循环流化床（CFB）燃烧技术由于具有良好而经济的炉内脱硫性能和燃料适应性广等特点而得到了广泛应用。但由于炉内高温脱硫机理的固有特点，导致CFB锅炉的脱硫剂利用率较低（通常在20％～45％范围内），即造成一半以上脱硫剂的浪费。研究提高CFB锅炉钙利用率的方法，无论从锅炉的经济运行方面还是从环境保护方面，都具有重要的理论意义与工程实用价值。本文在国家十五攻关项目子课题“大型CFB锅炉燃用高硫煤时提高脱硫效率的研究”的支持下，以降低CFB锅炉脱硫灰中的CaO含量为目标，提出CFB炉内高温脱硫和尾部循环悬浮式增湿低温脱硫相结合的强化脱硫技术，以使CFB锅炉在更为经济有效的脱硫方式下运行。本文首先以石灰石为脱硫剂，在热重分析仪中对石灰石炉内高温脱硫及其产物的低温增湿脱硫过程进行了模拟研究。实验证明了石灰石高温脱硫产物具有低温增湿再脱硫的能力，增湿活化温度越低，越有利于低温脱硫反应；高温脱硫反应越不充分，其脱硫灰的低温增湿脱硫份额越大，对提高整体Ca利用率的贡献越大。然后对一台310t／h循环流化床锅炉的脱硫飞灰进行了水活化实验研究，实验结果表明：脱硫灰中游离CaO转化为Ca（OH）₂的水合反应速率很快，由于消耗Ca（OH）₂的胶凝反应伴随着水合反应同时进行，使Ca（OH）₂含量呈现快速上升、慢速上升、缓慢下降的波动规律；随活化温度、活化水量的提高，水合反应与胶凝反应速率均提高，存在使Ca（OH）₂含量最大的最佳温度；水活化可以改善脱硫灰的孔隙结构，水活化后颗粒的孔体积与比表面积均增加，大孔比例增加，有利于再次进行脱硫反应。在水活化实验基础上，在所建的小型流化床实验台上进行了脱硫灰低温增湿脱硫特性的实验研究。当脱硫灰的增湿过程在反应炉外的增湿活化器内进行时，带有一定水分的脱硫灰颗粒在小型流化床反应器内的悬浮式脱硫实验结果表明：循环流化床锅炉脱硫灰经过增湿活化后，具有较好的脱硫能力，未反应CaO的钙利用率最大可达33％。在水钙摩尔比1～10范围内，脱硫灰颗粒的水分含量越大，越有利于脱硫反应；反应温度在60℃～80℃范围内硫盐化反应速率最快。而当在小型流化床内直接对CFB脱硫灰进行雾化喷水增湿时，实验结果表明此时脱硫灰颗粒在悬浮流化运动过程中通过捕捉雾化细水滴进行增湿低温脱硫反应。相比于炉外增湿方式，直接雾化喷水脱硫的硫盐化速率更高，表现出更好的脱硫能力。通过CFB炉内脱硫与炉尾增湿低温脱硫相组合的方式，可将循环流化床的钙利用率提高到70％，理论上可将Ca／S摩尔比降低到1.5以下。研究结果同时表明颗粒增湿效果与反应温度是影响脱硫灰再脱硫能力的主要因素。而脱硫灰的喷水增湿效果受喷水位置、雾化水滴粒径、喷水方式的影响显著。雾化喷水位置在悬浮段内部，雾化水滴粒径与颗粒粒径相近时，颗粒捕捉水滴的能力最强，增湿效果最好；增湿水分级喷入方式则可以使脱硫灰颗粒增湿更均匀，并延长快速反应的持续时间，使反应更充分；脱硫灰增湿脱硫的最佳反应温度在80℃左右；另外，实验结果同时表明SO₂浓度对脱硫灰喷水增湿脱硫的影响不显著。最后，结合实验研究结果，对脱硫灰增湿低温脱硫机理进行了阐述，基于双膜理论与缩核反应模型，考虑脱硫灰特殊的产物层结构特点，建立了适用于CFB脱硫灰增湿低温脱硫的单颗粒反应模型。模型计算结果显示，产物层扩散阻力是反应的主要阻力，模型计算结果与实验结果吻合较好。