石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)流動和反應(yīng)的數(shù)值計算與模擬實驗.pdf

1、石灰石/石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)是目前世界上最成熟的煙氣脫硫工藝，也是目前我國脫硫工程中應(yīng)用最多的技術(shù)。但是由于我國脫硫市場起步較晚，大多數(shù)脫硫項目的建設(shè)主要依靠引進(jìn)國外的先進(jìn)工藝，這導(dǎo)致脫硫工程的設(shè)計建設(shè)成本較高，在一定程度上阻礙了煙氣脫硫工程在我國火電廠的應(yīng)用。因此，在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)的同時進(jìn)行消化吸收，對石灰石/石膏濕法煙氣脫硫的技術(shù)理論、設(shè)備特性和系統(tǒng)優(yōu)化進(jìn)行分析研究，將有利于加速脫硫技術(shù)國產(chǎn)化，推動我國火電廠煙氣脫硫的進(jìn)程。本文以

2、此為目的針對應(yīng)用最廣泛的石灰石/石膏噴淋塔工藝，對其塔內(nèi)流動特性、脫硫系統(tǒng)實驗、脫硫反應(yīng)模型、除霧器除霧特性模擬以及煙氣系統(tǒng)建模進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 噴淋塔內(nèi)的兩相流動狀態(tài)直接影響噴淋塔的脫硫性能。本文建立了噴淋塔實驗臺，首先利用粒子動態(tài)分析儀(PDA)測量了螺旋噴嘴的噴霧性能，然后通過數(shù)值模擬的方法研究了塔內(nèi)單相和氣液兩相熱態(tài)流場分布，模擬計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好。數(shù)值模擬時，氣相場采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程模型，對液滴相的計算，

3、采用雙向耦合的離散顆粒模型，液滴相與氣相間的傳熱采用簡化的液滴蒸發(fā)模型。模擬結(jié)果表明：在噴淋液滴的作用下，煙氣在噴淋塔進(jìn)口上方形成的逆時針漩渦有所減小，同時在每個噴淋層的下方分別形成漩流方向相反的兩個小漩渦，湍流非常激烈；噴淋后塔內(nèi)的溫度在進(jìn)口以上部分基本隨著高度的升高而下降；未加噴淋時塔內(nèi)壓力變化較小，加噴淋之后，在吸收塔內(nèi)隨著高度的增加壓力逐漸降低，同時在同一水平高度，壓力基本保持不變。 通過對噴淋塔脫硫效率的實驗研究，得

4、到了重要的操作參數(shù)(包括漿液pH值、液氣比、煙氣溫度、煙氣速度、入口煙氣中SO<,2>濃度、有無強制氧化、不同噴淋層的組合等)對脫硫效率的影響規(guī)律。另外，基于響應(yīng)曲面法進(jìn)行實驗設(shè)計并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析，得到脫硫效率的預(yù)測模型，模型計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好。通過模型分析得到液氣比對脫硫效率的影響最大，同時液氣比與pH值以及液氣比與煙氣速度的交互作用均對脫硫效率有較大的影響。 將噴淋塔內(nèi)噴淋漿液分為噴淋液滴和塔壁液膜兩種存在形式

5、并分別建模，該模型全面考慮了漿液中各離子以及各種有限速率的反應(yīng)，模型計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好。同時，考慮到HCl的吸收過程與SO<,2>類似，因此在模型中加入了HCl的吸收過程，計算結(jié)果表明漿液對HCl的吸收效率高于SO<,2>，漿液對HCl的吸收會降低脫硫效率，同時得到了循環(huán)漿池中Cl<'->離子濃度的變化規(guī)律。 對除霧器葉片間的流動特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。模擬時，氣相場采用SSTk-ω模型，液滴顆粒軌道計算通過積分拉格朗

6、日坐標(biāo)系下的顆粒受力微分方程得到，模擬結(jié)果與已有文獻(xiàn)的實驗結(jié)果吻合良好。通過數(shù)值模擬分析了葉片的結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括葉片高度、葉片間距和葉片轉(zhuǎn)折角)對除霧性能的影響規(guī)律，并比較了折線型和波板形葉片的除霧性能，得到波板形葉片的除霧效率較高并且壓降較小。另外，基于響應(yīng)曲面法進(jìn)行數(shù)值模擬工況設(shè)計并對模擬結(jié)果進(jìn)行分析，得到波板形葉片除霧效率的預(yù)測模型。通過模型分析得出葉片轉(zhuǎn)折角度和葉片間距以及葉片轉(zhuǎn)折角度與煙氣速度的交互作用均對除霧效率有比較大的影響

7、。 對脫硫工藝煙氣系統(tǒng)中所用的動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機、靜葉可調(diào)子午加速軸流風(fēng)機和離心風(fēng)機的性能進(jìn)行了比較，同時對脫硫增壓風(fēng)機幾種不同的布置方式也進(jìn)行了分析比較；對目前在FGD系統(tǒng)中經(jīng)常使用的回轉(zhuǎn)式GGH和管式GGH的性能進(jìn)行了比較；介紹了脫硫后的煙氣特點及其對煙囪運行的影響。建立了某電廠脫硫工程煙氣系統(tǒng)主要設(shè)備的數(shù)學(xué)模型，通過對計算結(jié)果和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析比較，驗證了該模型的計算結(jié)果可以很好的反映實際運行工況，應(yīng)用該模型可以為煙氣系統(tǒng)