蒸汽动能磨制备高性能钙基脱硫剂及其驱动效应的研究

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干法烟气脱硫技术在烟气脱硫领域具有广阔前景和巨大潜能。当前,常用的钙基脱硫剂在干法烟气脱硫中脱硫效率低,Na HCO3脱硫剂虽然可以满足脱硫效率的要求,但其价格昂贵且脱硫产物不易处理,致使干法脱硫技术难以大规模推广应用。为提高钙基脱硫剂的脱硫性能,本文根据蒸汽动能磨的特性,研究了影响蒸汽动能磨消化生石灰产物活性的工艺参数,分析了蒸汽动能磨的内部流场及制备高性能脱硫剂的驱动效应,评价了蒸汽动能磨消化制备的钙基脱硫剂、传统干法消化制备的钙基脱硫剂和Na HCO3脱硫剂的脱硫性能。主要研究内容和结论如下:(1)以液态水和水蒸汽作为干法消化介质消化生石灰,结果显示,消化产物的比表面积和生石灰的消化率随生石灰粒径的减小和混合程度的提高而提高;消化产物的比表面积随液态水和水蒸汽温度的升高而升高,生石灰的消化率随液态水温度的升高而升高,随水蒸气温度的升高而降低,这是由于随着蒸汽温度的升高,Ca O与水蒸气之间的化学反应速率大于水蒸气的气相扩散作用,导致水蒸气进入生石灰的通道容易被堵塞,造成生石灰消化率降低;水蒸汽与液态水消化生石灰相比,当原料粒度小于D50=3.523μm时,动态水蒸汽消化的消化率与液态水基本一致,但消化产物比表面积比液态水消化的高,消化产物的分散性和流动性好。(2)LNGS-80蒸汽动能磨消化生石灰制备高性能脱硫剂,当粉碎压力0.5 MPa,蒸汽温度150~260℃,分级机转速150、750和1350 r/min时,实验结果表明,蒸汽动能磨消化生石灰制备的钙基脱硫剂,表观活性远优于传统干法消化制备的钙基脱硫剂,生石灰中的Ca O消化率均能达到100%,提高蒸汽温度和分级机转速,消化制备的钙基脱硫剂比表面积更大,孔隙率更高,粒度更细,颗粒分布更均匀,蜂窝状结构更明显,流动性更好;通过蒸汽动能磨消化生石灰实验中蒸汽动能磨系统不同区域的温度变化,得出蒸汽动能磨消化生石灰主要区域发生在射流碰撞区。(3)结合FLUENT数值模拟和蒸汽动能磨消化生石灰实验,深入分析了蒸汽动能磨消化生石灰的驱动效应。结果显示,当蒸汽入口压力0.5 MPa,入口蒸汽温度150~260℃时,获得的喷嘴出口速度大于795 m/s,粉碎的颗粒粒径D50=1.331~3.930μm,表明蒸汽动能磨粉碎强度大,颗粒加速性能好,加速的生石灰颗粒相互高速碰撞粉碎消化,极大的加速了生石灰的消化速度;蒸汽动能磨整个喷射流场处于超音速高湍流流动状态,生石灰与水蒸汽在高湍流作用下充分混合,同时,高速气流与颗粒之间存在着较大的速度差,提高了颗粒的碰撞机率,不断剥离生石灰表面形成的消化产物层,使得内层生石灰暴露,产生更多的新生表面,过热蒸汽与新生表面的充分接触最大程度上促进了消石灰的生成;在蒸汽动能磨内,为生石灰消化提供了更佳的环境条件,使获得的消化产物活性更优;微量未被完全消化的生石灰在涡轮分级区被二次消化。(4)蒸汽动能磨消化制备的钙基脱硫剂,随着制备脱硫剂的蒸汽温度和转速的升高,维持100%脱硫效率时间和烟气浓度穿透时间升高;在不同烟气相对湿度下,蒸汽动能磨制备的钙基脱硫剂维持100%脱硫效率时间和烟气浓度穿透时间均大于普通钙基脱硫剂,尤其在低烟气相对湿度下具有显著优势。蒸汽动能磨在蒸汽温度260℃,分级机转速1350 r/min制备的脱硫剂,相对湿度为10%时,烟气浓度穿透时间是普通钙基脱硫剂的6倍,相对湿度为20%和60%时,是4倍和1.6倍。(5)采用蒸汽动能磨(蒸汽温度260℃,分级机转速1350 r/min)制备的脱硫剂、常规Na HCO3脱硫剂和超细Na HCO3脱硫剂,在相对湿度10%时,测试了脱硫性能,实验发现,三种脱硫剂维持100%脱硫效率时间分别是420、360和100 min,烟气浓度穿透时间分别是460、400和120 min;当100~300℃进行脱硫剂升温测试,脱硫剂失效温度分别为260、200和200℃,蒸汽动能磨制备的脱硫剂扩大了脱硫剂烟气温度使用范围。(6)蒸汽动能磨消化生石灰制备的高活性钙基脱硫剂,其表观活性和脱硫性能显著高于普通钙基脱硫剂,甚至优于Na HCO3脱硫剂的脱硫性能,适用于干法烟气脱硫领域,且成本远远低于Na HCO3脱硫剂。本研究为消化生石灰制备高性能的脱硫剂提供了一种新的方法与工艺,对推动干法烟气脱硫工艺的应用具有重要意义。
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