博士论文半干半湿法烟气脱硫技术及其数值模拟研究

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1、摘要摘要本文对35t/h嫌煤锅炉半干半湿法烟气脱硫技术及其数值模拟进行了研究。在分析影响脱硫效率稳定性因素的基础上，模拟脱硫塔内部流场和压力场，对烟气分布器进行优化设计，并对脱硫反应效率进行预测，研究的成果为半千法/干法烟气脱硫技术提供了理论基础。烟气的出塔烟温、Ca/S摩尔比、烟气含湿量和脱硫灰循环量是影响烟气脱硫技术的主要因素。本文通过对这些因素的影响条件分析，较详细地讨论了这些因素对脱硫反应影响的程度和机理，以及脱硫剂在水蒸汽输送过程中物理结构和化学性质的变化，并研究了水蒸汽输送脱硫剂的参数和条件，认为水蒸汽在改变脱硫剂的

2、表面结构的同时，脱硫剂的化学组分也发生了变化。保持一定的湿度、控制烟气在适当的脱硫温度范围内对提高脱硫效率很重要。通过喷雾系统对烟气进行降温、增湿，在脱硫剂颗粒表面形成水膜，使脱硫反应在气一液一固三相条件下进行，从而提高反应的速度和反应率。雾滴在脱硫塔内部既有蒸发，又有附着在石灰和飞灰颗粒表面上向颗粒内部传质传热，同时还有与烟气中S02的物理化学作用，是一个极其复杂的物理、化学反应过程。为研究问题的方便，本文通过简化计算，确定雾粒子群中的大液滴的蒸发千燥时间为喷雾干燥时间;采用计算流体力学(CFD)的方法，分析雾羽在脱硫塔内的最

3、大扩散角度。在以上研究的前提下，确定喷嘴在脱硫塔内部的分布。烟气在脱硫塔内分布的均匀程度是影响S02与脱硫剂的碰撞几率、脱硫效率和脱硫设备工业放大的一个重要因素。提高脱硫塔内烟气分布的均匀程度，可增加S02与脱硫剂的碰撞几率，从而提高脱硫反应效率。烟气分布器的作用是改变烟气在脱硫塔内部流速和压力分布，本文设计并分析了几种不同类型的烟气分布器，并通过建立的k-e双方程模型，采用CFD方法分别分析了烟气流经这几种烟气分布器后流场及压力场分布，以确定烟气分布器的最佳参数。建立了半干半湿法烟气脱硫动力学模型。采用颗粒群轨道模型分析S02

4、与脱硫剂在脱硫塔内浓度的变化，分析脱硫反应的规律。烟气脱硫反应过程比较复杂，本文通过气固两相流动数值模拟的方法，对气相湍流采用k-e模型，对颗粒相采用颗粒群轨道模型，分析S02、脱硫剂颗粒在脱硫塔内反应前后浓度的分布，用北京工业大学工学博士学位论文来预测脱硫效率。研究结果显示数值模拟的结果和实测的结果差别较小，表明该两相流模型理论和分析方法适用于对半千半湿法脱硫技术的研究。通过采用两相流模拟的方法，分析反应源相模型中SOZ浓度、脱硫剂颗粒的浓度和反应时间可计算SOZ的脱除率，确定脱硫塔体的最优化设计。本研究结果首次利用CFD方法

5、分析脱硫塔体内部喷嘴出口雾羽扩散角度，烟气分布器后烟气的速度流场和压力场分布，来指导喷嘴在脱硫塔内分布和烟气分布器设计。通过气固两相流模型和颗粒群轨道模型分析烟气中SOZ的去除率，为优化塔体提供了理论基础，研究成果为脱硫技术的国产化和国内技术大型化提供了技术依据。关键词(3-5个):半干半湿法，烟气脱硫，脱硫，脱硫塔流场ABSTRACT叨目明目翩......................-ABSTRACTThisdissertationfocusesonanalysisofanewapproachofsemi-drydesul

6、phurizationtechnology,thedemonstratingprojectofwhichhasbeenconstructedona35t/hcoalfiredboiler.BasedontheanalysisofthemechanismofSOZremovalprocess,theflowpaternandpressurefieldinsidetheSOzremovalreactorhavebeensimulatedandanalyzed;inaddition,theinnerstructureoftheSO2.

7、absorberhasbeenoptimizedandthedesulphurizationefficiencyhasbeenpredicted.Theanalysisresultsprovidetheoreticalandtechnologicalsupportsforsemi-drydesulphurizationprocess.Reactingfluegastemperature,CaO/SO2molarratio,watercontent(orhumidity)andtheratioofrecycleof勿ashtoCa

8、Oarethekeyoperatingfactors,whichrelatethedesulphurizationeficiencygreatly.Regard吨thesefactors,也.mechanismandtransformationofSOmsorb