基于钠基吸附剂的烟气脱碳系统余热利用研究

针对基于钠基固体吸附剂的燃烧后脱碳技术应用于燃煤电厂后综合能耗偏高的问题，本文提出与供热机组结合的碳捕集/供热双机组系统，利用低温热网回水回收系统低品位余热。依据双机组的抽汽混合与否构建了两种系统流程，分析了两种不同方案下的系统性能。研究结果表明，在有效回收脱碳系统碳酸化反应余热后，独立抽汽方案中碳捕集综合能耗从4.05GJ/t CO₂降低至1.26GJ/t CO₂，而混合抽汽方案中碳捕集综合能耗降低至1.13GJ/t CO₂，同时双机组系统的热网供热量较单供热机组分别增加了67.5%和72.8%，经济效益显著。分析了混合抽汽方案的系统中碳捕集综合能耗随相关运行参数变化的规律，发现碳酸化反应温度和热网回水温度因为能够直接影响系统余热利用程度因而更易对碳捕集综合能耗产生影响。     

城市污泥流化床中低温空气气化及重金属迁移特性

利用自行搭建的流化床热态实验装置，系统研究了污泥的中低温气化及重金属迁移特性。研究表明，对冷煤气效率和碳转化率影响最大的是气化温度，其次是空气当量比，而一二次风配比和流化数影响较弱。污泥中低温气化的焦油产率较之高温气化明显增加。随着二次风占比和空气当量比的提高，焦油产率单调下降。气化温度由600℃升至850℃，冷煤气效率和碳转化率均呈升高趋势；空气当量比由0.2升至0.4，冷煤气效率呈先升高后下降的趋势，在0.3时达到最大值，而碳转化率则呈单调升高趋势。随着气化温度的升高，污泥中重金属转移至产气、焦油及飞灰的迁移率升高。随着空气当量比的升高，Ni、Cu的迁移率降低，Cr升高，Cd、Zn、As和Pb等其他重金属的迁移率几乎不变。     

两种煤成灰特性对比试验研究

为分析某循环流化床锅炉纯烧一种南非煤时无法实现满负荷运行的原因,利用热重及静态燃烧结合冷态振筛的方法将该南非煤和淮北烟煤进行燃烧和成灰特性对比试验。结果表明,南非煤发热量高、着火温度低、燃尽时间短、成灰量少且易成细灰;同等粒径的2种原煤在相同的成灰条件下,南非煤成灰的平均粒径明显偏细,细灰(≤91μm)质量份额高于40%,淮北烟煤低于20%;原煤粒径增大,南非煤成灰平均粒径变化不大;原煤粒径超过4 mm后,淮北烟煤成灰平均粒径显著增大。南非煤的成灰特性可能是此锅炉密相区超温、不能满负荷运行的原因,可从提高旋风分离器分离效率、添加辅助床料及采用飞灰回燃技术等方面着手改进。     

流化床密相区颗粒扩散系数的CFD数值预测

应用离散颗粒模型直观获得颗粒运动情况,并从单个颗粒和气泡作用的角度分析颗粒运动和混合,证实气泡在床层中上升、在床层表面爆破以及气泡上升引起的乳化相下沉运动对颗粒混合起关键作用。应用基于颗粒动理学的双流体模型系统地对床宽分别为0.2、0.4、0.8 m的二维流化床在鼓泡区和湍动区的气固两相流动行为进行数值模拟。受离散颗粒模型启发,在双流体模型计算结果基础上,引入理想示踪粒子技术计算床内平均颗粒扩散系数。计算结果表明,颗粒横向扩散系数(D_x)总体上随流化风速增大而增大,但受床体尺寸影响较大;颗粒轴向扩散系数随流化风速增大而增大,受床体尺寸影响较弱。文献报道的密相区颗粒横向扩散系数分布在10^-4～10^-1 m²·s^-1数量级。本文提出的计算方法在数量级上与文献实验结果吻合,表明在大尺寸流化床且高流化风速下,颗粒横向扩散系数远大于小尺寸鼓泡流化床,为不同研究者实验结果的分歧提供了理论依据,也为预测大型流化床内颗粒扩散速率提供了放大策略。     

