用于流化床燃烧脱硫的石灰石固硫反应模型Ξ-山东天力.PDF

第 25 卷 第 4 期 25　 4 燃　料　化　学　学　报 V o l N o 1997 年 8 　月 JOU RNAL O F FU EL CH EM ISTR Y AND T ECHNOLO GY A ug 　 　1997 　　　 用于流化床燃烧脱硫的石灰石固硫反应模型 路春美　 许炳松 ( 山东工业大学动力工程系, 济南 250061) 摘　要　在模拟流化床燃烧脱硫气氛和温度条件下, 建立了石灰石煅烧与固硫反应同时进行的数 学模型。描述了两反应过程之间的相互影响及石灰石内部晶粒大小、孔隙率和运行参数对反应过 程的影响。模型的合理性通过理论计算和实验结果的比较得到验证。 关键词　石灰石固硫反应, 燃烧脱硫, 数学模型 在流化床燃烧脱硫中, 石灰石颗粒首先发生煅烧反应形成 CaO , CaO 吸收床内释放的 SO 2 , 进行固硫反应, 煅烧使颗粒内部的孔隙率增大, 固硫却使其减小。因此, 随着煅烧反应的 进行, SO 2 气体进入CaO 内部形成CaSO 4 及 CO 2 气体逸出该结构的扩散能力加强, 但这种能 力又随着固硫反应的进行而减弱, 煅烧与固硫反应过程之间总是相互影响的。本文在模拟流化 床燃烧脱硫气氛与温度条件下, 研究石灰石的煅烧固硫反应特性, 描述石灰石煅烧与固硫反应 同时进行的数学模型。 1　模型分析与建立 近年来很多学者对石灰石的煅烧与固硫特性进行过大量研究[ 1～ 3 ] , 并对CaO 与 SO 2 的反 应过程进行了数学描述。综合这些模型, 可以分为两大类: 即微孔模型与晶粒模型。微孔模型 假设煅烧后的 CaO 颗粒中存在许多柱形孔, 反应气体由柱形孔表面开始逐渐进行反应; 晶粒 模型假设 CaO 颗粒是由许多无孔的 CaO 小晶粒组成, 这些小晶粒之间存在一定的孔隙, 反应 气体从小晶粒表面开始逐层进行硫化反应。这些模型通过从不同的角度列写微分方程, 描述了 CaO 的固硫过程, 但由于在过程描述中没有考虑煅烧与固硫之间的相互影响, 故使模型的应 用受到了一定限制。 结构分析结果表明: 煅烧后的CaO 是由许多小晶体组成的, 小晶体之间存在一些不规则 的空隙, 这些空隙形成了CaO 中的孔隙率。从固硫剂的结构考虑, 晶粒模型似乎比微孔模型更 加符合实际, 另注意到流化床中的固硫剂是石灰石而不是CaO , 故本研究提出的模型是考虑 了石灰石煅烧与固硫之间的相互影响, 在晶粒模型的基础上建立的。 石灰石颗粒送入流化床燃烧器后, 自表面层开始逐渐进行煅烧, 与此同时, SO 2 与O 2 也通 过煅烧后的CaO 多孔结构由颗粒表面向内部扩散, 进行固硫反应。考虑到煅烧与固硫反应过 程的复杂性, 在建立模型时进行了下列假设: ( 1) 石灰石颗粒为球状颗粒, 反应过程中形状保持不变。 (2) 石灰石颗粒内外温度在整个反应过程中均匀一致, 且等于周围气体温度。 (3) 已煅烧的CaO 由许多无孔隙的小晶粒球组成, 这些小晶粒之间的空隙形成CaO 的内 部孔隙。 (4) 在颗粒内同一半径R 上的小晶粒同时发生分解, 且小晶粒球从外表到球心也是同时 收稿日期: 1996 11 22 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 340　　　　　　　　　　　　　　　燃　料　化　学　学　报　　　　　　　　　　　　　　　25 卷 发生分解的。