循環(huán)流化床鍋爐擔(dān)載型高效脫硫劑制備與脫硫原理研究結(jié)題摘要

本研究針對(duì)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?jī)?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(duì)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(duì)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(duì)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(tái)，考察了脫硫劑的磨耗對(duì)反應(yīng)器內(nèi)脫硫過程的影響。研究成果對(duì)于深入認(rèn)識(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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。

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(duì)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(duì)于深入認(rèn)識(shí)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(duì)脫硫過程傳質(zhì)與反應(yīng)的影響規(guī)律；4）顆粒碰撞對(duì)脫硫劑磨耗特性的作用機(jī)理與模型；5) 操作條件對(duì)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。

以醇/酯分離和揮發(fā)性有機(jī)汽體回收為研究背景，以滲透汽化和汽體滲透膜材料設(shè)計(jì)制備為主要研究?jī)?nèi)容，以已結(jié)題的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目在滲透汽化膜分離材料方面的研究成果為基礎(chǔ)，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(jī)汽體回收膜材料。進(jìn)行了膜材料結(jié)構(gòu)和膜分離性能調(diào)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(jìn)行了FT-IR、SEM、XPS、DSC、CA等膜結(jié)構(gòu)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(duì)膜分離性能的影響，研究了膜分離材料的微觀性質(zhì)與宏觀分離功能的內(nèi)在聯(lián)系。建立了基團(tuán)Wilson模型和基團(tuán)Flory-Huggins模型。研究課題圓滿實(shí)現(xiàn)了既定目標(biāo)。其成果為國(guó)家節(jié)能和環(huán)保需求的醇/酯分離和揮發(fā)性有機(jī)汽體回收的膜技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用提供了良好基礎(chǔ)，為膜科學(xué)技術(shù)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。本研究課題出站博士后1名、畢業(yè)博士生4名、發(fā)表學(xué)術(shù)論文40篇，其中SCI(EI)收錄16篇、國(guó)內(nèi)核心期刊10篇、國(guó)際會(huì)議11篇、國(guó)內(nèi)會(huì)議3篇。

以滲透汽化和汽體滲透膜材料設(shè)計(jì)制備為研究對(duì)象，以有機(jī)物分離體系為膜分離體系，以已結(jié)題的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)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(jì)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、材料和結(jié)構(gòu)化學(xué)等理論為基礎(chǔ)，借助非均勻場(chǎng)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(fù)雜的相互作用，建立起能揭示其內(nèi)在聯(lián)系的膜材料設(shè)計(jì)基礎(chǔ)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(zhì)決定其宏觀分離功能、宏觀分離功能體現(xiàn)其微觀性質(zhì)這個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題，進(jìn)行滲透汽化和汽體滲透膜材料結(jié)構(gòu)和膜分離性能調(diào)控制備研究。作為基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用，為國(guó)家節(jié)能和環(huán)保需求的醇/酯分離和揮發(fā)性有機(jī)汽體膜法回收，設(shè)計(jì)制備出滲透汽化和汽體滲透分離膜，為推動(dòng)和促進(jìn)膜分離科學(xué)和膜材料科學(xué)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

內(nèi)容簡(jiǎn)介

結(jié)合國(guó)家科技支撐計(jì)劃，采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)試樁試驗(yàn)研究、室內(nèi)模型試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬等相結(jié)合的方法對(duì)大跨度橋梁深長(zhǎng)嵌巖樁進(jìn)行了一系列的研究?！洞笾睆缴铋L(zhǎng)嵌巖樁承載機(jī)理研究與應(yīng)用》系統(tǒng)介紹了大直徑深長(zhǎng)嵌巖樁的荷載傳遞機(jī)理，以及巖石特性和尺寸效應(yīng)對(duì)嵌巖段側(cè)摩阻力和端阻力的影響因素研究，通過室內(nèi)模型和原位試驗(yàn)研究了孔壁粗糙度和沉渣厚度對(duì)承載力的影響，建立了大直徑深長(zhǎng)嵌巖樁的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，并應(yīng)用于工程實(shí)例。2100433B