影響規(guī)律；4）顆粒碰撞對脫硫劑磨耗特性的作用機理與模型；5) 操作條件對流化床鍋爐脫硫反應過程的影響規(guī)律與優(yōu)化方法。在適于循環(huán)流化床鍋爐爐內脫硫的高效脫硫劑制備機理與應用基礎研究方面有望獲得原創(chuàng)性成果。

本研究針對循環(huán)流化床鍋爐爐內高效脫硫技術的重要需求，基于鈣基吸收劑擔載原理開發(fā)出了適用于循環(huán)流化床鍋爐的爐內高效脫硫劑，并開展相關應用基礎研究。研究內容及取得的重要成果包括： 1） 擔載型脫硫劑的制備原理與脫硫性能影響規(guī)律：本研究提出了一種適用于工業(yè)循環(huán)流化床鍋爐的擔載型脫硫劑在線制備方法，在循環(huán)流化床鍋爐內同時實現(xiàn)擔載型脫硫劑的制備和脫硫反應過程。結果表明：在循環(huán)流化床內強烈的混合作用下，噴入的石灰漿液中的石灰微粒擔載在床料表面形成了擔載型結構。石灰微粒的停留時間因此明顯增加，這是脫硫效率顯著提高的主要原因。本方法的工藝復雜度和能耗都要遠低于離線的擔載型脫硫劑制備工藝，因此更加適合于工業(yè)應用。 2） 循環(huán)流化床鍋爐爐內氣固反應過程的研究：針對循環(huán)流化床鍋爐爐內顆粒分布的特征，提出了一種考慮顆粒非均勻分布的曳力修正模型，并采用該模型對脫硫過程進行了模擬分析。所提出的曳力模型能夠準確反映循環(huán)流化床反應器內的流動分布特征，在此基礎上獲得了不同操作條件對擔載型脫硫劑脫硫性能的影響規(guī)律。進一步建立了包含多相流動、顆粒破碎與脫硫反應的綜合計算平臺，考察了脫硫劑的磨耗對反應器內脫硫過程的影響。研究成果對于深入認識循環(huán)流化床爐內的流動與反應過程、為基于擔載型脫硫劑的脫硫技術實際應用提供了理論指導。 3） 爐內氣氛對脫硫反應過程的影響規(guī)律：循環(huán)流化床鍋爐底部密相區(qū)存在明顯的還原性氣氛，還原性物質的存在會導致脫硫產物分解并釋放SO2，對脫硫帶來負面影響。同時還原性物質的增加會導致脫硫產物分解并釋放SO2的比例提高，因此在實際脫硫過程中應盡可能控制還原性物質濃度。研究成果對于循環(huán)流化床鍋爐調控爐內運行參數(shù)以實現(xiàn)高效脫硫目的具有指導意義。 上述研究成果為發(fā)展先進的燃煤污染控制技術提供了理論基礎和應用指導。發(fā)表學術論文12篇，其中SCI期刊論文9篇。培養(yǎng)研究生5人。

本發(fā)明涉及一種循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)及其脫硫循環(huán)灰的在線活化設備，其中，脫硫循環(huán)灰的在線活化設備包括殼體以及設于殼體內的攪拌裝置、研磨裝置和選粉機；殼體設有進灰口、進液口和出粉口，進灰口與除塵器連通、用于向攪拌裝置內加入循環(huán)灰，進液口用于向攪拌裝置內加入表面改性劑；循環(huán)灰和表面改性劑通過攪拌裝置混合以及研磨裝置研磨后，經由選粉機篩選，粒徑達到目標要求的循環(huán)灰由出粉口排出，進入脫硫塔。該脫硫循環(huán)灰的在線活化設備可有效提高循環(huán)流化床的脫硫效率、增加循環(huán)灰的利用率。 2100433B