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項目摘要

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(nèi)的流動、擴散與反應(yīng)過程開展基礎(chǔ)研究，對于深入認識爐內(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(nèi)條件下的脫硫反應(yīng)機理與模型；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(nèi)同時實現(xiàn)擔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(jié)構(gòu)。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(fù)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(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(yīng)器內(nèi)的流動分布特征，在此基礎(chǔ)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(yīng)的綜合計算平臺，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識循環(huán)流化床爐內(nèi)的流動與反應(yīng)過程、為基于擔載型脫硫劑的脫硫技術(shù)實際應(yīng)用提供了理論指導。 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)的存在會導致脫硫產(chǎn)物分解并釋放SO2，對脫硫帶來負面影響。同時還原性物質(zhì)的增加會導致脫硫產(chǎn)物分解并釋放SO2的比例提高，因此在實際脫硫過程中應(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(shù)提供了理論基礎(chǔ)和應(yīng)用指導。發(fā)表學術(shù)論文12篇，其中SCI期刊論文9篇。培養(yǎng)研究生5人。

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(shè)計制備為主要研究內(nèi)容，以已結(jié)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(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)性有機汽體回收膜材料。進行了膜材料結(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(shù)研發(fā)和應(yīng)用提供了良好基礎(chǔ)，為膜科學技術(shù)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(shù)論文40篇，其中SCI(EI)收錄16篇、國內(nèi)核心期刊10篇、國際會議11篇、國內(nèi)會議3篇。

以滲透汽化和汽體滲透膜材料設(shè)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(jié)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(jié)構(gòu)化學等理論為基礎(chǔ)，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(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)這個關(guān)鍵科學問題，進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(shè)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(nèi)容簡介

結(jié)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(nèi)模型試驗研究、數(shù)值模擬等相結(jié)合的方法對大跨度橋梁深長嵌巖樁進行了一系列的研究?！洞笾睆缴铋L嵌巖樁承載機理研究與應(yīng)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(yīng)對嵌巖段側(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(shè)計計算方法，并應(yīng)用于工程實例。2100433B