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灰钙循环烟气脱硫技术是用于中小型工业锅炉的烟气脱硫技术。该技术是在直管烟道反应器底部安装文丘里段,以提高反应器气速,使得物料以气流床形式流动;同时灰仓中富集的循环灰以50-200倍的循环倍率进入反应器内,提高了反应器内的钙硫摩尔比;并且使用高钙粉煤灰,使得脱硫不需要其他脱硫剂,从而达到以废治废的目的。 本文以20t/h工业锅炉配套的灰钙循环烟气脱硫装置为研究对象,深入研究了该技术中有关烟气脱硫反应发生的各项条件,以确保煤粉工业锅炉硫排放达到国家标准,本研究工作将对煤粉工业锅炉脱硫系统的完善和发展具有重大意义。本文所做的工作主要分为以下三个方面: (1)通过对粉煤灰的表面结构、矿物组成及化学成分表征分析,发现煤灰物性特征受燃料矿物构成及燃烧等多种因素影响,煤种一定时,可通过控制燃烧方式(即温和等温燃烧),达到活化粉煤灰的目的;而且增湿工艺可使粉煤灰中活性CaO发生水合反应,利于脱硫。 (2)在20t/h工业锅炉配套的灰钙循环烟气脱硫装置上进行工程实验,实验确定气速控制在设计气速范围内,即文丘里喉口50m/s,直管20m/s。测定了反应器阻力,表明符合范宁方程,与气速的二次方成正比。热态脱硫实验发现增湿水量是控制脱硫效率的关键可调因素,通过增湿水量可改变反应器出口的近绝热饱和温度差 AAST,实验表明当要求达到90%的脱硫效率时,所需 AAST小于16℃,所需增湿水量为680kg/h。 (3)利用CFD商用软件ICEM和FLUENT对20t/h锅炉的灰钙循环烟气脱硫反应器进行了模型建立和三维流场计算。通过模拟烟气脱硫反应器内冷态流动过程及热态脱硫反应过程,得到如下结论:①采用双进料口设置改善了反应器内流场不均的问题;②反应器内水分的蒸发与脱硫反应同时进行,SO2在水为介质时被吸收,但由于停留时间较短,部分SO2再次挥发;③根据数值模拟发现增湿水量对脱硫效率的影响最为关键,这与实验结果一致;④灰中含钙量也是影响脱硫效率的关键因素,计算表明如要求90%的脱硫率,则灰中钙含量为10%以上。