發(fā)布時(shí)間：2020-11-04 05:30

　　 SCR脫硝系統(tǒng)是一種高效的脫硝技術(shù),雖然有效緩解了環(huán)保壓力,但也為燃煤電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)了諸多問(wèn)題。在脫硝過(guò)程中,催化劑使得煙氣中的SO2氧化為S03的機(jī)率增高,SO3與逃逸NH3反應(yīng)生成硫酸氫銨(ABS),其粘附在換熱設(shè)備表面,使得積灰層增厚。硫酸氫銨造成的空預(yù)器堵塞問(wèn)題一直是學(xué)者們研究的重點(diǎn),黏性強(qiáng)的液態(tài)硫酸氫銨粘附在壁面上吸附大量的飛灰,減少了空預(yù)器煙氣側(cè)壁面間的流通截面積,形成堵塞,導(dǎo)致機(jī)組的運(yùn)行阻力增加。因此,探究硫酸氫銨與飛灰顆粒在空預(yù)器壁面的粘附作用機(jī)制,對(duì)有效預(yù)防和減輕燃煤鍋爐空預(yù)器堵塞具有重要意義。本文研究了燃煤鍋爐脫硝伴生硫酸氫銨與飛灰顆粒在空預(yù)器壁面的粘附作用機(jī)制,設(shè)計(jì)了金屬壁面飛灰粘附性能試驗(yàn)臺(tái),實(shí)驗(yàn)研究了不同溫度、不同粒徑范圍和不同硫酸氫銨-灰質(zhì)量比(R)下硫酸氫銨與飛灰顆粒在金屬壁面的粘附規(guī)律。由于煙溫與壁溫之間存在溫差,造成了不同區(qū)域硫酸氫銨凝結(jié)方式的不同,因此本文從硫酸氫銨直接冷凝在壁面吸附飛灰顆粒(記為未混樣品)和硫酸氫銨冷凝在飛灰顆粒表面兩者混合物粘附在壁面(記為預(yù)混樣品)兩方面研究了壁面飛灰粘附率規(guī)律。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)預(yù)混樣品和未混樣品的粘附率都是先隨著溫度的升高而增加,當(dāng)?shù)竭_(dá)某一溫度后,溫度繼續(xù)升高粘附率會(huì)下降,兩種樣品的飛灰粘附率最大的溫度點(diǎn)不同(預(yù)混220℃,未混180℃),預(yù)混樣品的粘附率始終高于未混樣品,但粘附強(qiáng)度前者小于后者。研究表明,液態(tài)硫酸氫銨的生成是造成空預(yù)器嚴(yán)重堵塞的根本原因,空預(yù)器某一段區(qū)域處純硫酸氫銨凝結(jié)后吸附飛灰(未混樣品)繼而形成的積灰層粘結(jié)力相對(duì)較大,造成積灰層的不斷增厚;而經(jīng)過(guò)這一區(qū)域后飛灰顆粒與硫酸氫銨混合物(預(yù)混樣品)在壁面的粘附率較高,積灰層厚度短時(shí)間內(nèi)增加明顯,該結(jié)論為空預(yù)器不同區(qū)域處吹灰方式的選擇提供指導(dǎo)。為了分析不同溫度下硫酸氫銨與飛灰顆粒耦合作用機(jī)制,將吹掃過(guò)后粘附在壁面的灰樣進(jìn)行取樣,分別采用掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDS)以及X射線衍射(XRD)對(duì)不同溫度(160、200、220、280℃)的樣品進(jìn)行形貌、元素分布以及成分晶體分析。研究發(fā)現(xiàn),硫酸氫銨與飛灰顆粒在一定溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),溫度的升高促進(jìn)了化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。并且硫酸氫銨的存在改變了飛灰顆粒原始形貌,不同溫度下其顆粒團(tuán)聚形態(tài)不同,其中預(yù)混樣品220℃下顆粒團(tuán)聚最為劇烈,形成了黏結(jié)形態(tài)很強(qiáng)的絮狀物。飛灰成分主要有C、O、Al、Si、Fe、Ca等元素,大多以氧化物的形式存在,與硫酸氫銨之間會(huì)存在化學(xué)反應(yīng)。同時(shí),粘附積灰層整體以及飛灰顆粒自身都含有孔隙結(jié)構(gòu),存在物理吸附作用。因此,為探究粘附積灰層中飛灰顆粒與硫酸氫銨在不同溫度下發(fā)生的物理吸附和化學(xué)反應(yīng)程度以及不同氧化物對(duì)飛灰顆粒粘附的影響規(guī)律,設(shè)計(jì)了不同成分積灰與硫酸氫銨相互作用的實(shí)驗(yàn)。采用標(biāo)準(zhǔn)粒徑的純氧化物CaO、A1203、Si02代表飛灰中的堿金屬氧化物和普通氧化物,模擬與硫酸氫銨的耦合作用實(shí)驗(yàn),并選取電廠飛灰作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)。