循環(huán)床富氧燃燒鈣基脫硫劑的脫硫機(jī)理及其活化研究

大力開發(fā)高效低污染的清潔燃煤技術(shù)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(shù)。本項(xiàng)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(jìn)行試驗(yàn)和理論研究，深入研究鈣基脫硫劑在煅燒、燒結(jié)、再碳酸化、硫化反應(yīng)過程中的固體產(chǎn)物孔結(jié)構(gòu)的生成和變化過程，建立脫硫劑煅燒、燒結(jié)和再碳酸化的孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，同時(shí)利用部分再循環(huán)煙氣和一定量補(bǔ)充水蒸汽對乏脫硫劑進(jìn)行活化來提高其脫硫反應(yīng)性，并對其影響因素和機(jī)理進(jìn)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(chǔ)上再探索循環(huán)流化床富氧燃燒方式下經(jīng)濟(jì)高效脫除SO2的優(yōu)化工藝方案。本項(xiàng)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(shè)計(jì)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(nèi)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(shí)際問題，本項(xiàng)目從所提出的擔(dān)載型高效脫硫劑制備機(jī)理及其在爐內(nèi)的流動(dòng)、擴(kuò)散與反應(yīng)過程開展基礎(chǔ)研究，對于深入認(rèn)識爐內(nèi)脫硫過程和獲得高效脫硫方法具有重要的理論價(jià)值與實(shí)際意義。本項(xiàng)目將開展如下研究：1) 擔(dān)載型脫硫劑制備過程中的表面物理化學(xué)影響機(jī)制；2）脫硫劑在爐內(nèi)條件下的脫硫反應(yīng)機(jī)理與模型；3）顆粒非均勻分布對脫硫過程傳質(zhì)與反應(yīng)的影響規(guī)律；4）顆粒碰撞對脫硫劑磨耗特性的作用機(jī)理與模型；5) 操作條件對流化床鍋爐脫硫反應(yīng)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(nèi)脫硫的高效脫硫劑制備機(jī)理與應(yīng)用基礎(chǔ)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(nèi)高效脫硫技術(shù)的重要需求，基于鈣基吸收劑擔(dān)載原理開發(fā)出了適用于循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)高效脫硫劑，并開展相關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ)研究。研究內(nèi)容及取得的重要成果包括： 1） 擔(dān)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(dān)載型脫硫劑在線制備方法，在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)擔(dān)載型脫硫劑的制備和脫硫反應(yīng)過程。結(jié)果表明：在循環(huán)流化床內(nèi)強(qiáng)烈的混合作用下，噴入的石灰漿液中的石灰微粒擔(dān)載在床料表面形成了擔(dān)載型結(jié)構(gòu)。石灰微粒的停留時(shí)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(fù)雜度和能耗都要遠(yuǎn)低于離線的擔(dān)載型脫硫劑制備工藝，因此更加適合于工業(yè)應(yīng)用。 2） 循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)氣固反應(yīng)過程的研究：針對循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)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(jìn)行了模擬分析。所提出的曳力模型能夠準(zhǔn)確反映循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)分布特征，在此基礎(chǔ)上獲得了不同操作條件對擔(dān)載型脫硫劑脫硫性能的影響規(guī)律。進(jìn)一步建立了包含多相流動(dòng)、顆粒破碎與脫硫反應(yīng)的綜合計(jì)算平臺，考察了脫硫劑的磨耗對反應(yīng)器內(nèi)脫硫過程的影響。研究成果對于深入認(rèn)識循環(huán)流化床爐內(nèi)的流動(dòng)與反應(yīng)過程、為基于擔(dān)載型脫硫劑的脫硫技術(shù)實(shí)際應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。 3） 爐內(nèi)氣氛對脫硫反應(yīng)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(zhì)的存在會(huì)導(dǎo)致脫硫產(chǎn)物分解并釋放SO2，對脫硫帶來負(fù)面影響。同時(shí)還原性物質(zhì)的增加會(huì)導(dǎo)致脫硫產(chǎn)物分解并釋放SO2的比例提高，因此在實(shí)際脫硫過程中應(yīng)盡可能控制還原性物質(zhì)濃度。研究成果對于循環(huán)流化床鍋爐調(diào)控爐內(nèi)運(yùn)行參數(shù)以實(shí)現(xiàn)高效脫硫目的具有指導(dǎo)意義。 上述研究成果為發(fā)展先進(jìn)的燃煤污染控制技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)和應(yīng)用指導(dǎo)。發(fā)表學(xué)術(shù)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(shè)備，其中，脫硫循環(huán)灰的在線活化設(shè)備包括殼體以及設(shè)于殼體內(nèi)的攪拌裝置、研磨裝置和選粉機(jī)；殼體設(shè)有進(jìn)灰口、進(jìn)液口和出粉口，進(jìn)灰口與除塵器連通、用于向攪拌裝置內(nèi)加入循環(huán)灰，進(jìn)液口用于向攪拌裝置內(nèi)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(jīng)由選粉機(jī)篩選，粒徑達(dá)到目標(biāo)要求的循環(huán)灰由出粉口排出，進(jìn)入脫硫塔。該脫硫循環(huán)灰的在線活化設(shè)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