磁流化床煙氣脫硫技術機理研究.pdf

1、磁流化床煙氣脫硫技術是結合磁場輔助流態(tài)化技術和噴霧干燥法煙氣脫硫技術開發(fā)的一項新型半干法煙氣脫硫技術。該技術的核心內容是,將脫硫劑漿液霧化后噴入磁流化床,涂敷在磁性顆粒表面,在外加磁場的影響下,同時發(fā)揮脫硫劑和磁性顆粒兩方面的脫硫作用,完成S02的脫除。磁性顆粒的應用延長了脫硫劑在反應器內的停留時間,也使磁場的應用有了良好的載體。外加磁場的應用改善了氣固接觸效率,提高了脫硫劑和SO2的反應幾率。因此,磁流化床的應用有利于脫硫反應的進行。

2、本文運用實驗研究、理論分析和數(shù)值模擬等方法深入分析磁流化床對煙氣脫硫過程的強化作用機理,為磁流化床煙氣脫硫技術的應用打下基礎。
　　 本文在自制的磁流化床煙氣脫硫實驗臺上開展了磁流化床氣固流動、空床煙氣脫硫和磁流化床煙氣脫硫三類實驗。通過氣固流動實驗確定了四種粒徑鐵磁顆粒的流化相圖。磁場強度越大,磁穩(wěn)操作區(qū)域越大；顆粒粒徑越大,磁穩(wěn)操作區(qū)域越小?？沾矡煔饷摿驅嶒灡砻?空床的脫硫效率受鈣硫摩爾比、近絕熱飽和溫度、進口漿滴直徑、進口

3、煙氣濃度和煙氣表觀氣速等因素的影響。脫硫劑漿滴反應活性低、在反應器內停留時間短導致空床脫硫效率和脫硫劑利用率偏低。采用磁流化床作反應器,脫硫效率顯著提高。當Ca/S為1.5、△ta為18℃時,空床脫硫效率為52％,鐵磁顆粒為床料的鼓泡床脫硫效率為71％,磁穩(wěn)床脫硫效率為83％。磁穩(wěn)床脫硫效率受鈣硫比、近絕熱飽和溫度、床料顆粒種類、床料顆粒粒徑以及磁場強度的影響,基本不受進口漿滴直徑、進口煙氣濃度和煙氣表觀氣速的影響。
　　 通過

4、測定脫硫產物的化合物成分、元素成分并進行外加磁場作用下液相鐵離子催化氧化吸收S02的實驗,分析磁流化床煙氣脫硫技術的化學反應機理。研究結果表明:鐵磁顆粒的微量溶出物Fe(Ⅲ)對S(Ⅳ)自氧化反應起催化作用。外加磁場能強化Fe(Ⅲ)的催化作用。對比反應前后鐵磁顆粒的微觀形貌可知,鐵磁顆粒對脫硫劑漿滴起黏附和分散作用,導致漿滴在反應器內停留時間延長,比表面積增大。脫硫劑漿滴一邊干燥,一邊吸收SO2。由于氣相傳熱、傳質系數(shù)的增加,漿滴的干燥速

5、率很快。漿滴一直處于恒速干燥階段。漿滴的SO2吸收速率受SO2氣相擴散、液相擴散和Ca(OH)2溶解的影響。發(fā)生S(Ⅳ)氧化反應后,SO2液相傳質速率增加、Ca(OH)2溶解速率增加,導致SO2吸收速率增加。隨著磁場強度的增加,SO2吸收速率和干燥速率的比值增加,導致脫硫效率增加。
　　 空床煙氣脫硫過程中,床體出現(xiàn)煙氣和漿滴兩相；磁流化床煙氣脫硫過程中,床體出現(xiàn)煙氣、漿滴和床料三相,因此采用不同的物理模型描述以上兩個脫硫過程。

6、對于空床,采用Euler-Lagrange方法模擬氣體和漿滴的流動,氣相用標準k-ε湍流模型描述,漿滴相用顆粒軌道模型描述。綜合考慮漿滴的運動、蒸發(fā)和SO2吸收過程,對顆粒軌道模型進行設置,得到最終的脫硫模型。對于磁流化床,首先采用基于顆粒動理學理論的雙流體模型模擬床內氣體和床料顆粒的流動,然后在已知氣固流場的基礎上,分析漿滴的比表面積和運動軌跡,耦合漿滴的干燥和脫硫經歷,得到整體的磁流化床煙氣脫硫模型。在確定漿滴蒸發(fā)速率和SO2吸收速