流化床垃圾焚烧炉飞灰沉积实验

在自行搭建的小型流化床积灰试验台上选用流化床垃圾焚烧炉对流管束浮灰，模拟焚烧炉烟气环境下开展飞灰沉积实验。首先分析浮灰理化特性，结果表明：随着粒径增大，浮灰中CaO和SO₃含量逐渐降低，而SiO₂和Al₂O₃的含量逐渐增加；碱金属Na和K以及卤素Cl的含量在粒径较小的浮灰中含量最高。其次重点研究了浮灰粒径、烟气温度和换热管表面温度对飞灰沉积特性的影响规律，结果表明：积灰中主要富含Ca、S、Si和Al等元素，积灰中CaO和SO₃含量比浮灰高，而Al₂O₃和SiO₂含量比浮灰低；积灰量随着烟气温度升高而增加；粒径对灰沉积影响作用显著，大粒径灰颗粒难沉积而小粒径灰粒易沉积；管壁温度在600℃时，积灰量最小。积灰中CaO和SO₃的含量随着管壁温度升高而减少，而难熔Al₂O₃和SiO₂的含量随着管壁温度升高而增加。     

垃圾焚烧炉对流受热面烧结积灰生长特性

使用扫描电子显微镜、X射线荧光光谱仪、激光粒度分析仪等分析手段，对流化床垃圾焚烧炉对流受热面的松散性浮灰和烧结性积灰的微观结构和组成成分等进行研究。结果表明，省煤器浮灰中大部分颗粒保持着独立的形态，而对流管束浮灰存在烧结现象；绝大部分的浮灰粒径位于0～100μm；省煤器浮灰的灰熔点低于对流管束浮灰熔点80℃左右；对流管束浮灰和省煤器浮灰在成分组成上差别不大，浮灰中的主要元素均为Ca、Si、Al和S，但对流管束浮灰中Ca和S的含量高于省煤器浮灰。各层积灰中Ca和S的含量较高，主要物相为CaSO₄。对流管束积灰中Ca和S含量高于省煤器积灰；对流管束和省煤器积灰中Al和Si的含量远低于浮灰中的相应含量。从积灰内层到外层Ca和S的含量逐渐减少，而Al和Si的含量逐渐增加；积灰内层K、Na、Fe和Cl的含量高于其他层。     

机械振动对纳米颗粒聚团流化的影响

在常温常压下,通过测定SiO_2,Al_2O_3和TiO_2三种不同纳米颗粒的床层压降和床层膨胀曲线的方法,研究机械振动对纳米颗粒流态化的影响。结果表明:在振动条件下纳米颗粒临界流化速度和床层膨胀比略低,且床层压降和床层膨胀曲线较平稳,纳米颗粒流化滞后现象减弱。在恒定振频条件下,振幅越大纳米颗粒流化效果越好。在恒定振幅条件下,振频对纳米颗粒流化行为的影响呈现两种趋势,较低振频下随振频的增加流化效果变好。当超过某一定值时,继续增大振频流化效果反而变差。     

胺基CO2固体吸附剂脱碳特性及SO2的影响

燃煤电厂烟气中存在的微量SO₂对胺基CO₂固体吸附剂的碳酸化反应及循环特性有不利影响。利用固定床反应器,针对采用溶胶凝胶法制备的胺基CO₂固体吸附剂的碳酸化特性及其在含SO₂气氛下的失效规律进行了实验研究,并结合红外光谱、有机元素分析、BET等测试手段,研究其失效机理。结果表明,所制备的胺基CO₂固体吸附剂在反应温度50℃时具有较好的碳酸化反应特性和循环特性。当反应气氛中存在SO₂时,由于生成了不可再生的亚硫酸/硫酸盐类物质而导致胺基活性位损失,孔隙结构发生变化,影响了吸附剂的脱碳性能,但适当提高反应温度可提高吸附剂的碳酸化反应竞争性。     

基于离散元方法的高碱煤灰沉积过程数值模拟研究

针对锅炉燃用高碱煤产生的受热面积灰问题,以流化床锅炉对流过热器为研究对象,采用离散元方法（discrete element method）建立黏性颗粒碰撞黏附模型,对过热器对流受热面的积灰过程进行数值模拟。分别研究了烟气流速、颗粒粒径、烟气温度以及壁面温度对积灰特性的影响规律。模拟结果表明：烟气流速增大、颗粒粒径减小会导致颗粒的碰撞率上升、捕集率下降;烟气温度和壁面温度提升时,颗粒表面能上升,导致颗粒捕集率上升,且壁面温度的影响更为显著;不同工况下最大积灰厚度、沉积物形状变化较小。