脱硫废水荷电蒸发及产物特性研究

传统的石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术在高效脱除烟气中SO₂的同时,会产生一定量难处理的脱硫废水。目前利用热烟气蒸干是处理脱硫废水的有效途径,但在实际应用中,由于脱硫废水蒸发速度慢等问题容易引起烟道的结垢与腐蚀。为更好地实现脱硫废水烟气蒸发处理,提高脱硫废水在烟道内的蒸发速度,本文利用高压静电感应荷电理论,提出脱硫废水荷电蒸发技术,通过搭建脱硫废水荷电蒸发热态实验系统,对脱硫废水荷电蒸发后的沿程温度分布,不同荷电电压与雾化压力下干燥产物自身的粒径分布与荷电量变化等进行了研究。结果表明,脱硫废水中由于CaCl₂等盐分的存在,限制了其蒸发速度,且干燥后增加了烟气中细颗粒的浓度;与不荷电相比,荷电雾化能够提高脱硫废水的蒸发速度,并能够通过电荷迁移使干燥后的细颗粒荷电,而且颗粒粒径越大所带的电荷量越多;受荷电液滴蒸发破碎机制不同的影响,提高荷电电压,脱硫废水蒸发干燥后的细颗粒数减少,但细颗粒所带的电荷量增加;提高雾化压力,脱硫废水蒸发干燥后的细颗粒数增加,但细颗粒所带的电荷量减少;荷电电压极性对干燥产物的粒径分布基本没有影响。研究结论证明了脱硫废水荷电蒸...     

燃煤电厂脱硫废水烟气蒸发特性流场模拟

喷雾液滴蒸发特性是实现电厂脱硫废水零排放烟气蒸发技术的关键。利用数值模拟的方法对气液两相流过程中涉及影响液滴蒸发特性的喷雾液滴平均粒径（分布特征）、传热传质等影响因素进行分析,建立喷雾液滴群烟气蒸发传热传质模型,获得了喷雾液滴群蒸发规律及运动特征。分析结果表明：模拟喷雾粒径情况下,液滴加热迅速,完全蒸发的关键控制步骤取决于液滴表面蒸汽气相组分浓度Ci,s与烟气中蒸汽气相组分浓度Ci,∞的浓度差,相同的烟气蒸发环境下,不同粒径组都呈现出初期快速蒸发和后期缓慢蒸发2个明显的阶段,在相同最大粒径范围下（最大直径100 μm）,细颗粒群（平均粒径24 μm）主体段蒸发时间最短（0.3 s达到80.1%的蒸发质量比）,粗颗粒群（平均粒径84 μm）蒸发质量比最大（0.6 s达到95%的蒸发质量比）。     

燃煤电厂高盐脱硫废水固化基础实验

脱硫废水零排放背景下,常规的蒸发和结晶工艺无法有效避免二次污染,提出了一种脱硫废水烟气浓缩及水泥化固定的技术路线。在烟气浓缩塔中,利用部分电除尘器后的烟气对脱硫废水进行蒸发浓缩,浓缩后的脱硫废水与水泥、粉煤灰等材料拌合后制得固化体,从而实现污染物的水泥化固定。实验将模拟高盐水与水泥、粉煤灰和河砂拌合,制得固化体,养护至特定龄期后,对其抗压强度和结合氯离子能力进行检测。通过控制单变量的方法,实验探究了不同组分材料的配比对固化体的抗压强度和结合氯离子能力的影响,并利用XRD对固化体粉末进行了产物表征。结果表明:在水泥配比为1.08时固化体的抗压强度最高,粉煤灰配比大于0.25后固化体的抗压强度提升明显,模拟高盐水配比越大,固化体的抗压强度越低,河砂量对固化体的抗压强度影响小。实验中制得的固化体在养护28 d后,其抗压强度值在30 MPa以上,能达到《混凝土路缘石》标准中路缘石的最低抗压强度要求。随着水泥配比的增大,固化体的结合氯离子能力增大21.7%,且受水泥水化所需水量的限制,其增大趋势渐缓;由于粉煤灰在水化过程中的产物与氯离子生成的Friedel’s盐量较少,随着粉煤灰配比的增大,固化体的结合氯离子能力仅增大4.9%。XRD的结果验证了水泥固化过程中Friedel’s盐的存在。     

