垃圾焚烧烟气高温干式净化及其机理研究

论文摘要

目前基于中低温段的焚烧烟气净化方式不利于飞灰的后续处理、难以避免过热器的高温腐蚀，并对抑制二噁英的生成不利。为此本研究提出了焚烧烟气高温净化的思路。即在过热器前的高温烟气段用干式净化的方法将大部分酸性气体和飞灰除去，以保护过热器并控制飞灰的毒性，达到提高焚烧炉的安全性和降低整体处理费用的目的。基于这一思路，研究工作主要针对焚烧烟气的高温净化（包括对HCl和NOx的净化）展开。研究了采用石灰类吸收剂对焚烧烟气中HCl气体进行高温净化的机理，并探索了提高干式净化效率的措施。在实验研究的基础上，对吸收剂喷入烟道后的混合、扩散过程进行了数值模拟，并据此对实验系统的进一步完善提出了改造方案。为了在中高烟温段同时净化NOx，研究了肼类物质作为还原剂在中、高温段对NOx的净化效果，并同氨的还原性能进行了比较。最后探索了用肼类物质处理的石灰类吸收剂在过热器前的高温段同时净化HCl气体和NOx的效果。为提高HCl气体的干式净化效率，研究了钠碱改性石灰吸收HCl气体的过程。结果表明，与普通石灰相比，改性石灰在高温段具有更好的活性。其原因是改性石灰的晶体规则程度较低；产物层多孔；且其煅烧分解速度能适应反应持续进行的要求。普通石灰在不同温度下的产物成分相同，而改性石灰在各温度下的反应产物成分并不一致。为确定合适的HCl气体高温净化温度，研究了石灰吸收HCl气体对应的平衡浓度随温度的变化、石灰的热分解规律及温度对反应率的影响。结果表明：石灰吸收HCl气体对应的平衡浓度随温度的升高而升高；烟气中CO2浓度增大，HCl平衡浓度亦升高，但改性石灰可在一定程度上消除CO2对HCl吸收的不利影响。石灰在高温下的反应率明显高于低温时的值。即使200℃下已达最大反应率的石灰，在升温到600℃时仍能继续反应，高温提高了反应率。在水平烟道加旋风除尘器这一连续加料的反应系统上的研究表明，石灰干式净化HCl气体的效率随温度的上升而上升，在650℃时达到峰值后降低。净化效率随HCl初始浓度增加而升高，在HCl浓度为400-1400mg／Nm3时基本呈线性关系；Ca／Cl当量比越高，净化效率越高，但当量比大于4后，效率上升缓慢。综合考虑温度对净化效率和收尘效率的影响，HCl气体的干式净化温度宜设在600℃左右。实验发现，500℃以上的高温条件下，喷入烟道中的很大一部分石灰会与烟

