文档介绍：石灰石颗粒磨损特性与机制研究

重庆大学硕士学位论文
(学术学位)

学生姓名:钱超然
指导教师:张力教授
专业:动力工程及工程热物理
学科门类:工学

重庆大学动力工程学院
二 O 一三年五月
Experimental Study on Attrition
Characteristics and Mechanisms of
Limestone Particles

A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Master’s Degree of Engineering
By
Qian Chaoran

Supervised by Prof. Zhang Li
Specialty:Power Engineering and
Engineering Thermophysics

College of Power Engineering
Chongqing University, Chongqing, China
May 2013
重庆大学硕士学位论文中文摘要

摘要

当今能源形势日趋严峻,碳排放量居高不下,随之产生的温室效应和环境污
染等问题成为全球的热点。煅烧/碳酸化反应法是一种有效的钙基吸收剂捕集CO2
的方法。它具有反应可循环、成本低廉等优势,越来越受到广泛重视。石灰石以
其储量丰富、有效可靠、高性价比和操作方便等优点成为常用的钙基吸附剂之一。
在CO2捕集的流化床系统中,会发生颗粒与颗粒、颗粒与壁面之间的碰撞磨损作用,
改变颗粒的粒径分布与组成,进而影响床层的流化状态和化学反应过程。通过研
究石灰石颗粒在床层中的磨损情况,研究其磨损特性和机制,建立起合理的数学
模型来描述和预测石灰石的磨损状态,对于研究吸收剂循环反应稳定性、提高吸
收剂的吸收效率、减少运行成本以及CO2减排技术的推广等方面有重要意义。
本文采用渝北天然石灰石颗粒作为原料,在自行搭建的流化床系统和颗粒碰
撞系统实验台上开展了吸收剂颗粒磨损的实验研究。按照机械磨损、热磨损和化
学磨损三个不同作用机制,对石灰石颗粒的磨损特性进行了实验研究。在机械磨
损中,研究了颗粒与壁面的碰撞作用,研究了碰撞速度、碰撞角度、碰撞次数等
因素对颗粒碰撞后粒径分布情况的影响规律;同时还研究了颗粒初始粒径、流化
风速、磨损时间等因素对颗粒磨损的影响规律,建立了相应的数学表达式。在热
力磨损中,主要探讨了床层温度对颗粒磨损的影响规律。在化学磨损中,结合吸
收剂热重实验研究,分析了吸收剂化学分解作用的影响规律。结合电子显微镜拍
摄的颗粒微观图像,对石灰石颗粒磨损机理进行了探讨。
研究表明,天然石灰石衰减率随碰撞速度增大而降低;颗粒碰撞角度从0~65°
范围内变化衰减率呈现以30°和45°两个分界点的“凹”型趋势;碰撞产生细粉累积
质量分数、衰减率与碰撞次数皆呈线性增长关系;石灰石颗粒的初始粒径越小,
表面磨损越大,大颗粒磨损中破碎占主导作用;石灰石颗粒在流化床中磨损效果
随时间增长不均匀;细粉累计质量分数与时间的关系为衰减指数型增长关系;高
温条件下,初始粒径越大,其磨损效果越强;随气速增大,磨损逐渐增大;500 ℃
和750 ℃为两个温度界点;高温条件下颗粒形成阶梯型表面和纹理型表面两种颗粒
断面;热分析仪中石灰石颗粒煅烧产生较多纹理性颗粒,产生特殊的平行裂缝。
本文的研究丰富了石灰石颗粒磨损特性和机理的研究成果,推进了钙基吸收
剂在流化床中磨损趋势的深入研究,在一定程度上为钙基吸收剂在流化床中利用
提供了实验基础和理论依据。

关键词:石灰石颗粒,颗粒磨损,颗粒碰撞,衰减率,粒径分布
I
重庆大学硕士学位论文英文摘要

ABSTRACT

With the grim situation of energy utilization and high intensity of carbon emission,
greenhouse effect and environmental pollution e global hot issues. During the
process of technical innovation in energy utilization and environmental protection,