改性粉煤灰对SO_2的吸附试验研究

SO_2的大量排放对我国的生态环境造成了严重的破坏,将废弃物作为脱硫剂进行干法烟气脱硫是当前脱除SO_2、以废治废和可持续发展的重要课题。为考察粉煤灰作为吸附剂脱除SO_2的可行性,以原状粉煤灰煅烧后与Ca(OH)_2在激发剂Na_2SiO_3·9H_2O的作用下经水热化合反应制成高活性改性粉煤灰吸附剂。以改性粉煤灰为吸附剂对SO_2进行的吸附试验表明,改性后的粉煤灰在烟气温度为90℃,含湿率为30%,气体流速为300 L/h,SO_2初始浓度0.2%时进行脱硫,20 min时脱硫率仍为96%。试验结果可以为以废弃物粉煤灰基为吸附剂吸附SO_2工艺研究提供参考。     

烟气循环流化床脱硫除尘器的特点及选型

烟气循环流化床脱硫装置投运后,除尘器入口处烟气的温度、湿度、含尘浓度以及脱硫灰渣的粒径分布和比电阻等烟尘性质与普通煤粉炉飞灰相比都发生了很大变化。烟气循环流化床后置的电除尘器,必须在设计选型上采取相应的措施,才能保证电除尘器高效可靠运行,脱硫后的烟气才能达标排放。     

白云石矿在燃煤脱硫中应用研究

以白云石矿为脱硫剂,研究了不同脱硫温度、不同Ca/S值(CaO与SO_2摩尔比),以及添加CaCl_2·2H_2O脱硫助剂对燃煤脱硫性能的影响。结果表明,白云石矿具有较好的脱硫性能,在空气流量200 mL/min,Ca/S=2,随着脱硫温度升高脱硫效率逐渐增加,900℃时,白云石脱硫效率可达75.23%。随着Ca/S值增加脱硫效率快速增加,Ca/S值超过2后脱硫效率缓慢增加。白云石中添加CaCl_2·2H_2O改性剂可以明显提高白云石脱硫效率,添加3%CaCl_2·2H_2O时脱硫效率可以从75.23%提高到84.58%。采用XRD和FESEM对脱硫产物进行物相和显微形貌表征,探索了白云石脱硫过程及机理。     

基于多重散射光理论的石油焦/褐煤共成浆稳定性的研究

利用基于多重散射光技术的Turbiscan LAB稳定性分析仪,从宏观相分离程度和介观颗粒粒度的角度研究了石油焦/褐煤配比对混合浆体稳定性的影响。结果表明:焦煤比7:3时,浆体在静置0~7 d内出现明显的颗粒团聚并迁移的现象,且焦煤比越大,顶部分层厚度越大,颗粒向下迁移速率越大。焦煤比7:3时,浆体在静置1~7 d内颗粒团聚,浆体整体的平均粒径增大但没有因迁移形成明显的澄清层。焦煤比6:4时,浆体在0~90 min内顶部较大颗粒的沉降造成中部平均粒径增大;1~7 d内中部大颗粒团聚并逐渐向下迁移,中部平均粒径逐渐减小。焦煤比≤6:4时,浆体平均粒径在0~90 min内保持稳定不变;1~7 d内中部颗粒团聚但没有迁移,中部平均粒径逐渐增大。在静置7 d中,不同焦煤比浆体稳定性由好到坏的焦煤比顺序为:0:10和5:5最好,其次依次为6:4,7:3,8:2,9:1,10:0。因此从宏观和介观角度分析,焦煤比7:3的混合浆体由于颗粒聚结和迁移导致体系析水、分层及不稳定;焦煤比≤7:3的混合浆体颗粒在静置过程中团聚但不迁移,体系稳定性较好。     