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 垃圾焚烧处理现状

1.2 中低温烟气净化的局限

1.2.1 烟气净化方式与受热面高低温腐蚀

1.2.2 烟气净化方式与二噁英生成的关系

1.2.3 烟气净化方式与APC-residues的处理方法选择

1.3 高温烟气净化的提出

1.4 主要研究内容

x净化的研究现状'>第二章烟气中HCl气体及NO_x净化的研究现状

2.1 HCl气体干式净化技术的研究现状

2.1.1 HCl气体的危害

2.1.2 焚烧烟气中HCl气体的来源

2.1.3 HCl气体与石灰类吸收剂干式反应的机理研究

2.1.3.1 关于反应产物的研究

2.1.3.2 关于温度对反应影响的研究

2.1.3.3 关于气氛对反应影响的研究

2.1.3.4 关于反应模型的研究

2.1.4 干式净化效率的提高及吸收剂的改良

2.2 氮氧化物控制技术的现状

x排放标准比较'>2.2.1 各国NO_x排放标准比较

x排放技术的发展现状'>2.2.2 低NO_x排放技术的发展现状

2.2.3 燃烧中脱硝技术

2.2.4 燃烧后脱硝技术

2.2.4.1 选择性非催化还原法

2.2.4.2 选择性催化还原法

2.2.4.3 SNCR/SCR联合技术

x同时控制技术的研究现状'>2.3 HCl气体和NO_x同时控制技术的研究现状

2.3.1 电子束辐照法和脉冲电晕法

2.3.2 活性炭加氨吸附法

2.3.3 氧化铜法

2.3.4 SNOX工艺

2.3.5 SNRB工艺

2.3.6 炉膛石灰（石）/尿素喷射工艺

第三章石灰吸收剂高温净化HCl气体的机理研究

3.1 吸收剂

3.2 研究内容和方法

3.2.1 石灰吸收剂吸收HCl气体过程中的物理化学特性变化的研究

3.2.1.1 实验装置系统

3.2.1.2 实验数据处理

3.2.1.3 实验误差分析

3.2.2 HCl平衡浓度的实验

3.2.3 石灰吸收剂的热分解规律实验

3.2.4 石灰吸收剂在不同条件下的反应率实验

3.2.5 石灰吸收剂在不同条件下对HCl气体的净化效率

3.3 实验结果与分析

3.3.1 普通石灰和改性石灰净化HCl气体反应前后的表面形貌特征变化

3.3.2 普通石灰和改性石灰净化HCl气体反应前后的孔隙结构特征变化

3.3.3 普通石灰和改性石灰煅烧及反应前后的化学成分变化

3.3.4 石灰吸收剂净化反应对应的HCl气体的平衡浓度

3.3.5 石灰吸收剂的热分解规律

3.3.6 石灰吸收剂在不同温度下净化HCl气体的反应率

3.3.6.1 反应温度对反应率的影响

3.3.6.2 烟气成分对反应率的影响

3.3.6.3 石灰吸收剂种类对反应率的影响

3.3.7 石灰吸收剂在高温和低温下净化HCl气体的净化效率

3.4 本章小结

第四章石灰在旋风除尘器前的烟道内高温净化HCl气体的研究

4.1 实验系统、方法及内容

4.1.1 高温干式烟气净化实验系统

4.1.1.1 高温烟气发生系统

4.1.1.2 烟气净化水平管段及吸收剂加料装置

4.1.1.3 旋风除尘器

4.1.1.4 混风箱和风机

4.1.2 HCl气体采样系统

4.1.3 石灰吸收剂

4.1.4 实验内容

4.2 实验结果与分析

4.2.1 反应温度对HCl气体净化效率的影响

4.2.2 石灰吸收剂种类对反应的影响

4.2.3 HCl气体浓度和Ca/Cl当量比对净化效率的影响

2对石灰高温净化HCl气体净化效率的影响'>4.2.4 CO₂对石灰高温净化HCl气体净化效率的影响

2气氛下的Ca（OH）₂煅烧反应'>4.2.4.1 CO₂气氛下的Ca（OH）₂煅烧反应

4.2.4.2 石灰高温净化HCl气体产物中的碳酸钙成分分析

2对两种石灰净化HCl气体的不同影响'>4.2.4.3 CO₂对两种石灰净化HCl气体的不同影响

4.2.5 净化效率的其它影响因素分析

4.3 本章小结

3类吸收剂高温净化HCl气体的研究'>第五章 CaCO₃类吸收剂高温净化HCl气体的研究

5.1 吸收剂

5.2 研究内容和实验方法

3类吸收剂的热分解规律实验'>5.2.1 CaCO₃类吸收剂的热分解规律实验

3类吸收剂的晶体结构分析'>5.2.2 CaCO₃类吸收剂的晶体结构分析

3类吸收剂与HCl气体的反应特性'>5.2.3 CaCO₃类吸收剂与HCl气体的反应特性

3类吸收剂吸收HCl气体的平衡浓度'>5.2.4 CaCO₃类吸收剂吸收HCl气体的平衡浓度