分別對(duì)不同溫度下CaO、A1203、Si02和飛灰顆粒與硫酸氫銨的作用產(chǎn)物,進(jìn)行pH、電導(dǎo)率和XRD測(cè)試。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),各成分顆粒物與硫酸氫銨混合物的pH隨著溫度的增加而增大,但CaO和飛灰顆粒的pH隨溫度的變化相對(duì)較小,Si02的變化趨勢(shì)次之,A1203的pH趨勢(shì)隨溫度的變化最為顯著。其中,CaO與硫酸氫銨發(fā)生了強(qiáng)烈的化學(xué)中和反應(yīng),消耗了硫酸氫銨,反應(yīng)產(chǎn)物呈堿性,粘結(jié)作用不明顯。而A1203與硫酸氫銨發(fā)生少許反應(yīng),200℃后反應(yīng)加劇。Si02與硫酸氫銨無(wú)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生,只存在物理吸附。并且Si02,A1203和飛灰顆粒與硫酸氫銨混合物呈酸性,顆粒間粘附明顯。結(jié)果表明:飛灰顆粒與硫酸氫銨在不同溫度下存在不同程度的物理吸附和化學(xué)反應(yīng),使得積灰粘附物在不同溫度下呈現(xiàn)不同的粘性。為進(jìn)一步探究硫酸氫銨與飛灰顆粒發(fā)生的物理吸附作用,對(duì)原灰樣和200℃實(shí)驗(yàn)灰樣進(jìn)行了 BET測(cè)試,測(cè)試表明,實(shí)驗(yàn)前后飛灰顆粒孔徑分布發(fā)生了較大的改變(平均孔徑由9.4561nm變?yōu)榱?29.8231nm),顆�？紫兜目偪兹莘e減少,比表面積從1.3050m2/g減少到了 0.3127m2/g,證實(shí)了飛灰顆粒孔隙對(duì)液態(tài)硫酸氫銨的物理吸附能力。最后,在理論和試驗(yàn)研究的結(jié)果基礎(chǔ)上,結(jié)合電廠運(yùn)行數(shù)據(jù),主要從粘附作用機(jī)制和硫酸氫銨生成源頭兩個(gè)方面探尋減輕液態(tài)硫酸氫銨造成空預(yù)器堵塞的方法。其中,縮短硫酸氫銨液化區(qū)間、空預(yù)器處進(jìn)行連續(xù)吹灰、在鍋爐中合理添加堿性物質(zhì)和改變飛灰顆�？紫抖鹊确绞蕉寄苡行p少液態(tài)硫酸氫銨的量,從而減輕空預(yù)器的堵塞現(xiàn)象。本研究為工程上治理硫酸氫銨堵塞奠定了理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類(lèi)】：X773
【部分圖文】：

????ｌ緒論??ｉ．ｉ課題研究背景及意義??我國(guó)的電力供給主要由火電、風(fēng)電、水電、核電以及太陽(yáng)能發(fā)電等組成，火??力發(fā)電又分為燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電等方式，其中燃煤發(fā)電為主要的組成部分。據(jù)??全國(guó)電力統(tǒng)計(jì)快報(bào)ｍ，２０１８年我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量為１８９９６７萬(wàn)千瓦，總發(fā)電量達(dá)??６９９４０億千瓦時(shí)，相較于２０１７年增長(zhǎng)了?８．４％。雖然核電（１８．６％）、風(fēng)電（２０．２％）??和太陽(yáng)能發(fā)電（５０．８％）的增長(zhǎng)率明顯高于火電的增長(zhǎng)率（７．３％），但如圖１－１所??示，火力發(fā)電仍是我國(guó)發(fā)電主力，在發(fā)電總量中占比約７０％。??＼?Ｉ太陽(yáng)能及其他［ＺＩ１風(fēng)電ＣＺＤ核電ＨＺ］水電［ｕ火電??１１??＇?＇?１??ｒ?Ｉ?－ｙ????，?｜?￣???８０－??、?、???＾?６０?－??匡??Ｉｊ??蕓４〇－??２０－??２０１４?２０１５?２０１６?２０１７?２０１８??年度（年）??圖１－丨２０１４－２０丨８年年度能源發(fā)電量比例圖??伴隨著化石能源的大量消耗，污染物排放不斷增加，對(duì)環(huán)境造成惡劣的影響｜２］。??霧霾、酸雨、臭氧層空洞以及全球變暖等一系列問(wèn)題嚴(yán)重影響人類(lèi)的生產(chǎn)活動(dòng)。??煤炭燃燒產(chǎn)生的Ｓ０２、ＮＯｘ以及粉塵顆粒對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不同程度的破壞。其中，??ＮＯｘ是嚴(yán)重影響環(huán)境質(zhì)量的大氣污染物，ＮＯｘ排放會(huì)引發(fā)酸雨、霧霾、溫室效??應(yīng)和破壞臭氧層等環(huán)境問(wèn)題。??１??