燃烧温度对粉煤灰理化特性及脱硫潜力的影响

为了获得高脱硫活性的粉煤灰,采用滴管炉试验装置,结合扫描电子显微镜、粒度分析仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪及化学滴定等测试仪器和方法,对不同燃烧温度所获得粉煤灰的物相形貌、化学组成和活性氧化钙含量等特性进行了研究,探究了煤粉燃烧温度对粉煤灰特性的影响规律。结果表明:燃烧温度对粉煤灰物相形貌、化学形态、固硫率及活性氧化钙含量均有显著影响,随温度升高,不规则形态颗粒的数量逐步减小,颗粒尺寸微增,CaO和Ca(OH)_2含量逐渐增加,烟气中SO_2排放浓度呈现先升高后平缓的趋势,活性氧化钙含量逐渐增高,可有效提高粉煤灰作为脱硫剂的脱硫潜力。综合分析,燃烧温度800℃左右为煤粉最佳燃烧工况。     

机械活化烟气灰的性能特征及其火山灰效应研究

烟气灰是锰铁合金生产过程中排出的一种工业废渣,它的主要成分有SiO2、CaO、MnO等.运用粒度分布测试、X射线衍射分析等现代测试方法对锰渣机械研磨过程中的性能特征进行测定,并用比强度法对机械活化烟气灰的火山灰效应进行分析,结果表明:机械研磨有利于烟气灰的活性激发,随着粉磨时间的增长,烟气灰的比表面积增大,粒径趋于向小粒径方向分布,晶体结构中SiO2由晶形向无定形转变量增加,活性激发效果越好,但粉磨时间过长,细度过细,颗粒间发生团聚现象,则会降低烟气灰的活性,其中粉磨35min、即比表面积为765m2/kg的烟气灰活性激发效果较好.     

脱硫废水烟气蒸发过程中氯离子气固相分配模型及实验研究

随着国家"水污染防治行动计划"政策的提出,脱硫废水零排放已成为电厂水污染深度治理的新趋势。针对高温烟气蒸发脱硫废水技术应用中面临的核心技术问题,即不同工况条件下氯离子气相转化特性问题开展模型及实验研究。将经典的气液相平衡理论应用于复杂的脱硫废水混盐体系,基于状态方程法计算得出理想体系中以温度为自变量的氯离子气固相分配系数模型。之后,将得出的理想模型用复杂体系废水即脱硫废水进行验证和线性修正,引入修正系数ε和修正常数φ。利用自行设计的实验台开展实验研究,分析各个影响因素对氯离子气固相分配的显著性,影响最大的因素为温度,其次是pH和氯离子浓度,脱硫废水中所含的主要阳离子影响最大的是Mg~(2+),其次是Ca~(2+)和Na~+。得出的实际废水和正交实验数据用以拟合数据,确定了修正系数ε=1.068,修正常数φ中包含了上述影响氯离子气相转化的关键环境参数和水质参数。以MATLAB为计算工具对数据进行拟合,选取指数、对数及线性函数3种拟合形式,其中线性拟合的相关性最高,拟合度R~2为0.925 8,达到拟合要求。得到了适用于180～380℃的氯离子气固相分配系数模型。研究结果为脱硫废水烟气蒸发技术的应用提供了关键数据,实现了对脱硫废水蒸发过程中氯离子挥发量的量化及预测,可为该技术的工程实践提供参考。     

滚筒干燥机内煤粉尘颗粒传热传质数值模拟

为了研究干燥介质流量和温度对滚筒干燥机内煤泥干燥的效果，提高工业生产效率并保障系统的安全性，利用流体仿真FLUENT软件对滚筒干燥机内煤泥热烟气干燥过程进行了数值模拟。采用Rosin-Rammler模型对颗粒粒度分布进行定义。通过改变烟气的物理参数，分析系统内煤泥颗粒干燥情况与干燥介质流量、温度之间的关系。结果表明，煤泥干燥效率随着入口烟气温度的增高而提高，但较高烟气温度也会造成更多的热损耗较高的烟气速率一定程度上可以提高，但也会带走热量。工业生产在安全范围内，达到生产需求的情况下，烟气温度和速率都不宜过高。     

