固定床钙基吸收剂同时脱硫脱硝实验研究

论文摘要

化石能源的普遍使用引发的环境污染问题日趋严重,已经引起世界各国的广泛重视。其中,煤炭燃烧形成的主要污染物是粉尘、SOx、NOx以及痕量重金属元素。目前,相对成熟的烟气净化技术都是针对除尘、脱硫、脱硝等方面的问题单独进行研发,普遍存在设备复杂、投资高、运行费用相对昂贵等问题。因此,发展烟气污染物联合脱除或一体化脱除是必然趋势。鉴于烟气中SOx、NOx的物理化学性质,同时脱硫脱硝技术成为一体化脱除的首要研究方向。目前,广泛应用的脱硫技术均采用钙基吸收剂,因此基于钙基吸收剂调质的同时脱硫脱硝技术研究具有重要的应用价值。本文设计了配气系统、固定床管式反应器、加热和保温系统等,构成了完整的实验平台。然后应用反应器分析理论对固定床反应器的特性进行分析,结果表明反应器的壁效应对反应的影响可以忽略不计。之后引入气固反应的缩芯模型,进行了宏观反应速率控制环节分析,确定了气固非均相非催化反应的反应速率计算公式,并通过床层高度实验确定了计算公式的应用条件。最后通过改变吸收剂成分、模拟气体成分和浓度、温度和相对湿度对脱硫脱硝反应进行研究。本文通过实验推断脱硝反应的关键控制环节是NO向NO2的转化,通过在消石灰中加入氧化添加剂可以较大的提高这一环节的反应速率。实验发现氧化剂不仅作为反应物直接将NO氧化为NO2,而且氧化剂或其反应产物还可以催化O2和NO的反应。氧化剂对NO氧化速率的促进程度与其氧化性强弱有关,氧化性越强,NO氧化速率也越快。此外还发现,NO和NO2能够以一定的摩尔比发生反应,初步研究表明NO和NO2等摩尔比时反应速率最高。关于脱硫和脱硝相互影响的实验表明,脱硫过程对脱硝的作用比较复杂,一方面SO2气体的存在会降低脱硝反应速率,另一方面脱硫产物对脱硝具有促进作用。关于相对湿度影响的实验表明,模拟气体相对湿度增大时脱硫反应速率增大,而脱硝反应速率减小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 同时脱硫脱硝技术研究现状
• 1.2.1 湿法烟气同时脱硫脱硝技术
• 1.2.2 干法烟气同时脱硫脱硝
• 1.3 钙基吸收剂同时脱硫脱硝技术研究现状
• 1.3.1 钙基吸收剂同时脱硫脱硝技术国外研究现状
• 1.3.2 钙基吸收剂同时脱硫脱硝技术国内研究现状
• 1.4 本文研究目的及内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 同时脱硫脱硝实验台及测量方法
• 2.1 同时脱硫脱硝试验台
• 2.1.1 配气系统
• 2.1.2 固定床反应器
• 2.1.3 加热及保温系统
• 2.1.4 测量系统
• 2.2 便携式FTIR 的工作原理
• 2.3 吸收剂制备
• 2.4 各种增湿方式的对比
• 2.4.1 无携带气体外热增湿
• 2.4.2 有携带气体外热增湿
• 2.4.3 自热增湿
• 2.5 本章小结
• 第3章 反应模型及反应速率
• 3.1 反应模型和宏观反应速率控制环节
• 3.1.1 吸收剂气固反应模型
• 3.1.2 宏观反应速率控制环节
• 3.2 固定床管式反应器特性对反应速率的影响
• 3.2.1 壁效应
• 3.2.2 壁效应大小的判断
• 3.3 化学反应速率计算式
• 3.4 反应速率计算式的应用条件
• 3.5 本章小结
• 第4章 同时脱硫脱硝实验
• 4.1 脱硝反应关键控制环节的判断
• 4.2 基于吸收剂的脱硫脱硝实验
• 4.2.1 消石灰活性对脱硫脱硝的影响
• 4.2.2 氧化剂氧化性对脱硫脱硝的影响
• 4.2.3 氧化性吸收剂与非氧化性吸收剂的对比
• 4.3 基于模拟气体的脱硫脱硝实验
• 2 对脱硫脱硝反应的影响'>4.3.1 O₂对脱硫脱硝反应的影响
• 4.3.2 脱硫过程对脱硝过程的影响
• 2 组分浓度对脱硫脱硝过程的影响'>4.3.3 SO₂组分浓度对脱硫脱硝过程的影响
• 4.3.4 NO 组分浓度对脱硫脱硝过程的影响
• 2 值对脱硝过程的影响'>4.3.5 NO/NO₂值对脱硝过程的影响
• 4.4 温度和相对湿度对脱硫脱硝过程的影响
• 4.4.1 反应温度对脱硫脱硝过程的影响
• 4.4.2 相对湿度对脱硫脱硝反应的影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 实验工况安排
• 附录2 化学反应及计算公式汇总
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