3类吸收剂净化HCl气体的最终反应率'>5.2.5 CaCO₃类吸收剂净化HCl气体的最终反应率

5.3 实验结果与分析

3类吸收剂的热分解规律'>5.3.1 CaCO₃类吸收剂的热分解规律

3的晶体结构'>5.3.2 改性CaCO₃的晶体结构

3类吸收剂与HCl气体的反应特性'>5.3.3 CaCO₃类吸收剂与HCl气体的反应特性

3在不同温度下的反应特性'>5.3.3.1 CaCO₃在不同温度下的反应特性

3和改性CaCO₃的反应特性比较'>5.3.3.2 普通CaCO₃和改性CaCO₃的反应特性比较

3反应特性的影响'>5.3.3.3 烟气成分对CaCO₃反应特性的影响

3类吸收剂净化HCl气体所对应的HCl平衡浓度'>5.3.4 CaCO₃类吸收剂净化HCl气体所对应的HCl平衡浓度

3类吸收剂高温净化HCl气体的温度选择'>5.3.5 CaCO₃类吸收剂高温净化HCl气体的温度选择

3类吸收剂净化HCl气体的最终反应率'>5.3.6 CaCO₃类吸收剂净化HCl气体的最终反应率

5.4 本章小结

第六章石灰吸收剂在水平烟道内流动和扩散的数值模拟

6.1 管内气固两相流动的模拟方法及原理

6.1.1 气相湍流模型

6.1.1.1 通用微分方程

6.1.1.2 气相湍流的模拟方法

6.1.2 颗粒相模型

6.1.2.1 颗粒的作用力平衡方程（颗粒轨迹方程）

6.1.2.2 颗粒随机轨道模型

6.1.2.3 两相耦合计算过程

6.1.3 微分方程的离散化

6.1.4 离散化方程组的求解方法

6.2 模型的网格划分及边界条件的设定

6.2.1 计算模型及网格划分

6.2.2 边界条件的设定

6.3 模拟结果及分析

6.3.1 加料器入口气速对管内颗粒相扩散的影响

6.3.2 加料器入口气流方向对管内颗粒相扩散的影响

6.4 本章小结

第七章肼类物质中高温净化烟气中NO.的研究

7.1 选择性非催化还原（SNCR）技术现状

7.1.1 SNCR技术的应用概况

7.1.2 影响SNCR过程的主要因素

7.1.2.1 还原剂的种类

7.1.2.2 反应温度

7.1.2.3 还原剂在最佳温度范围内的停留时间

7.1.2.4 还原剂与烟气的混合情况

x的浓度'>7.1.2.5 初始NO_x的浓度

x的摩尔比'>7.1.2.6 还原剂与初始NO_x的摩尔比

7.1.2.7 喷入点处的烟气成分

7.1.2.8 添加剂的影响

7.1.2.9 氨的泄漏

2O的排放'>7.1.2.10 N₂O的排放

7.2 肼类物质作脱硝剂的可能性

7.3 实验方法及内容

7.4 实验结果与分析

7.4.1 水合肼和硫酸肼中温段脱硝的性能分析

7.4.1.1 氨在中温段、高氧量条件下的脱硝性能

7.4.1.2 水合肼和硫酸肼在中温段、高氧量条件下的脱硝性能

2的生成特性'>7.4.1.3 肼类物质中温段脱硝过程中NO₂的生成特性

7.4.2 水合肼高温段的脱硝性能分析

7.4.2.1 反应温度对水合肼高温段脱硝过程的影响

7.4.2.2 氧量对水合肼高温段脱硝过程的影响

7.5 本章小结

x的研究'>第八章肼处理石灰同时高温净化焚烧烟气中HCl与NO_x的研究

8.1 肼处理石灰类吸收剂的制备

8.2 实验方法及内容

8.2.1 肼处理石灰类吸收剂的热分解实验

8.2.2 肼处理石灰类吸收剂净化HCl气体的实验

x的实验'>8.2.3 肼处理石灰类吸收剂净化烟气中NO_x的实验

8.3 实验结果与分析

3净化HCl气体的反应能力分析'>8.3.1 水合肼处理CaCO₃净化HCl气体的反应能力分析

3的热分解规律'>8.3.1.1 水合肼处理CaCO₃的热分解规律

3吸收HCl气体的反应率'>8.3.1.2 水合肼处理CaCO₃吸收HCl气体的反应率

8.3.2 硫酸肼处理石灰净化HCl气体的反应能力分析

8.3.2.1 硫酸肼的分解特性

8.3.2.2 硫酸肼处理石灰的热分解规律

8.3.2.3 硫酸肼处理石灰吸收HCl气体的反应率

8.3.2.4 硫酸肼处理石灰的物相及颗粒度分析

8.3.3 肼处理石灰吸收剂脱硝能力的分析

8.4 本章小结

第九章全文总结及工作展望

9.1 本文主要的研究结论

9.2 本文的创新之处

9.3 不足之处及对未来工作的展望

致谢

参考文献

个人简历在学期间发表的学术论文与研究成果

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