粉煤灰制备高耗氯产品主反应装置能质平衡模型

探索开发新的粉煤灰有价组元高附加值提取工艺对提高大宗固废粉煤灰的资源利用效率具有现实意义。本文首先基于氯化冶金原理提出采用喷吹竖炉工艺结合精馏提纯技术,以粉煤灰与工业副产氯气为主要原料制备高耗氯产品的技术解决方案,兼顾“以废治废”。然后构建了喷吹竖炉工艺主反应装置的能质平衡模型,通过数值计算分析了经济技术指标,评估了工艺的可行性。计算结果表明,每小时处理695 kg粉煤灰可以生产具有高附加值的AlCl₃、FeCl₃及SiCl₄的理论产量分别为498.78、94.86和935.55 kg;同时消耗焦炭280.47 kg,工业副产氯气1593.74 kg,载气空气182.07 kg;提高工业副产氯气的预热温度可以减少焦炭消耗量,优化生产成本;炉气带走热量占主反应装置热量支出的74.78%,与粉煤灰中各氧化物的氯化率呈正相关;精馏提纯后的高热值炉气结合烟气炉等余热回收设备可以实现循环利用。研究内容和结果可为后续工艺仿真模拟和优化操作参数提供理论基础和数据支撑。     

燃煤飞灰对锅炉烟道气汞的吸附研究

通过实验室模拟试验，研究了燃煤飞灰颗粒组分对于燃煤烟道气中气相汞的吸附脱除特性。试验结果表明，汞吸附量随飞灰烧失量的增长而增大，飞灰中不同类型介质的气相汞吸附特性差异显著，其中未燃尽炭吸附性能最强，吸附剂BET比表面积与其汞吸附量呈正相关关系，载气气相汞浓度与汞吸附量成非线性正相关关系，吸附温度与汞吸附量呈较显著负相关关系。燃煤飞灰炭粒所具有的多孔隙结构和巨大比表面积有利于吸附脱除烟道气中汞污染物。     

燃煤电厂中有害微量元素迁移释放

对两个电厂的原煤、底灰、飞灰和超细飞灰（≤10 μm）进行了有害微量元素含量的测定,研究了As、Cd、Cr、Pb、Se、Mo、Ni、Be、Cu、Th、U、V、Zn、Hg等14种元素在煤燃烧过程中的散逸、迁移行为,揭示了它们在燃煤过程中在气态产物和固态产物（底灰、飞灰、超细飞灰）中的分配富集特征,分析了这些元素的环境效应。结果表明：在两电厂中,元素Cd、Pb、Zn富集系数由大到小为超细飞灰>飞灰>底灰;As的分布特性与煤中Ca的含量密切相关;较低的烟气温度能够使部分气态Hg在飞灰颗粒上发生凝结;将几种元素分为3类：Ⅰ类,留在固体废物中的元素V（QR＞085）;Ⅱ类,部分留在固体废物中的元素As、Cd、Cr、Pb、Se、Mo、Ni、Be、Cu、Th、U、Zn（0.85≥QR＞010）,其中As、Cr、Ni、Be、Cu、Th的富集程度较强,Zn、Mo、Se、Cd较弱;Ⅲ类,主要挥发到大气中的元素Hg（QR接近0）。     

烟气气氛对准东煤灰熔融特性影响的显微观察

准东煤田预测储量高,准东煤灰具有高硫,低硅铝,高碱/碱土金属等特点,实际燃用准东煤锅炉出现了严重的沾污、结渣现象,影响准东煤的大规模开发利用。烟气气氛(含有大量SO₂,SO3)可能影响高温下Na2SO4的生成/分解,从而影响煤灰的熔融过程。深入研究烟气气氛对准东煤灰熔融特性的影响,有助于加深对锅炉结渣过程的理解,为燃用准东煤锅炉结渣防控提供技术支持。为获得烟气气氛对准东煤灰熔融特性的影响规律,建立了单热电偶高温显微观察系统(SHTT),比较了还原性气氛、氧化性气氛、惰性气氛及模拟烟气气氛下准东煤灰的熔融特性。结果表明,建立的灰熔融温度测试方法精度较好,96.92%的灰样熔融温度与标准灰熔点仪测得的流动温度相比偏差在3%以内(≤40℃),最大偏差<50℃,测试偏差在煤灰熔融特性测试允许误差范围内。当碱酸比R<2.5时,气氛对灰熔融特性无显著影响;当R>2.5时,煤灰组分中Fe₂O₃质量分数较高,导致还原性气氛下灰熔点降低。烟气中SO₂对煤灰熔融温度的影响与煤灰组分相关,当R>2.5时,煤灰中碱/碱土金属及硫(AAEM/S)质量分数较高,烟气中SO₂会抑制煤灰中CaSO₄的分解,提升高温下煤灰中CaO质量分数,并减少长石,辉石等低熔点矿物的生成,进而提升煤灰熔融温度。烟气中SO₂是促进富含Na/Fe硫酸盐或硫化物超细颗粒生成及沉积的重要因素。     

