循环床富氧燃烧钙基脱硫剂的脱硫机理及其活化研究

大力开发高效低污染的清洁燃煤技术对国家可持续发展和能源安全具有重大意义。循环流化床富氧燃烧是能有效控制燃煤气体污染物排放特别是温室气体CO2减排的一种新型清洁燃烧技术。本项目对该燃烧方式下各种因素对SO2的形成和钙基脱硫剂脱硫特性的影响规律进行试验和理论研究，深入研究钙基脱硫剂在煅烧、烧结、再碳酸化、硫化反应过程中的固体产物孔结构的生成和变化过程，建立脱硫剂煅烧、烧结和再碳酸化的孔隙网络结构模型，同时利用部分再循环烟气和一定量补充水蒸汽对乏脱硫剂进行活化来提高其脱硫反应性，并对其影响因素和机理进行研究，从而建立循环流化床富氧燃烧方式下的再循环烟气活化钙基脱硫模型，在此基础上再探索循环流化床富氧燃烧方式下经济高效脱除SO2的优化工艺方案。本项目的研究成果将为循环流化床富氧燃烧锅炉的开发和设计提供理论依据。

提高脱硫效率是目前循环流化床锅炉炉内脱硫过程面临的亟待解决难题。针对目前所存在的钙基脱硫剂利用率偏低的实际问题，本项目从所提出的担载型高效脱硫剂制备机理及其在炉内的流动、扩散与反应过程开展基础研究，对于深入认识炉内脱硫过程和获得高效脱硫方法具有重要的理论价值与实际意义。本项目将开展如下研究：1) 担载型脱硫剂制备过程中的表面物理化学影响机制；2）脱硫剂在炉内条件下的脱硫反应机理与模型；3）颗粒非均匀分布对脱硫过程传质与反应的影响规律；4）颗粒碰撞对脱硫剂磨耗特性的作用机理与模型；5) 操作条件对流化床锅炉脱硫反应过程的影响规律与优化方法。在适于循环流化床锅炉炉内脱硫的高效脱硫剂制备机理与应用基础研究方面有望获得原创性成果。

本研究针对循环流化床锅炉炉内高效脱硫技术的重要需求，基于钙基吸收剂担载原理开发出了适用于循环流化床锅炉的炉内高效脱硫剂，并开展相关应用基础研究。研究内容及取得的重要成果包括： 1） 担载型脱硫剂的制备原理与脱硫性能影响规律：本研究提出了一种适用于工业循环流化床锅炉的担载型脱硫剂在线制备方法，在循环流化床锅炉内同时实现担载型脱硫剂的制备和脱硫反应过程。结果表明：在循环流化床内强烈的混合作用下，喷入的石灰浆液中的石灰微粒担载在床料表面形成了担载型结构。石灰微粒的停留时间因此明显增加，这是脱硫效率显著提高的主要原因。本方法的工艺复杂度和能耗都要远低于离线的担载型脱硫剂制备工艺，因此更加适合于工业应用。 2） 循环流化床锅炉炉内气固反应过程的研究：针对循环流化床锅炉炉内颗粒分布的特征，提出了一种考虑颗粒非均匀分布的曳力修正模型，并采用该模型对脱硫过程进行了模拟分析。所提出的曳力模型能够准确反映循环流化床反应器内的流动分布特征，在此基础上获得了不同操作条件对担载型脱硫剂脱硫性能的影响规律。进一步建立了包含多相流动、颗粒破碎与脱硫反应的综合计算平台，考察了脱硫剂的磨耗对反应器内脱硫过程的影响。研究成果对于深入认识循环流化床炉内的流动与反应过程、为基于担载型脱硫剂的脱硫技术实际应用提供了理论指导。 3） 炉内气氛对脱硫反应过程的影响规律：循环流化床锅炉底部密相区存在明显的还原性气氛，还原性物质的存在会导致脱硫产物分解并释放SO2，对脱硫带来负面影响。同时还原性物质的增加会导致脱硫产物分解并释放SO2的比例提高，因此在实际脱硫过程中应尽可能控制还原性物质浓度。研究成果对于循环流化床锅炉调控炉内运行参数以实现高效脱硫目的具有指导意义。 上述研究成果为发展先进的燃煤污染控制技术提供了理论基础和应用指导。发表学术论文12篇，其中SCI期刊论文9篇。培养研究生5人。

本发明涉及一种循环流化床脱硫系统及其脱硫循环灰的在线活化设备，其中，脱硫循环灰的在线活化设备包括壳体以及设于壳体内的搅拌装置、研磨装置和选粉机；壳体设有进灰口、进液口和出粉口，进灰口与除尘器连通、用于向搅拌装置内加入循环灰，进液口用于向搅拌装置内加入表面改性剂；循环灰和表面改性剂通过搅拌装置混合以及研磨装置研磨后，经由选粉机筛选，粒径达到目标要求的循环灰由出粉口排出，进入脱硫塔。该脱硫循环灰的在线活化设备可有效提高循环流化床的脱硫效率、增加循环灰的利用率。 2100433B