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??２４００?－?＊、、?一＊一氮氧化物??＊?？二氧化硫??．?????２３００－?＼??？?２２００－?參??＇＊－＊＊＂＂?＊?、、、?Ｎ＞＇＇＼??＾?２１００－?？＇、?＼??鏈??ｆｔ?．?？?＇?＼??２０００?－?＼??、？、?＼??１９００－??．?１??１８００－Ｊ?，???ｊ???１???１???１???２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５??年份??圖１－２歷年二氧化硫和氮氧化物排放量??二氧化硫排放源??５３．５４％?龍綱非涵??３４．６１?％?３７?６９％??ｎ＿火電ｍｂ誶它工、ｉｉ’．ｂｉｉ城鎮(zhèn)生活?＿火電＿其它工彳丨＇■■機(jī)動(dòng)午．ｒｎ城鎮(zhèn)生活??圖１－３二氧化硫和氮氧化物的排放源組成??據(jù)《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒－２０１８》數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)Ｓ０２和ＮＯｘ的排放總量如圖??１－２所示。ＳＯ２和Ｎ０ｘ的排放總量在２０１】年后呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)，其中從圖??１－３?２０１４年我國(guó)Ｓ０２和ＮＯｘ的排放源組成可以看出，火電行業(yè)的ＳＣｈ排放總量??占總量的三分之一左右，其他工業(yè)占比最大為５３．５４％。而對(duì)于ＮＯｘ的排放來(lái)說(shuō)，??火電行業(yè)占比最大達(dá)到３７．６９％，其他工業(yè)和機(jī)動(dòng)車(chē)的氮氧化物排放量在３０％。??由上述數(shù)據(jù)和分析可知，火電行業(yè)仍然是我國(guó)氮氧化物和二氧化硫等污染物排放??的主要來(lái)源。??從圖１－２中看到氮氧化物及二氧化硫的排放量自２０１１年逐年降低，這是因?yàn)??在２０１１年，我國(guó)頒布了新的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行分階段和區(qū)域調(diào)??２??

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??２４００?－?＊、、?一＊一氮氧化物??＊?？二氧化硫??．?????２３００－?＼??？?２２００－?參??＇＊－＊＊＂＂?＊?、、、?Ｎ＞＇＇＼??＾?２１００－?？＇、?＼??鏈??ｆｔ?．?？?＇?＼??２０００?－?＼??、？、?＼??１９００－??．?１??１８００－Ｊ?，???ｊ???１???１???１???２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５??年份??圖１－２歷年二氧化硫和氮氧化物排放量??二氧化硫排放源??５３．５４％?龍綱非涵??３４．６１?％?３７?６９％??ｎ＿火電ｍｂ誶它工、ｉｉ’．ｂｉｉ城鎮(zhèn)生活?＿火電＿其它工彳丨＇■■機(jī)動(dòng)午．ｒｎ城鎮(zhèn)生活??圖１－３二氧化硫和氮氧化物的排放源組成??據(jù)《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒－２０１８》數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)Ｓ０２和ＮＯｘ的排放總量如圖??１－２所示。ＳＯ２和Ｎ０ｘ的排放總量在２０１】年后呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)，其中從圖??１－３?２０１４年我國(guó)Ｓ０２和ＮＯｘ的排放源組成可以看出，火電行業(yè)的ＳＣｈ排放總量??占總量的三分之一左右，其他工業(yè)占比最大為５３．５４％。而對(duì)于ＮＯｘ的排放來(lái)說(shuō)，??火電行業(yè)占比最大達(dá)到３７．６９％，其他工業(yè)和機(jī)動(dòng)車(chē)的氮氧化物排放量在３０％。??由上述數(shù)據(jù)和分析可知，火電行業(yè)仍然是我國(guó)氮氧化物和二氧化硫等污染物排放??的主要來(lái)源。??從圖１－２中看到氮氧化物及二氧化硫的排放量自２０１１年逐年降低，這是因?yàn)??在２０１１年，我國(guó)頒布了新的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行分階段和區(qū)域調(diào)??２??
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