基于γ－Fe2O3的高梯度磁场中燃煤可吸入颗粒物脱除实验

利用流化床气溶胶发生器分别产生2种不同磁特性的燃煤可吸入颗粒物,在高梯度磁场试验装置中通过添加γ-Fe₂O₃进行了可吸入颗粒物脱除的实验研究.结果表明,γ-Fe₂O₃对高梯度磁场中提高可吸入颗粒物的脱除效率有一定的促进作用.当γ-Fe₂O₃的添加量为0.003～0.012 g/g(飞灰)时,2种可吸入颗粒物的总脱除效率提高了20%～50%不等,并且γ-Fe₂O₃对饱和磁矩较大样品的脱除效率促进作用较大;可吸入颗粒物脱除效率随外加磁场、磁介质填充率、磁种与飞灰质量比的增加而增大;磁场开启后,可吸入颗粒物脱除效率的变化可分为缓慢提高、快速提高和稳定3个阶段.     

混煤燃烧过程中飞灰颗粒排放特性试验

为了解混煤燃烧对飞灰颗粒尤其是超细颗粒排放特性的影响,在一维沉降炉上对平朔、大优及神木3种烟煤及其混煤进行燃烧试验.采用激光粒度分析仪对收集的飞灰颗粒尺寸分布进行测定,并对混煤飞灰颗粒的体积平均直径及可吸入颗粒物（PM₁₀）、超细颗粒物（PM_2.5）所占比例的计算值与测量值进行比较.结果表明：合理混煤能增大飞灰颗粒的粒径,减少可吸入颗粒物（PM₁₀）及超细颗粒物（PM_2.5）的排放;混煤的飞灰颗粒粒径分布受组成煤种、灰分含量及煤灰成分等因素的影响.     

低阶煤中含氧官能团干燥前后的演变规律

采用傅里叶红外光谱法对经不同干燥过程前后低阶煤中官能团进行研究,基于拟合处理方法分析了煤中主要官能团在干燥过程中的变化规律。结果表明,在低温干燥和高温干燥过程中,随干燥温度的增加,低阶煤中主要官能团均呈现先减少后增加的趋势。当低温干燥温度超过190 ℃,高温干燥温度超过600 ℃时,煤中主要官能团增多,表明该煤被严重氧化。在模拟烟气干燥过程中,亚甲基是低阶煤脂肪烃结构中最易被氧化的部分,烟气中含氧量越高,煤受氧气氧化作用越强。在高温600 ℃模拟烟气干燥过程中,干燥介质中的氧气主要氧化煤分子结构中的芳香烃,干燥后低阶煤的自燃倾向性最弱,不易发生复吸现象。     

燃煤PM10磁种聚并脱除动力学数值模拟

提出了求解燃煤PM₁₀磁种聚并动力学方程的二组元分区算法，采用该算法模拟了均匀磁场中Fe₃O₄磁种对0.023~9.314 μm粒径范围内东胜煤灰和大同煤灰的聚并动力学过程，并与实验结果进行了比较.结果表明：计算值与实验值基本吻合；中间粒径的飞灰粒子脱除效率高于小粒子和大粒子的脱除效率；随磁感应强度、粒子质量浓度、粒子在磁场中停留时间的增加，总脱除效率提高，数目中位直径减小，两种煤灰的总脱除效率的差异增大；在粒子达到饱和磁化后，磁感应强度的增大对聚并无影响；随磁种添加质量比的增大，飞灰总脱除效率提高，数目中位直径增大，两种煤灰总脱除效率的差异减小；在相同条件下，东胜煤灰总脱除效率高于大同煤灰总脱除效率.