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磁流化床烟气脱硫技术依靠磁场和铁磁颗粒的催化作用,完成对烟气的脱硫,是一种适合我国国情的大气污染防治技术。本文从理论和实验两方面对该技术进行了研究,初步明确了磁场强化脱除烟气硫分的机理,为该技术的推广应用打下基础。
文章首先研制了磁流化床烟气脱硫装置。磁流化床烟气脱硫的过程是含硫烟气从流化床底部流入,含有Ca(OH)2的脱硫剂浆滴经过双流体喷嘴雾化后从流化床顶部喷入床内,在铁磁颗粒的催化作用和磁场的影响下,烟气中的SO2与喷入床内的脱硫剂雾滴发生反应,从而使得反应效率得到提高;而未能参加反应的脱硫剂被涂敷在铁磁颗粒表面,与含硫烟气继续反应,提高脱硫剂在床内的停留时间,增加反应几率。所以磁流化床从反应几率和反应效率两个方面使脱硫效率得到提高。
本文实验研究了铁磁颗粒粒径、磁感应强度等因素对脱硫反应的影响,结果表明,改变铁磁颗粒的粒径和磁感应强度对脱硫反应的作用十分明显。另外,本文还对磁流化床烟气脱硫的其他运行参数进行了研究,得到了床层高度、入口SO2浓度、烟气表观流速、烟气入口温度、脱硫剂浆液配比以及钙硫比等参数对脱硫反应效率的影响规律,根据实验数据建立了影响磁流化床烟气脱硫效率的各主要因素之间的关联方程式。结果表明,磁流化床的脱硫效率比喷雾脱硫效率提高10%以上。
此外,本文还建立了在双膜理论基础上的磁流化床反应器脱硫数学模型;同时,运用过渡态理论、活化能理论、催化反应动力学导出了磁场作用前后的磁流化床脱硫反应的活化能变化的计算公式,分析了铁磁颗粒和磁场的催化作用。
最后,本文还运用比表面孔径测定仪、扫描电镜等设备来观察铁磁颗粒和磁场对脱硫剂和脱硫产物微观结构的影响,发现在磁场作用下,脱硫剂及脱硫产物的微观结构不但更加疏松,而且还增加了脱硫剂在铁磁颗粒表面的涂敷比表面积;运用X射线衍射光谱分析仪对脱硫产物进行了图谱分析,得到了磁场作用下生成物中的硫酸钙含量高于没有磁场作用时的含量。通过以上手段从脱硫剂及脱硫产物的微观结构的变化认识了磁场和铁磁颗粒对脱硫反应作用的微观机理。