循環(huán)流化床鍋爐擔載型高效脫硫劑制備與脫硫原理研究

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。

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。

以醇/酯分離和揮發(fā)性有機汽體回收為研究背景，以滲透汽化和汽體滲透膜材料設計制備為主要研究內容，以已結題的國家自然科學基金項目在滲透汽化膜分離材料方面的研究成果為基礎，研究得到了PDMS、PEG、PVP、納米SiO2、納米SiO2、MCM-41分子篩、ZSM-5、silicalite-1、ZIF-8等醇/酯分離和揮發(fā)性有機汽體回收膜材料。進行了膜材料結構和膜分離性能調控制備研究，制備了納米SiO2、球形MCM-41分子篩、CNT、ZIF-8等填充PDMS膜或混合膜。進行了FT-IR、SEM、XPS、DSC、CA等膜結構表征。研究了分離物與分離物、分離物與膜分離材料之間的相互作用。研究了鑄膜液組成、原料組成、操作溫度等因素對膜分離性能的影響，研究了膜分離材料的微觀性質與宏觀分離功能的內在聯(lián)系。建立了基團Wilson模型和基團Flory-Huggins模型。研究課題圓滿實現(xiàn)了既定目標。其成果為國家節(jié)能和環(huán)保需求的醇/酯分離和揮發(fā)性有機汽體回收的膜技術研發(fā)和應用提供了良好基礎，為膜科學技術的發(fā)展作出了貢獻。本研究課題出站博士后1名、畢業(yè)博士生4名、發(fā)表學術論文40篇，其中SCI(EI)收錄16篇、國內核心期刊10篇、國際會議11篇、國內會議3篇。

以滲透汽化和汽體滲透膜材料設計制備為研究對象，以有機物分離體系為膜分離體系，以已結題的國家自然科學基金項目（20076023，20276034，20676067）在滲透汽化膜分離材料方面的研究成果和統(tǒng)計熱力學、動力學、材料和結構化學等理論為基礎，借助非均勻場非線性發(fā)展方程、Backlund變換和分子模擬方法，研究分離物與分離物、分離物與膜分離材料之間的復雜的相互作用，建立起能揭示其內在聯(lián)系的膜材料設計基礎理論模型。從分離過程和膜材料制備的雙重視角入手，抓住膜分離材料的微觀性質決定其宏觀分離功能、宏觀分離功能體現(xiàn)其微觀性質這個關鍵科學問題，進行滲透汽化和汽體滲透膜材料結構和膜分離性能調控制備研究。作為基礎研究成果應用，為國家節(jié)能和環(huán)保需求的醇/酯分離和揮發(fā)性有機汽體膜法回收，設計制備出滲透汽化和汽體滲透分離膜，為推動和促進膜分離科學和膜材料科學發(fā)展做出貢獻。

內容簡介

結合國家科技支撐計劃，采用理論分析、現(xiàn)場試樁試驗研究、室內模型試驗研究、數值模擬等相結合的方法對大跨度橋梁深長嵌巖樁進行了一系列的研究。《大直徑深長嵌巖樁承載機理研究與應用》系統(tǒng)介紹了大直徑深長嵌巖樁的荷載傳遞機理，以及巖石特性和尺寸效應對嵌巖段側摩阻力和端阻力的影響因素研究，通過室內模型和原位試驗研究了孔壁粗糙度和沉渣厚度對承載力的影響，建立了大直徑深長嵌巖樁的設計計算方法，并應用于工程實例。2100433B