城市生活垃圾焚燒煙氣的中高溫脫氯研究.pdf

1、垃圾焚燒是目前垃圾處理的主要方式之一。垃圾中含有較多的有機(jī)氯和無(wú)機(jī)氯，在燃燒煙氣中HCl的濃度高達(dá)幾百到幾千ppm。HCl會(huì)造成金屬的高溫腐蝕損毀，制約垃圾焚燒發(fā)電主蒸汽參數(shù)，導(dǎo)致發(fā)電效率偏低。此外，在250～450℃，煙氣中高濃度的HCl氣體會(huì)導(dǎo)致PCDD/Fs的毒性增強(qiáng)，因此中高溫條件下高效脫除垃圾焚燒煙氣中HCl顯得尤為重要。
　　在對(duì)多種吸附劑在中高溫條件下脫氯性能實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)中高溫條件下現(xiàn)存吸附劑脫氯性能不高，

2、一般僅適用于中低溫條件等問(wèn)題，參照類(lèi)水滑石結(jié)構(gòu)具有層間離子的可交換性，酸堿雙性，熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，通過(guò)改變物質(zhì)組成，研制出一種新型的類(lèi)水滑石(HTLs)吸附劑——Ca-Mg-AlHTLs。并對(duì)所獲得吸附劑進(jìn)行熱重、傅立葉紅外、XRD衍射光譜分析、孔隙結(jié)構(gòu)以及SEM電鏡掃描，對(duì)其物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)表征，以獲得Ca-Mg-Al HTLs自身特性對(duì)脫氯性能的影響。結(jié)果表明:Ca-Mg-Al HTLs吸附劑具有水滑石明顯的特征層狀結(jié)構(gòu)。

3、　　建立固定床脫氯特性試驗(yàn)系統(tǒng)，研究不同操作工況(反應(yīng)溫度、氣體流速、HCl初始濃度和吸附劑顆粒粒徑等)以及不同吸附劑配置條件(Ca/Mg摩爾比，配置溶液的pH值以及老化溫度)對(duì)吸附劑脫氯性能的影響。當(dāng)反應(yīng)溫度在250～650℃時(shí)，在吸附初始階段，各溫度的吸附速率相差不大，均在0.6 mg/g·min以上，而在680min后，溫度越高吸附結(jié)束的越早;當(dāng)氣體流速在0.5～1.3L/min，吸附劑平均脫氯效率均在95％以上，其中在0.9L/

4、min，脫氯效率可達(dá)99％;當(dāng)吸附劑顆粒粒徑在0.15～2mm，吸附劑的脫氯性能較好，而當(dāng)粒徑小于0.15mm或大于2mm時(shí)，其吸附劑的性能降低。當(dāng)類(lèi)水滑石配置條件為Ca/Mg=4，pH=11～12，老化溫度在90℃時(shí)所得到的HTLs具有較好的脫氯特性。
　　將Ca-Mg-Al HTLs與常用吸附劑NaHCO3和CaO分別在相同質(zhì)量，相同操作工況下進(jìn)行脫氯性能比較，Ca-Mg-Al HTLs的脫氯性能明顯高于NaHCO3和CaO。

5、在反應(yīng)溫度為250～50℃，HCl初始濃度在150～1500mg/m3范圍內(nèi)，Ca-Mg-Al HTLs的平均脫氯效率均在95％以上，遠(yuǎn)高于NaHCO3和CaO的脫氯效率。
　　從吸附動(dòng)力學(xué)、吸附平衡和吸附熱力學(xué)角度分析了HCl在Ca-Mg-Al HTLs上的動(dòng)態(tài)吸附過(guò)程，結(jié)果表明，在Ca-Mg-Al HTLs脫除HCl的過(guò)程中包含了物理吸附和化學(xué)吸附，其中Bangham吸附動(dòng)力學(xué)模型可以較好的預(yù)測(cè)HCl在吸附劑上的動(dòng)態(tài)吸附過(guò)程，

6、在吸附的開(kāi)始階段受化學(xué)吸附控制，活化能為193.498 KJ/mol; Freundlich吸附等溫線(xiàn)模型與Langmuir吸附等溫線(xiàn)模型都能夠較好的預(yù)測(cè)HCl在吸附劑表面的吸附平衡，并且Freundlich吸附等溫線(xiàn)模型中n值大于1，表明HCl易于被Ca-Mg-Al HTLs吸附;吸附熱力學(xué)研究表明，吸附自由能變、吸附焓變均為負(fù)值，說(shuō)明HCl在脫氯及表面吸附過(guò)程中是一個(gè)自發(fā)、放熱過(guò)程。
　　為實(shí)現(xiàn)中高溫條件下煙氣的高效脫氯，除要

7、求有性能較優(yōu)的吸附劑外，也需要與之匹配的反應(yīng)器，本文提出了使用錯(cuò)流移動(dòng)床作為脫氯反應(yīng)器。搭建了錯(cuò)流移動(dòng)床實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)氣固流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:當(dāng)氣體流量由3m3/h增加到5m3/h時(shí)，與固體顆粒所發(fā)生的熱交換量增多，溫升速率加快，但當(dāng)氣體流量高于6m3/h時(shí)，由于氣體的停留時(shí)間過(guò)短，熱量傳遞量減小，溫升速率變慢。當(dāng)進(jìn)氣量為5m3/h，固體顆粒的表觀下料速度由12mm/s加快到18mm/s時(shí)，氣體在床內(nèi)停留時(shí)間延長(zhǎng)，有利于顆粒

8、與氣體之間的傳熱，溫升速率加快，但當(dāng)表觀下料速度升高到23mm/s時(shí)，其傳熱系數(shù)下降，溫升速率變慢，并由實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得傳熱傳質(zhì)系數(shù)。
　　建立帶有脫氯反應(yīng)的歐拉雙流體模型，利用上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)考慮稠密氣固流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)和相內(nèi)、相間的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)HCl在錯(cuò)流移動(dòng)床中的脫除過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。首先對(duì)錯(cuò)流移動(dòng)床中氣固流動(dòng)進(jìn)行冷態(tài)數(shù)值模擬研究，且為提高吸附劑的利用效率，保證同一床層的吸附劑可以在錯(cuò)流移動(dòng)床中基本保持停留時(shí)間一致，通過(guò)添加內(nèi)