多元溶液湿法撞击流燃煤烟气同时脱硫脱硝的机理研究

目前，我国燃煤烟气排放污染严重，制约着我国社会、经济的可持续发展。当前烟气脱硫脱硝方法普遍存在设备投资大、运行成本高、能耗大、工艺复杂及资源化回收困难等问题。因此，探索一种创新性的低成本、高效的同时脱除烟气中SO2、NOx及资源化利用，是我国当前亟待突破的难题。本课题主要针对燃煤电厂烟气的SO2和NOX同时脱除及其资源化过程中的相关科学问题开展了系统的研究。在烟气SO2和NOX同时脱除方面，从试验、热力学计算和动力学模型三个层面考察了氨基溶液对燃煤锅炉尾气中SO2和NOX的脱除机理，发现了NO气相氧化是脱除NO的决定性机制，以及SO2和添加剂与氮氧化物的协同促进脱除机制，提出了H2O2/铁基材料异相芬顿反应耦合氨基溶液同时脱硫脱硝的新方法，结合对系统内相关参数的实验探究结果和现代表征手段探究了该系统的相关反应机理，在该系统上实现了脱硫和脱硝效率分别为99.8％和92.5％，为实现燃煤电厂烟气的“低成本零排放”探索出了重要的技术方案。在撞击流反应器气液两相流流体动力学与多组分污染物复杂化学反应之间耦合机制的研究方面，进行了氨基溶液湿法撞击流同时脱硫脱硝的数值模拟与试验验证研究。采用双欧拉和欧拉-拉格朗日法对气液两相流进行数值计算，完成了对气相或是两相撞击流物理模型的构建和分析，结合尿素溶液湿法同时脱硫脱硝的反应机理，并基于双膜理论对撞击流物理模型进行化学反应的耦合，获得了尿素溶液湿法撞击流同时脱硫脱硝的脱硫脱硝效率随结构参数和工况的变化特性与趋势，为撞击流反应器的优化设计和最佳工况的选择提供了参考。在数值模拟研究的基础上，建立了多元吸收液湿法撞击流燃煤烟气同时脱硫脱硝的实验系统，验证了数值模拟的研究结果，同时也为进一步改进和优化湿法撞击流烟气同时脱硫脱硝的理论模型提供了重要的参考指标。在氨基脱硫脱硝废液资源化利用方面，系统地研究了操作参数对氨基脱硫脱硝废液电解制备高附加值过硫酸铵的影响，并深入探究了吸收液电解制备过硫酸铵的反应机理。详细地研究了副产物资源化过程中尾液对烟气同时脱硫脱硝的影响特性，分析了粉尘和重金属对氨基脱硫脱硝废液电解制备高附加值过硫酸铵的影响，并提出了一种氨基湿法脱硫脱硝工艺与吸收液电解资源化循环利用耦合的新型绿色高效的烟气净化技术路线。本课题研究丰富了湿法燃煤烟气多组分污染物（SO2和NOx）同时脱除的理论，推进了燃煤烟气净化技术的进步与发展。 2100433B

无二次污染的低成本、高效、副产物资源化利用的烟气同时脱硫脱硝方法是发展趋势。本项目提出的新方法，融合了氨、尿素、以及同时脱硫脱硝过程中生成的亚硫酸铵和亚硝酸的理化特性，使吸收剂与中间产物之间形成协同促进机制；对关键性的NOx脱除，先采用液相添加剂提高NOx氧化度和溶解度，再利用脱硫生成的亚硫酸铵对NOx还原分解性能和尿素对亚硝酸的分解特性，实现NOx高效脱除和副产物简单、易分离的目标；此外，引入撞击流技术强化气液间混合、湍动和热质传递，进一步提高烟气污染物的脱除效率；运用双膜理论建立气液两相流动与烟气同时脱硫脱硝反应相耦合的数学模型，通过试验和数值模拟研究，揭示多元吸收液湿法烟气同时脱硫脱硝的反应机理，掌握撞击流气液两相流动与烟气同时脱硫脱硝的复杂化学反应耦合机制。本研究将形成湿法燃煤烟气二氧化硫和氮氧化物同时脱除的新理论和方法，为将来开发新型、具有自主知识产权的环保技术提供科学理论支撑。

