底飼進(jìn)料循環(huán)噴動(dòng)床煙氣脫硫試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、干法循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)具有工藝簡單、操作簡便、脫硫產(chǎn)物易于處理、無二次污染等特點(diǎn)，已經(jīng)成為我國優(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低、脫硫塔負(fù)荷適應(yīng)性不強(qiáng)等問題。因此，如何進(jìn)一步提高脫硫效率和鈣利用率是需要進(jìn)行研究的重要課題。
　　 常規(guī)循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝由于采用面飼進(jìn)料，容易出現(xiàn)流場偏斜和流動(dòng)不均勻等問題，影響了物料濃度和溫度分布的均勻性并使橫截面上脫硫反應(yīng)不均，導(dǎo)致系統(tǒng)脫硫效

2、率下降。為了優(yōu)化流場特性、提高物料分布的均勻性從而改善塔內(nèi)傳質(zhì)，底飼進(jìn)料循環(huán)噴動(dòng)床采用底飼方式將新鮮脫硫劑從脫硫塔底部送入密相床層，在塔底形成高湍動(dòng)度、高顆粒濃度的氣固混合。激烈的湍流混合不僅能使回料脫除產(chǎn)物層不斷露出新鮮表面繼續(xù)反應(yīng)，從而提高脫硫劑利用效率，而且能避免顆粒結(jié)團(tuán)，提高運(yùn)行的穩(wěn)定性；同時(shí)，由于新鮮脫硫劑從密相層底部進(jìn)入，增加了脫硫劑在密相層的停留時(shí)間。這對(duì)提高脫硫效率和脫硫劑鈣利用率具有十分重要的意義。
　　 本文

3、首先探討了改善反應(yīng)塔流場均勻性的措施與方法，設(shè)計(jì)底飼進(jìn)料循環(huán)噴動(dòng)床煙氣脫硫中試試驗(yàn)裝置；通過數(shù)值計(jì)算研究不同結(jié)構(gòu)對(duì)塔內(nèi)氣體流場的影響，以此作為底飼進(jìn)料循環(huán)噴動(dòng)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行的參考依據(jù)。其次，為研究操作參數(shù)對(duì)塔內(nèi)流場分布及混合特性的影響效果，對(duì)底飼進(jìn)料循環(huán)噴動(dòng)床進(jìn)行了一系列的冷態(tài)試驗(yàn)研究：
　　 應(yīng)用熱球風(fēng)速儀測量不同高度上的軸向表觀氣速，并與模擬結(jié)果相比較，結(jié)果表明兩者相符較好，證明了回料風(fēng)對(duì)流場對(duì)稱性的不利影響以及底飼方

4、式優(yōu)化塔內(nèi)流場的作用；通過等速取樣得到不同高度上的顆粒通量分布，結(jié)果表明應(yīng)用底飼進(jìn)料方式能明顯改善顆粒分布在截面上的對(duì)稱性；應(yīng)用頻譜分析和SHANNON信息熵對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行處理，分析了不同操作參數(shù)對(duì)反應(yīng)塔內(nèi)氣固兩相流的影響；為了進(jìn)一步研究塔內(nèi)顆粒的混合規(guī)律，利用流化性能相近，溶解度差異較大的石英砂和消石灰顆粒分別通過底飼進(jìn)料和回料系統(tǒng)加入，通過顆粒取樣、溶解過濾的方法得到不同高度上的顆粒分布，并應(yīng)用混合熵計(jì)算得到的混合指數(shù)評(píng)價(jià)顆粒混合質(zhì)

5、量，結(jié)果表明該指數(shù)能夠很好地反映進(jìn)料與回料混合質(zhì)量沿高度的變化，而且對(duì)操作參數(shù)的改變也比較敏感。
　　 根據(jù)底飼進(jìn)料循環(huán)噴動(dòng)床冷態(tài)試驗(yàn)的研究結(jié)果，表觀速度對(duì)塔內(nèi)流場特性具有最為顯著的影響，隨著表觀速度升高，塔內(nèi)顆粒分布、混合效果明顯得到改善；底飼噴射速度能夠優(yōu)化反應(yīng)塔底部流場，從而提高塔內(nèi)顆粒分布的均勻性和混合質(zhì)量；回料量的增加能夠提高塔內(nèi)平均顆粒濃度，故對(duì)流場也有明顯的改善作用。
　　 熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明：在相同工況下，

6、采用底飼進(jìn)料時(shí)系統(tǒng)脫硫效率比面飼進(jìn)料高出1～4個(gè)百分點(diǎn)。在煙氣量為1830Nm3/h、煙氣溫度為140℃、Ca/S摩爾比為1．3、SO2入口濃度773ppm、總噴水量為52kg/h(采用分層噴水)時(shí)，底飼進(jìn)料循環(huán)噴動(dòng)床反應(yīng)塔主體脫硫效率可達(dá)到83．6％左右。隨著Ca/S摩爾比和噴水量的增加，系統(tǒng)脫硫效率顯著增加；煙氣進(jìn)口溫度、SO2入口濃度和底飼噴射速度也有一定影響；采用分層噴水能夠明顯降低反應(yīng)塔內(nèi)的平均反應(yīng)溫度，脫硫效率也有較大的提高

7、；分層噴水時(shí)，適量增加底部噴水量有利于提高脫硫效率。
　　 為預(yù)測系統(tǒng)脫硫效率隨操作參數(shù)的變化規(guī)律，通過微元分析建立了底飼進(jìn)料循環(huán)噴動(dòng)床煙氣脫硫的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，全面考慮了脫硫塔內(nèi)恒速干燥階段、降速干燥階段的脫硫反應(yīng)過程，結(jié)合液滴蒸發(fā)模型、收縮核模型及雙膜理論吸收模型并考慮了物料循環(huán)、多層噴水等因素，通過計(jì)算得到塔內(nèi)溫度、液滴質(zhì)量、SO2濃度等物理參數(shù)的軸向變化趨勢，并對(duì)運(yùn)行參數(shù)影響系統(tǒng)脫硫效率的作用進(jìn)行預(yù)測和分析。將模型計(jì)算值與

8、試驗(yàn)測量值進(jìn)行了比較，結(jié)果表明兩者吻合較好，對(duì)于鈣基噴水增濕干法煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行與優(yōu)化操作具有重要的參考意義。
　　 以CFD軟件為平臺(tái)，在組分輸運(yùn)模型的基礎(chǔ)上，導(dǎo)入化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模塊，建立了鈣基脫硫劑噴水增濕干法煙氣脫硫三維數(shù)值計(jì)算模型。模型考慮了湍流、傳熱、蒸發(fā)、反應(yīng)等過程，簡化的化學(xué)反應(yīng)模型包括液滴蒸發(fā)、SO2吸收等反應(yīng)，模擬了進(jìn)料方式、噴水方式和操作參數(shù)對(duì)煙氣脫硫過程的影響，得到了底飼進(jìn)料循環(huán)噴動(dòng)床內(nèi)氣體組分濃度、湍