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本报告根据对现有烟气脱硫技术的综合分析评价,发展了中国科学院工程热物理研究所提出的喷动循环流化床烟气脱硫工艺,在物料的循环过程中集成了脱硫剂加湿活化、消化环节,形成了一体化的活化、消化烟气脱硫工艺(IAHFGD-Integrated Activation and Hydration Flue Gas Desulfurization)。该工艺整体上实现了低投资、低费用和较高脱硫效率,并最大限度地减小脱硫设备所需的空间。
为了开发自主知识产权技术,本报告对此工艺进行了全面的试验研究,获得了重要的试验数据。
在对现有的烟气脱硝技术进行全面总结评价的基础上,探讨了被广泛采用的选择性催化还原(SCR)脱硝技术的设计方法以及与SCR系统设计相关的参数优化。
通过对联合脱硫脱硝研究现状的分析发现,不同燃煤污染物的治理存在着一定的内部关联。根据最新的研究结果推断,中温烟气脱硫工艺与燃煤过程中砷吸附可能存在联系。基于此,本报告提出了一种脱硫、除砷与SCR脱硝协同控制的工艺,同时提出了该工艺的研究方向。
本报告获得了如下研究结果:
(1)大部分现有脱硫技术,即便是干法和半干法都要消耗大量的水,整套脱硫设施要占用较大的空间。
(2)对返料量可控的喷动循环流化床试验装置,以粉煤灰为床料,在试验速度范围(3.5~7.0m/s)内,当返料量一定时,循环物料量是相等的;对应于一定的床内操作气速,存在一个最大的循环流率;气体所携带的最大物料量并不是操作气速的线性函数,而是存在一个极值点。
(3)在含水量为5%时,沙子,粉煤灰和石灰是疏松的,其中沙子和石灰的粘结性稍大。三种物料中,润湿特性最好的是石灰,其次是沙子和粉煤灰。
(4)在自行设计的装置中,实现了连续的乏脱硫剂的活化、生石灰的消化以及整个系统的脱硫过程。脱硫试验的研究结果表明,在床温、SO2浓度、Ca/S和表观气速中,床温对脱硫效率影响最大。在最佳的试验条件下,脱硫效率可达82.4%。在相同试验条件下,采用生石灰的脱硫效率略低于熟石灰。试验产物的分析表明,脱硫生成物半水亚硫酸钙和二水硫酸钙比例相当,布袋除尘器的物料仍有较高的利用潜力。
(5)目前燃煤NOx尚无实用的燃烧前控制技术;燃烧中的NOx控制技术是最廉价的,但是效果比较差,且对燃烧过程有一定影响;燃烧后的处理技术中,SCR技术应用最广泛,但是SCR催化剂和还原剂都比较昂贵。
(6)研究发现,SCR系统设计的关键参数有烟气量、烟气中的NOx浓度、要求的脱除效率、催化剂种类、反应器型式、温度、空速(催化剂所需量)以及烟气流速等。通过分析,提出了SCR系统设计的步骤和关键参数的优化。
(7)根据各种污染物脱除存在的某种关联,提出了中温烟气脱硫、除砷与SCR脱硝协同控制的工艺以及相应的研究方向。
根据中国能源发展的现实需求,中国科学院工程热物理所提出了IGCC应用背景的多煤种适应性(高硫、高灰、高灰熔点)、温和反应温度的粉煤加压密相输运床煤气化技术(Pressurized High-density Transport Bed Coal Gasification),而密相输运状态的建立和高密度条件下的运行是该技术的关键。为了开发自主知识产权技术,本报告对密相输运床的气固两相流动过程进行了实验研究,以期为加压气化的小型实验、中等规模实验和进一步工业化提供基础的数据。
本报告组建了方形截面(0.27×0.27×10m)冷态实验装置,完成了以常温空气为流化介质,河沙为固体介质的冷态流动实验研究,研究了U型返料器的特性(返料量与返料风量的关系);研究了操作参数(颗粒循环流率Gs,表观气速)、两种出口结构(C,T)对提升管内颗粒浓度分布的影响。主要研究成果:
(1)U型反料器的返料量与输送风成线性关系,外部条件不影响返料特性;
(2)最大的颗粒循环流率达170 kg/m2s,颗粒浓度大于0.1的区域大约1.5m;
(3)表观气速增加,提升管内颗粒浓度减小;颗粒循环流率增加,提升管内颗粒浓度增加;
(4)T型出口可以局部增浓,提升管内的颗粒浓度呈C型分布;C型出口提升管内的颗粒浓度呈指数分布。
本报告新搭建了圆形截面(φ0.187×10m)冷态实验装置,完成了以常温空气为流化介质,石英砂为固体介质的冷态流动实验研究,研究了U型返料器的特性;研究了操作参数、三种出口结构(C,L,T)对提升管内颗粒浓度分布的影响。主要研究成果:
(1)U型返料器的返料量与总送风量、配风方式相关,同步配风返料量最大,外部的条件不影响返料特性;
(2)最大的颗粒循环流率达333.8 kg/m2s,颗粒浓度大于0.1的区域大约3m,实现密相流动;
(3)表观气速增加,提升管内颗粒浓度减小,但是减小的幅度不大;颗粒循环流率增加,提升管内颗粒浓度明显增加;
(4)三种出口结构,L,T仅可以局部增浓,提升管内的颗粒浓度呈C型分布;C型出口,提升管内的颗粒浓度呈指数分布。
(5)建立了性能可靠的密相流动研究平台。