內(nèi)循環(huán)多級(jí)噴動(dòng)流態(tài)化煙氣脫硫技術(shù)研究.pdf

1、“十五”期間，我國(guó)二氧化硫（SO2）排放量不但沒有完成削減10％的控制目標(biāo)，反而增加了27%。為此，國(guó)務(wù)院要求到2010年末，全國(guó) SO2排放總量要比“十五”末減少10％。這個(gè)目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)，占全國(guó)二氧化硫排放總量一半以上的火電廠，能否脫硫成為問題的焦點(diǎn)。循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)，具有造價(jià)低、脫硫效率適中、適合機(jī)組改造、用水量少，不產(chǎn)生二次廢水等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為我國(guó)優(yōu)先推廣使用的煙氣脫硫技術(shù)之一。但是，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中普遍存在脫硫劑利用率較

2、低，脫硫塔塔體負(fù)荷適應(yīng)性不強(qiáng)等問題。為了解決上述問題，本文提出了新型內(nèi)循環(huán)多級(jí)噴動(dòng)脫硫塔結(jié)構(gòu)，通過變化的塔體橫截面積和新型塔體內(nèi)部構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化脫硫劑、脫硫灰塔內(nèi)穩(wěn)定、均勻循環(huán)的目的，進(jìn)而提高了脫硫劑的有效利用率。多級(jí)噴動(dòng)塔內(nèi)，一級(jí)塔體流速高、二級(jí)塔體流速低，使得在負(fù)荷降低時(shí)一級(jí)塔體速度降低值明顯小于普通塔體。脫硫塔自身的負(fù)荷適應(yīng)性得到增強(qiáng)。
　　變化的塔體截面形成了下部塔體顆粒濃度稀疏，上部塔體顆粒濃度稠密的分布特點(diǎn)。依據(jù)該特

3、點(diǎn)，提出了結(jié)合塔體級(jí)數(shù)，分段實(shí)施脫硫的工藝方案。即在一級(jí)塔體內(nèi)部進(jìn)行以氣液傳質(zhì)反應(yīng)為主的脫硫過程；二級(jí)塔體進(jìn)行以氣體和含濕顆粒傳質(zhì)反應(yīng)為主的脫硫過程。
　　本文首先在冷態(tài)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了氣固兩相 PDA試驗(yàn)和床層塌陷試驗(yàn)，研究了塔內(nèi)氣固流動(dòng)和顆粒濃度分布規(guī)律。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在文丘里入口和兩級(jí)塔體連接處以及塔頂出口附近存在三個(gè)氣固流動(dòng)紊亂區(qū)域，這三個(gè)區(qū)域的流場(chǎng)復(fù)雜。多級(jí)噴動(dòng)塔內(nèi)形成穩(wěn)定、均勻的顆粒內(nèi)部循環(huán)，顆粒濃度整體分布上部稠密、下部稀疏

4、，兩級(jí)塔體平均顆粒濃度比可以達(dá)到4倍以上；截面變化有利于增加氣固兩相間的滑移速度；塔頂距離水平出口高度，有利于氣固分離，從而提高塔內(nèi)顆粒濃度。雨披導(dǎo)流裝置能夠強(qiáng)化顆粒內(nèi)部循環(huán)。一級(jí)塔體壁面附近存在顆粒軸向脈動(dòng)速度局部峰值區(qū)域。壁面附近顆粒脈動(dòng)劇烈，有利于一級(jí)塔體顆粒高速?zèng)_刷塔體壁面，從而減小一級(jí)塔體壁面，因濕壁導(dǎo)致結(jié)垢等問題出現(xiàn)的可能。
　　為了研究多級(jí)噴動(dòng)脫硫塔內(nèi) SO2脫除過程，優(yōu)化其運(yùn)行參數(shù)及方案，建立了熱態(tài)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)。采用

5、在線測(cè)量 SO2濃度裝置和自行研制的夾層抽氣式熱電偶，研究了漿液霧化時(shí) SO2脫除過程和塔內(nèi)溫度場(chǎng)分布特性以及不同氣液比、噴漿級(jí)數(shù)、不同霧化噴嘴結(jié)構(gòu)等因素對(duì)脫硫過程的影響。以粉煤灰模擬脫硫灰，研究了入口灰濃度、兩級(jí)噴漿量比例、不同噴嘴安裝位置等對(duì)整體脫硫效率的影響，給出了優(yōu)化后的運(yùn)行參數(shù)及方案。
　　應(yīng)用 Syamlal-Obrien-Symmetric（S-O-S）顆粒作用力模型和氣固兩相雙流體（Two-Flow-Model，T

6、FM）模型，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)氣固兩相雙組分流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。分析了時(shí)間步長(zhǎng)、顆粒彈性恢復(fù)系數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響。結(jié)果表明：兩級(jí)塔體內(nèi)大小顆粒速度變化對(duì)比趨勢(shì)剛好相反，不同粒徑顆粒的速度大小，呈現(xiàn)此消彼長(zhǎng)的勢(shì)頭。在文丘里加速段、一級(jí)塔體、二級(jí)塔體三個(gè)區(qū)間，兩種顆粒速度大小比較的規(guī)律為：小顆粒速度為高-低-高，大顆粒為低-高-低。不同粒徑顆粒速度的交替變化有利于提高塔內(nèi)顆粒脈動(dòng)速度和氣固滑移速度，進(jìn)而強(qiáng)化傳質(zhì)過程。數(shù)值模擬結(jié)果與PDA測(cè)試結(jié)果吻合

7、較好。
　　建立了兩段含濕顆粒干燥模型，該模型同時(shí)考慮了蒸汽二次換熱和脫硫產(chǎn)物摩爾質(zhì)量增加對(duì)干燥過程的影響。將該干燥模型與分段 SO2傳質(zhì)模型及氣固兩相雙流體模型耦合，編制了求解程序。應(yīng)用該程序通過“UDF”接口，對(duì)“FLUENT”計(jì)算軟件進(jìn)行了二次開發(fā)。結(jié)果表明，該方法可對(duì)脫硫塔內(nèi)SO2脫除過程進(jìn)行較好的模擬。
　　為一臺(tái)20t/h燃煤鏈條鍋爐應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行了工藝和控制方案設(shè)計(jì)。針對(duì)該示范工程所需的附屬設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和