氧化镁湿法烟气脱硫副产品再生循环利用的研究

摘要

氧化镁湿法烟气脱硫技术具有脱硫效率高、不易结垢、操作简单等优点，近年有了快速发展，国内已投运世界上最大容量的氧化镁湿法烟气脱硫系统，该技术有望成为我国未来主导脱硫技术之一。氧化镁湿法烟气脱硫技术在我国推广应用的关键是脱硫副产品的回收与循环利用，包括再生氧化镁和硫的回收利用。
　　本文针对工业级的氧化镁湿法烟气脱硫副产品，应用理论分析、小型冷态实验研究、大型热态实验研究、气固两相流数值模拟等方法，研究了其物料特性、再生循环利用的可行性及关键运行参数对其再生循环利用效果的影响等，主要研究内容和创新点包括：
　　①在国内设计建造了一个工业级的大型热态实验系统，用于对工业级氧化镁脱硫副产品的再生循环利用特性进行实验研究
　　该实验系统包括：内直径为500mm和高为6780mm的炉膛、加料口、布风板及三个天然气喷嘴等；辅助系统包括物料供给系统、空气加热系统、烟气处理系统、产品回收系统、送引风系统、数据测量和采集系统等。整个系统设计参数为：压缩空气流量为200Nm3/h；供料量为80Kg/h；天然气流量为17Nm3/h；从焙烧炉出来的烟气量为300Kg/h；空预器后的热空气温度为650℃；二级空气冷却器后的烟气温度为250℃；进入引风机的烟气温度小于250℃；烟气处理系统循环泵的循环量为50L/min。
　　②国内首次对工业级氧化镁脱硫副产品的结构特征和热解反应动力学进行了实验研究
　　通过扫描电子显微镜成像发现实验所用的工业级氧化镁脱硫副产品具有类似于片状的分层结构，它的外形结构比较光滑致密，有较少的空隙；通过热重实验发现工业级的氧化镁脱硫副产品总的质量损失随粒径的减小而增加，但是粒径对副产品热解过程中各个失重阶段的质量损失的影响是不一样的；碳粉的加入对硫酸镁的热解有明显影响，能降低其热解温度，使其热解过程更加容易；副产品在有氧条件下热解时，最后一个热解峰后移，反应向高温区移动。
　　③国内首次对从工业级氧化镁脱硫副产品中回收硫的可行性及影响因素进行了实验研究和计算分析；对再生氧化镁的结构特性进行了分析；比较了煤中含硫量为1.65％，容量为300MW的火电机组运用氧化镁脱硫再生技术与石灰石-石膏法脱硫技术的经济性
　　主要的研究结果表明副产品的化学反应主要发生在炉膛的下部区域；当过剩空气系数为1.05，副产品中亚硫酸镁的含量为60%时，焙烧气中 SO2的摩尔含量为10.5%；副产品中水分含量占15%时，二氧化硫浓度仍能达到9.2%；富氧燃烧时应控制空气中氧气含量不超过31%；减少过剩空气系数、增加给料量、减少结晶水含量及适当降低炉温等能显著提高焙烧气中 SO2的摩尔含量；经济性分析表明氧化镁脱硫再生技术的经济性比较好；当焙烧温度为900-1000℃时，实验获得的焙烧产品氧化镁活性较高；当焙烧温度达到1100℃时，焙烧产品氧化镁有轻微的烧结现象，活性较低。
　　④工业级大型热态实验系统炉内气固流动及燃烧反应过程的数值模拟
　　基于Gambit和Fluent软件，对焙烧炉进行建模，选择合适的网格结构和数量。首先对炉内的三维气相燃烧过程进行了数值模拟，在此基础上，采用离散相模型对炉内的气固流动进行了研究。结果表明：炉内燃烧时的气相流场分布符合实炉实验时炉内流动趋势；加入颗粒相后，炉膛下部颗粒浓度变化较大；在给料口的附近，颗粒浓度有较大波动；在炉膛上部，颗粒混合均匀；在炉壁附近，颗粒浓度较高，炉中心区域颗粒浓度分布相对较低且比较均匀。

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符号说明

1 绪 论

1.1我国发展氧化镁湿法烟气脱硫的必要性

1.2氧化镁湿法烟气脱硫技术的发展及工业化应用进展

1.3 本文的主要工作和技术路线

2 氧化镁烟气脱硫副产品物料特性和大型热态实验装置的设

2.1物料的物理特性对流化床内气固两相流动的影响

2.2实验概况

2.3实验条件

2.4实验结果与分析

2.5氧化镁烟气脱硫副产品大型热态实验装置系统概况

2.6 实验系统操作步骤

2.7点火操作步骤

2.8 焙烧炉点火升温

2.9 本章小结

3 氧化镁烟气脱硫副产品热解和动力学研究

3.1引言

3.2热分析

3.3动力学分析

3.4热分析实验

3.5实验结果与讨论

3.6本章小结

4氧化镁烟气脱硫副产品再生获取SO2的可行性研究

4.1引言

4.2实验工况安排

4.3计算

4.4结果和讨论

4.5本章小结

5氧化镁烟气脱硫副产品再生获取SO2和MgO的热态实验研

5.1实验概况

5.2实验结果及分析

5.3 本章小结

6 焙烧炉内燃烧过程及气固两相流动的数值模拟

6.1 引言

6.2焙烧炉网格划分和边界条件

6.3焙烧炉内天然气燃烧的数值模拟

6.4 模拟结果与分析

6.5 气固两相流动的数值模拟

6.6 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2展望

致谢

参考文献

附录