石灰石顆粒磨損特性與機制研究.pdf

1、石灰石顆粒磨損特性與機制研究重慶大學碩士學位論文（學術學位）學生姓名：錢超然指導教師：張力教授專業(yè)：動力工程及工程熱物理學科門類：工學重慶大學動力工程學院二O一三年五月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要當今能源形勢日趨嚴峻，碳排放量居高不下，隨之產生的溫室效應和環(huán)境污染等問題成為全球的熱點。煅燒碳酸化反應法是一種有效的鈣基吸收劑捕集CO2的方法。它具有反應可循環(huán)、成本低廉等優(yōu)勢，越來越受到廣泛重視。石灰石以其儲量豐富、有效可靠、高性價比

2、和操作方便等優(yōu)點成為常用的鈣基吸附劑之一。在CO2捕集的流化床系統(tǒng)中，會發(fā)生顆粒與顆粒、顆粒與壁面之間的碰撞磨損作用，改變顆粒的粒徑分布與組成，進而影響床層的流化狀態(tài)和化學反應過程。通過研究石灰石顆粒在床層中的磨損情況，研究其磨損特性和機制，建立起合理的數(shù)學模型來描述和預測石灰石的磨損狀態(tài)，對于研究吸收劑循環(huán)反應穩(wěn)定性、提高吸收劑的吸收效率、減少運行成本以及CO2減排技術的推廣等方面有重要意義。本文采用渝北天然石灰石顆粒作為原料，在自行

3、搭建的流化床系統(tǒng)和顆粒碰撞系統(tǒng)實驗臺上開展了吸收劑顆粒磨損的實驗研究。按照機械磨損、熱磨損和化學磨損三個不同作用機制，對石灰石顆粒的磨損特性進行了實驗研究。在機械磨損中，研究了顆粒與壁面的碰撞作用，研究了碰撞速度、碰撞角度、碰撞次數(shù)等因素對顆粒碰撞后粒徑分布情況的影響規(guī)律；同時還研究了顆粒初始粒徑、流化風速、磨損時間等因素對顆粒磨損的影響規(guī)律，建立了相應的數(shù)學表達式。在熱力磨損中，主要探討了床層溫度對顆粒磨損的影響規(guī)律。在化學磨損中，結

4、合吸收劑熱重實驗研究，分析了吸收劑化學分解作用的影響規(guī)律。結合電子顯微鏡拍攝的顆粒微觀圖像，對石灰石顆粒磨損機理進行了探討。研究表明，天然石灰石衰減率隨碰撞速度增大而降低；顆粒碰撞角度從0～65范圍內變化衰減率呈現(xiàn)以30和45兩個分界點的“凹”型趨勢；碰撞產生細粉累積質量分數(shù)、衰減率與碰撞次數(shù)皆呈線性增長關系；石灰石顆粒的初始粒徑越小，表面磨損越大，大顆粒磨損中破碎占主導作用；石灰石顆粒在流化床中磨損效果隨時間增長不均勻；細粉累計質量分

5、數(shù)與時間的關系為衰減指數(shù)型增長關系；高溫條件下，初始粒徑越大，其磨損效果越強；隨氣速增大，磨損逐漸增大；500℃和750℃為兩個溫度界點；高溫條件下顆粒形成階梯型表面和紋理型表面兩種顆粒斷面；熱分析儀中石灰石顆粒煅燒產生較多紋理性顆粒，產生特殊的平行裂縫。本文的研究豐富了石灰石顆粒磨損特性和機理的研究成果，推進了鈣基吸收劑在流化床中磨損趨勢的深入研究，在一定程度上為鈣基吸收劑在流化床中利用提供了實驗基礎和理論依據(jù)。關鍵詞關鍵詞：石灰石顆