磁流化床煙氣脫硫技術(shù)機理研究.pdf

1、磁流化床煙氣脫硫技術(shù)是結(jié)合磁場輔助流態(tài)化技術(shù)和噴霧干燥法煙氣脫硫技術(shù)開發(fā)的一項新型半干法煙氣脫硫技術(shù)。該技術(shù)的核心內(nèi)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(yīng)用延長了脫硫劑在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間,也使磁場的應(yīng)用有了良好的載體。外加磁場的應(yīng)用改善了氣固接觸效率,提高了脫硫劑和SO2的反應(yīng)幾率。因此,磁流化床的應(yīng)用有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)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(shù)的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　 本文在自制的磁流化床煙氣脫硫?qū)嶒炁_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?qū)嶒灡砻?空床的脫硫效率受鈣硫摩爾比、近絕熱飽和溫度、進(jìn)口漿滴直徑、進(jìn)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(yīng)活性低、在反應(yīng)器內(nèi)停留時間短導(dǎo)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(yīng)器,脫硫效率顯著提高。當(dāng)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(jìn)口漿滴直徑、進(jìn)口煙氣濃度和煙氣表觀氣速的影響。
　　 通過

4、測定脫硫產(chǎn)物的化合物成分、元素成分并進(jìn)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(shù)的化學(xué)反應(yīng)機理。研究結(jié)果表明:鐵磁顆粒的微量溶出物Fe(Ⅲ)對S(Ⅳ)自氧化反應(yīng)起催化作用。外加磁場能強化Fe(Ⅲ)的催化作用。對比反應(yīng)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(dǎo)致漿滴在反應(yīng)器內(nèi)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(zhì)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(yīng)后,SO2液相傳質(zhì)速率增加、Ca(OH)2溶解速率增加,導(dǎo)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行設(shè)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(xué)理論的雙流體模型模擬床內(nèi)氣體和床料顆粒的流動,然后在已知氣固流場的基礎(chǔ)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(jīng)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