低NO_x旋流燃烧器改造数值模拟

对DBC-OPCC-Ⅰ型旋流燃烧器进行了结构上的优化改造,并利用Fluent软件对改造前后的单个旋流燃烧器进行了数值模拟计算,分析了改造前后燃烧器区域的速度场、温度场以及NOx体积分数分布.结果表明:改造后的速度场出现中心回流区,且回流区在长度和宽度上均有所增加,速度明显减小;改造后的整体温度分布有所降低,最高温度降幅达200K,尤其是旋流燃烧器出口扩锥处的温度明显降低;改造后的NOx体积分数也显著降低,NOx最高体积分数可降1×106,改造后旋流燃烧器的性能比改造前优越.

升温速率对准东褐煤热解特性及煤焦孔隙结构的影响

为了简化活性焦的制备工艺流程,降低其生产成本,同时拓宽准东褐煤利用途径,需要对准东褐煤热解过程进行更深入的研究。利用热重(TGA)技术考察了准东褐煤在不同升温速率(10,20,30,40和50℃/min)热解失重特性并采用等转化率法分析了其动力学参数,同时利用程序升温和快速热解在终温为800℃条件下制备出活性焦SC1和SC2。采用氮吸附仪(BET)获得煤焦的孔隙结构参数,利用红外吸收光谱仪(FT-IR)和拉曼仪光谱仪(Raman)分别获取煤焦大分子结构中的官能团和碳骨架结构信息。研究结果表明,基于热重法分析出准东褐煤热解动力学参数,活化能和指前因子变化范围为38. 89～229. 13 kJ/mol和108. 26～1. 18×109s-1。升温速率为30℃/min时,有足够热量促进煤焦内部有机结构分解生成大量挥发分,煤焦内部形成合理的温度梯度,阻碍了热缩聚反应造成孔隙阻塞,挥发分顺利释放促进了孔隙结构形成。程序升温热解焦SC1烧失率为46. 5%,比表面积为312. 91 m^2/g,孔容为0. 178 cm3/g,平均孔径为2. 271 nm;而快速热解焦SC2烧失率为37. 3%,比表面积达到424. 25 m^2/g,孔容为0. 189 cm3/g,平均孔径2. 342 nm,以微孔为主,结构参数明显好于SC1。快速热解炭化制备活性焦前驱体,促进煤焦生成大量无定形结构和缺陷结构,利于活化阶段微孔孔隙结构的构筑。

不同烟气组分对粉状活性焦吸附汞的影响机理

在模拟燃煤热烟气为热源和介质条件下,以准东褐煤为原料,通过一维沉降炉进行炭化活化(一步法)制备粉状活性焦,考察了活性焦对Hg^0的吸附能力,探索了SO_2、H_2O、O_2、CO_2、H_2O+O_2、SO_2+O_2及H_2O+SO_2+O_2气氛对活性焦吸附Hg^0的影响机理。结果表明:一步法获得的活性焦对Hg^0具有较高的吸附性能。N_2气氛作对比,H_2O、H_2O+O_2、CO_2和SO_2气氛下抑制活性焦对Hg^0的吸附;O_2、SO_2+O_2和H_2O+SO_2+O_2促进活性焦对Hg^0的吸附。通过Hg 4f的XPS分析证明了不同气氛组成对活性焦吸附Hg^0的抑制和促进机理。H_2O覆盖在活性焦活性位上和堵塞孔隙而抑制活性焦对Hg^0的吸附;SO_2与Hg^0在活性焦上发生竞争吸附而抑制对Hg^0的吸附;CO_2吸附在活性焦微孔上而抑制对Hg^0的吸附;O_2气氛下主要形成了HgO, SO_2+O_2气氛下Hg^0被氧化成HgSO_3,进一步氧化成HgSO_4; H_2O+SO_2+O_2气氛下,Hg^0被氧化成HgO和HgSO_4。

准东煤基粉状活性焦对烟气中汞的吸附及再生性能研究

以准东褐煤为原料,在模拟热解气下,通过一维沉降炉分别进行炭化、先炭化后活化(两步法)及同时炭化活化(一步法)制备粉状活性焦。一步法相比于其他两种方法制备活性焦,优势在于系统工艺简单,制备速度快,投资、运行成本低。并针对活性焦对Hg^0的吸附能力进行研究,比较了不同制焦的方式对Hg0的吸附性能的影响,考察了在O2,SO2和SO2+O2气氛下活性焦对Hg0吸附性能,进一步探索了乏焦的高温、微波解吸及对Hg^0的二次吸附规律。结果表明:一步法获得的活性焦样品具有大的比表面积、微孔比表面积和丰富的CO官能团,因此等量的活性焦对Hg^0的吸附性能优于炭化、两步法,其3h的吸附量分别为6.53,3.62和5.41μg/g;O2提供活性焦表面上活性氧位,进而促进Hg^0在活性焦表面吸附,SO2抑制Hg0的吸附,主要因为SO2与Hg^0在活性焦上发生竞争吸附,但是SO2与O2同时存在时,在活性焦上进一步形成具有强氧化性的SO4^2-,促进Hg0的化学吸附;微波下,15 min内吸Hg0活性焦解吸完全,其解吸速率大于高温解吸速率,高温、微波解吸后的活性焦进行二次吸附,微波解吸后其吸附量大于高温解吸后的活性焦,其3 h的吸附量分别为5.962和7.280μg/g,说明微波对活性焦再生具有促进的作用,其原因是在微波解吸过程对活性焦具有再活化和促进微孔生成。

