| 题名 | 烧结烟气净化工艺优化的基础研究 |
| 作者 | 宫国卓 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-06-05 |
| 授予单位 | 中国科学院过程工程研究所 |
| 授予地点 | 过程工程研究所 |
| 导师 | 叶树峰 |
| 关键词 | 烧结烟气 净化工艺 结构优化 脱硫剂 半干法脱硫灰 |
| 其他题名 | Fundamental Research for Optimization of Sintering Flue Gas Purification Process |
| 学位专业 | 化学工程 |
| 中文摘要 | 随着国家对SO2排放控制的越来越严格，富含SO2的烧结烟气的净化越来越受到人们的重视。在多种烧结烟气净化工艺中，循环流化床烟气脱硫工艺（CFB-FGD）以其独特的优势受到越来越多研究者的关注。根据济钢烧结烟气脱硫工程的实践，发现该工艺还存在一些缺点和不足，如：进口结构不合理、出口颗粒浓度过高、半干法脱硫灰利用困难和脱硫剂活性低等。因此，在本文中，针对该工艺目前存在的这些问题，分别进行了研究，以便使该工艺能得到进一步的优化，为该工艺更好的推广和应用提供理论依据和数据支持。 在对脱硫塔进口结构进行优化研究时，建立了冷态试验模拟装置，冷态实验结果发现，脱硫塔弯管+文丘里管式的进口结构对脱硫塔底部区域的气相分布以及颗粒浓度和速度有很大的负面影响；针对脱硫塔内出现的强回流现象和不同位置的雷诺数变化范围较大的特点，首次采用RNG k-ε湍流模型模拟了脱硫塔进口段的气流场结构，并以此为基础，对脱硫塔进口结构进行了模拟优化。模拟研究表明，文丘里管喉口段直径的增大以及渐扩段半锥角、喉口段长度和收缩段半锥角的减小都对均布脱硫塔气流场和减少床层压损有利；模拟计算结果表明通过增设优化的导流叶片和导流圆形挡板，可以使得脱硫塔内气流场分布均匀，床层压力损失小，并通过冷态模型试验得到了验证。 以双流体模型和颗粒动力学理论为基础，在欧拉框架内对脱硫塔进行了气固两相模拟计算，在模型中根据工业脱硫的具体情况，修正了颗粒温度方程，在此基础上，对实验装置进行了模拟，并将模拟计算值与实验值相比较，验证了模型的可靠性，确认了该数值模拟方法在本技术领域内计算的可行性。以此为基础，对工业脱硫装置的气固流场进行了模拟计算，结果表明，通过对入口结构进行优化，工业脱硫塔内的气固浓度和速度分布可得到明显改善。对工业装置的进口加料位置进行改进，发现在文丘里渐扩段下部加料的方式比在上部加料要好，而最佳的加料方式是在文丘里管收缩段加料。通过对进口结构气流场和加料方式的优化，脱硫塔内气固浓度和速度分布可以大大改善。 为了降低脱硫塔出口颗粒浓度，在实验模拟装置内设置了一种内构件，以此作为一种尝试来增强脱硫塔内物料的内循环，从而减轻外循环的压力，并通过冷态实验、单相和气固两相数值模拟进行研究和对工业装置的模拟。结果发现，内构件上部和下部附近区域的颗粒浓度均得到了提高，在内构件的下方，颗粒的回流区域得到了增加；内构件的深入长度对实验模拟装置的气流场影响很大，而内构件的倾角则对其气流场影响较小；内构件的加入能够有效增强工业模拟装置脱硫塔内物料的内循环，从而降低了脱硫塔出口颗粒浓度，并且发现将内构件放在脱硫塔的中部比放在脱硫塔的上部效果要好。 在450℃以上，脱硫灰中的亚硫酸钙在空气中很容易氧化为硫酸钙。采用氧化后的硫酸钙和高炉渣成功地研制出了较高抗折和抗压强度的硫铝酸盐水泥，在最佳配比和最佳煅烧温度1300℃下，1d、3d、28d的抗压强度分别为48.7MPa、55.2MPa、78.5MPa，1d、3d、28d的抗折强度分别为10.2MPa、10.9MPa、11.9MPa。对比氧化后的CaSO4和工业用CaSO4可以看出，由于晶型的不同造成两者活性的不同，从而导致由前者制备的硫铝酸盐水泥力学性能更优良。 采用高炉水淬渣和氢氧化钙成功地制备出高效半干法脱硫剂。由于生成了C-S-H(Ι)，该脱硫剂比Ca(OH)2的脱硫活性要高。研究表明，当高炉渣与氢氧化钙的重量比在1/9~3/7时，制备出的脱硫剂的脱硫活性与其比表面积无关，而且等于Ca(OH)2的饱和吸附量。当高炉渣与氢氧化钙的重量比在7/3~9/1时，制备出的脱硫剂的饱和吸附量与其比表面积呈线性相关。脱硫剂的最佳制备条件为：高炉渣与氢氧化钙的重量比为9/1、水固比为25/1、浆液搅拌时间为10h、浆液温度为60℃。高炉渣与氢氧化钙的重量比（范围为1/9~9/1）是最重要的影响因素，其次分别为浆液搅拌时间（范围为45min~17h）和水固比（范围为10/1~25/1），水合温度（范围为50℃~80℃）对脱硫剂的脱硫活性影响最小，可以忽略不计。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-13 |
| 页码 | 163 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1189]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 宫国卓. 烧结烟气净化工艺优化的基础研究[D]. 过程工程研究所. 中国科学院过程工程研究所. 2009. |
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