本课题立足低速撞击（小于15m/s）,通过动、静力实验、三维有限元模拟和理论推导系统研究了充压管道冲击动力行为和失效机理。 管道正向撞击实验考察因素涵盖介质类型、充压水平、撞击体形状、撞击位置，首次清楚揭示了介质质量和充压水平共同主导管道动力行为的机理，并明确对于低速撞击问题，相比介质质量，充压水平起首要主导作用。跨中和1/4跨处发生撞击将引起管道首先在撞击区产生局部变形，随之管段发生整体弯曲变形，因塑性耗能区域增大导致失效能量提高；根部位置承受撞击将引起管道脆性剪切破坏，其对应失效能量最小。内充压力介质因可有效阻止撞击区域局部变形开展，导致管道整体变形比份增大，促使失效模式由撞击区域向管道根部转移。内压的升高较小程度上影响管道最终塑性变形，却显著改变局部变形与整体变形比值，从而导致管道失效能量的极大降低。刀形撞击体因与管道接触面积较半圆形和楔形小，塑性耗能区域过于集中从而导致失效能量最小。 斜向撞击下，管道将经历撞击瞬时局部变形，随之撞击体与管道摩擦滑移以及全管段整体弯曲变形耦合过程。摩擦滑移的存在将导致管道截面扁平化范围较正向撞击局部变形区域加大，从而产生更大的塑性耗能能力，导致管道失效能量高于正向撞击工况。内充压力介质的存在将显著降低撞击体与管道的摩擦滑移距离，导致失效能量降低。 选用水、空气和干沙为内充介质进行的四点弯曲实验表明，薄壁管道将在加载前期经历截面扁平化，后期在某个截面集中发展塑性，形成“结节”，整体弯曲行为呈现明显的前期弹性-中期塑性强化-后期软化特点。内充介质和压力水平可以显著提高管道的临界曲率和弯矩，其提升程度取决于介质性质和压力水平。 基于ABAQUS程序，应用其自带的Surface based Fluid Cavity功能模拟管道内充介质和压力水准，可以实现对充压管道动力响应行为的精细模拟。基于管道变形后构型，并考虑内压和介质质量影响，采用实验测量的弯矩-曲率关系描述管道弯曲行为，本课题推导了基于线元的管道大变形运动方程，实现了应用简单梁单元进行充压管道动力行为的模拟。 本项目所开展的实验研究成果清晰、明确地回答了诸如介质压力，撞击形状、位置、角度等因素影响充压管道冲击动力行为的机理；基于有限元软件的数值模拟为高效分析管道响应提供了行之有效的路径；理论推导的基于梁单元的分析方法为建立简化、可靠的管道安全性设计、评价理论提供了新思路。

偶然事件造成的撞击加载通常会造成充压管道失效，从而引起灾难性后果。管道抗撞技术的进一步发展迫切需要对其可能承受的复杂撞击工况以及具有普遍代表意义的响应模式进行深入研究。本项目拟采用系统试验、数值模拟、理论推导手段针对充压管道低速撞击行为开展研究。首先，针对撞击角度、位置发生改变的工况进行系统试验，通过解析管道变形、内压等变量的瞬态发展过程，探明撞击参数与响应模式之间的连接关系和相互作用机理。然后，基于试验数据和有限元参数分析，总结、归纳管道在撞击过程中内力、变形、能量等参数的分布特征和演变规律，揭示对应不同撞击工况的管道响应模式和失效机理。最后，针对高压管道整体变形特点，基于大变形动力学控制方程，发展考虑液固耦合效应并适用于管道分析的简化梁模型计算方法。本项目的研究成果将为全面、清晰的认识充压管道撞击行为提供试验和理论依据，同时也将为建立高效的管道安全性设计、评价理论提供新思路。

本项目主要研究双相传动Hy-Vo齿形链系统的多元变异及其啮合机理。重点研究双相传动Hy-Vo齿形链系统的双相叠加原理及其谐应关系、不同啮合机制链节有序排列规律及其变异啮合机制的设计准则、链及链轮的新齿形设计方法、链与链轮的接触动态响应和噪声频谱；通过研究揭示双相传动Hy-Vo齿形链多元变异的耦合效应及其对系统多边形效应和中心距变动量的影响规律，构建双相传动Hy-Vo齿形链啮合设计体系，并建立相关啮合方程，提出双相传动Hy-Vo齿形链-双相链轮-刀具系统的正确啮合条件，形成适用于双相传动的新型多元变异Hy-Vo齿形链系统的啮合设计理论与方法。 本项目的研究成果是对传动领域的一种理论创新，可派生出一族新型传动，应用前景十分广阔。目前尚未发现国内外文献有这方面研究成果和研究进展的报道。