温度对粉状活性焦的孔隙结构及SO2吸附性能的影响

为研究低成本、高性能脱硫用粉状活性焦的制备技术,采用褐煤为原料,在沉降炉试验台上进行粉状活性焦的制备,通过灰平衡方法分析了粉状活性焦的产率及挥发分含量,通过氮气吸附方法表征褐煤及粉状活性焦的孔容、比表面积及孔径分布,探索了不同温度条件下烟气活化对粉焦快速制备过程中孔隙结构的演变的影响机制,采用分形Frenkel-Halsey-Hill法分析了粉焦孔隙结构的分型特征,采用SO2性能测试装置分析了粉状活性焦的2 h吸附容量并探究粉焦的孔隙结构与SO2吸附性能的关系。结果表明,所获得活性焦的低吸附等温线的类型具备Ⅰ型和Ⅳ型等温线的特征,孔隙结构呈微孔-中孔-大孔的梯级孔结构特征,且以微孔结构为主。随着活化温度的增加,粉焦的产率呈线性下降的趋势,粉焦的比表面积及孔容值先增大后减小。温度为950℃时,比表面积最大,最大值为437.74 m2/g;温度为1 050℃时,总孔容最大,最大值为0.258 cm3/g;温度为1 200℃时,灰熔融造成孔隙堵塞大大降低了粉焦的孔隙结构。分形维数D2与活性焦比表面积变化趋势一致,可以较好的反应粉焦的微孔变化趋势。褐煤基粉焦的SO2吸附穿透曲线分为完全吸附阶段及穿透阶段,两个阶段的吸附由不同的孔隙结构主导,完全吸附阶段为微孔吸附,吸附速率快,吸附量大小取决于微孔,而穿透阶段的吸附量主要取决于中孔。

储煤仓用螺旋溜槽结构的设计改进

针对螺旋溜槽匀速段漏料严重的现象,对螺旋溜槽的结构进行设计改进,并利用离散元EDEM软件对改进前后的物料输送情况进行仿真计算。仿真结果表明,加装挡板后,溜槽漏料情况得到改善;添加缓冲槽后物料的平均速度降低,减轻了溜槽出口处物料的碰撞破碎程度;匀速段改进后,在漏料减少的情况下,同时降低了物料的平均速度,从而减小了物料之间的相互作用力,达到了减少煤块破碎的目的。该结论对于螺旋溜槽的结构设计具有一定的理论指导意义。

粉末活性炭还原二氧化硫回收硫磺的沉降炉试验研究

针对我国硫磺资源短缺现状及当前脱硫技术无法实现SO2资源化利用的问题,提出了以活性炭粉末为还原剂,气固两相流动下还原SO2为单质硫的方法。研究了反应温度、C/SO2摩尔比及CO,H2,CO2和水蒸气体积分数对反应的影响。研究表明:较高的反应温度和C/SO2摩尔比有利于提升活性炭对SO2的还原效率和反应速率,且对COS生成的促进不大,单质S选择性较高;CO和H2的加入均可显著提高SO2转化率,但反应过程中生成大量的含S副产物,导致单质S选择性降低;CO2对整体反应影响轻微;H2O的加入影响Claus反应平衡,导致H2S生成量增加,单质S选择性显著降低。经济性分析表明:工艺主要成本为加热能耗和活性炭反应物耗;每脱除1 g的SO2,可产出硫磺0.38 g,消耗活性炭0.16 g,同时带来1.7 kJ的能耗。该研究为流化床碳热还原SO2工艺提供了理论支持。

粒径对活性焦固定床和气流床吸附SO2过程的影响

活性焦脱硫是一种非常有潜力的资源化脱硫技术,粒径较小的粉末活性焦相较于大粒径活性焦在成本和吸附传质方面具有优势。通过不同粒径活性焦的固定床和气流床试验,证明了活性焦在固定床和气流床中吸附SO2的速率均随着活性焦粒径的降低而增加,小粒径活性焦相比于大粒径具有更低的传质阻力。同样粒径的活性焦在气流床中的吸附速率比固定床中的表观吸附速率高2个数量级。同一活性焦破碎成小粒径活性焦后,总比孔容和总比表面积都大幅提高,且增加的比表面积以中大孔(孔径>2 nm)比表面积为主,中大孔的增多通过改善SO2在活性焦表面和内部的扩散及吸附过程副产物的迁移和赋存,提高活性焦的吸附速率。

褐煤基粉状活性焦制备小试试验初步研究

活性焦烟气脱硫是资源化脱硫的主要技术之一,针对目前成型颗粒活性焦移动床脱硫工艺存在的活性焦成本高的约束性问题,提出并开发了煤粉快速炭化活化一步法制备脱硫用粉状活性焦(以下简称粉焦)的工艺方法。基于实验室基础研究数据搭建了30 kg/h级粉焦产量的小试试验装置及系统,进行了褐煤快速制备粉焦的初步试验,并将小试结果与沉降炉机理试验结果比较分析。在小试条件下,蒙东褐煤制备粉焦的产率为38%,低于机理试验得率;粉焦孔隙以微孔为主,且微孔孔容及比表面积优于2组机理试验制得的粉焦;粉焦2 h的SO2吸附量(质量分数)为6.1%,低于2组机理试验结果,应为小试与机理粉焦粒径和孔隙结构差异导致;小试制焦副产热解气中可燃气CO+H2+CH4的体积分数为7.3%,高于2组机理试验热解气中可燃气的体积分数。小试结果初步验证了低阶煤快速制备脱硫用粉焦工艺的可行性。