石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)流動和反應的數(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用最多的技術。但是由于我國脫硫市場起步較晚，大多數(shù)脫硫項目的建設主要依靠引進國外的先進工藝，這導致脫硫工程的設計建設成本較高，在一定程度上阻礙了煙氣脫硫工程在我國火電廠的應用。因此，在引進國外先進技術的同時進行消化吸收，對石灰石/石膏濕法煙氣脫硫的技術理論、設備特性和系統(tǒng)優(yōu)化進行分析研究，將有利于加速脫硫技術國產化，推動我國火電廠煙氣脫硫的進程。本文以

2、此為目的針對應用最廣泛的石灰石/石膏噴淋塔工藝，對其塔內流動特性、脫硫系統(tǒng)實驗、脫硫反應模型、除霧器除霧特性模擬以及煙氣系統(tǒng)建模進行了系統(tǒng)的研究。 噴淋塔內的兩相流動狀態(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單相和氣液兩相熱態(tài)流場分布，模擬計算結果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好。數(shù)值模擬時，氣相場采用標準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。模擬結果表明：在噴淋液滴的作用下，煙氣在噴淋塔進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；噴淋后塔內的溫度在進口以上部分基本隨著高度的升高而下降；未加噴淋時塔內壓力變化較小，加噴淋之后，在吸收塔內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，基于響應曲面法進行實驗設計并對實驗結果進行分析，得到脫硫效率的預測模型，模型計算結果與實驗數(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，模型計算結果與實驗數(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、日坐標系下的顆粒受力微分方程得到，模擬結果與已有文獻的實驗結果吻合良好。通過數(shù)值模擬分析了葉片的結構參數(shù)(包括葉片高度、葉片間距和葉片轉折角)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，基于響應曲面法進行數(shù)值模擬工況設計并對模擬結果進行分析，得到波板形葉片除霧效率的預測模型。通過模型分析得出葉片轉折角度和葉片間距以及葉片轉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)中所用的動葉可調軸流式風機、靜葉可調子午加速軸流風機和離心風機的性能進行了比較，同時對脫硫增壓風機幾種不同的布置方式也進行了分析比較；對目前在FGD系統(tǒng)中經常使用的回轉式GGH和管式GGH的性能進行了比較；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)主要設備的數(shù)學模型，通過對計算結果和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析比較，驗證了該模型的計算結果可以很好的反映實際運行工況，應用該模型可以為煙氣系統(tǒng)