前置堿霧發(fā)生器煙氣脫硫試驗研究及數(shù)值模擬.pdf

1、SO2是目前占能源主導(dǎo)地位的化石燃料燃燒過程中排放的對環(huán)境造成嚴(yán)重危害的主要污染物之一，其脫除與排放的控制愈來愈得到社會各方面的重視。半干法煙氣脫硫工藝與傳統(tǒng)的濕法煙氣脫硫工藝相比具有投資費用低、能耗小、脫硫產(chǎn)物為干態(tài)、易于處理等優(yōu)點而逐步地被廣泛應(yīng)用。通過對多種常用半干法煙氣脫硫工藝的比較和分析，提出了一種新型的前置堿霧發(fā)生器簡易半干法煙氣脫硫工藝，并搭建了大型的熱態(tài)試驗臺并對影響脫硫效率的多種因素進(jìn)行了試驗研究。為了對此脫硫工藝內(nèi)多

2、相流動規(guī)律及液滴捕捉顆粒機(jī)理進(jìn)行更深入的了解，建立了多流體堿霧發(fā)生器冷態(tài)試驗臺并利用PIV對其內(nèi)部的多相流動做了測量。然后針對此脫硫反應(yīng)器建立了液滴捕捉顆粒、漿液蒸發(fā)及脫硫反應(yīng)模型，采用試驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的手段，詳細(xì)地研究了反應(yīng)器內(nèi)多相流動規(guī)律及脫硫反應(yīng)機(jī)理。 前置堿霧發(fā)生器煙氣脫硫工藝半工業(yè)性熱態(tài)試驗研究表明，在一定的飽和溫距下，鈣硫摩爾比越大，脫硫效率越高。當(dāng)鈣硫摩爾比(Ca/S)從1.0增加到2.0時，系統(tǒng)脫硫效率增幅較

3、大；當(dāng)Ca/S摩爾比大于2.0時，再增加鈣硫摩爾比脫硫效率的增加不明顯。在一定的鈣硫摩爾比下，煙氣出口飽和溫距越低，系統(tǒng)脫硫效率越高；且煙氣出口飽和溫距從20℃左右降低到10℃左右時，脫硫效率增幅較為顯著。對本簡易脫硫工藝，在鈣硫摩爾比為2.0，煙氣出口飽和溫距為13.2℃時，系統(tǒng)的脫硫效率可以達(dá)到75﹪-85﹪，基本上可以滿足燃用低硫煤中小電廠的環(huán)保排放要求。 對此脫硫工藝的核心部件——多流體堿霧發(fā)生器，采用DANTECFlo

4、wMapPIV測量系統(tǒng)較詳細(xì)地研究了堿霧發(fā)生器內(nèi)霧化液滴相及顆粒相的速度矢量場。研究表明，邊壁風(fēng)和送粉風(fēng)的大小對堿霧發(fā)生器內(nèi)回流的影響比較明顯；在堿霧發(fā)生器的橫截面上，霧化液滴的速度基本上從霧化中心成對稱分布；由于噴嘴射流的影響，空氣分布器出口附近的顆粒矢量速度向霧化中心偏斜，有利于霧化液滴對顆粒的碰撞捕捉。利用PIV系統(tǒng)的CCD相機(jī)獲得了較直觀的顆粒相及噴水霧化的數(shù)字圖片。測量結(jié)果可為堿霧發(fā)生器的優(yōu)化設(shè)計及霧化液滴對顆粒的碰撞捕捉機(jī)理

5、提供一定的參考。 為了數(shù)值模擬研究前置堿霧發(fā)生器脫硫裝置內(nèi)多相流動及組分濃度分布規(guī)律，以便更好地對此簡易半干法脫硫裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，首先針對此工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——液滴對顆粒的捕捉增濕進(jìn)行了建模，模型中對液滴和脫硫劑顆粒采用同時跟蹤的顆粒隨機(jī)軌道方法，建立了液滴捕捉顆粒的直接模擬概率模型；然后采用數(shù)值模擬的手段，對影響堿霧發(fā)生器內(nèi)顆粒捕捉效率的各因素進(jìn)行了研究，并取得了較為合理的結(jié)果。接著建立了漿滴蒸發(fā)干燥模型、及漿滴脫硫反應(yīng)雙膜模

6、型，為了驗證模型的準(zhǔn)確性，建立了基于計算流體力學(xué)的噴霧干燥半干法煙氣脫硫的數(shù)值計算模型及程序，對影響脫硫效率的許多因素及單個漿滴蒸發(fā)干燥和脫硫反應(yīng)經(jīng)歷進(jìn)行了模擬研究，并和一些學(xué)者的試驗結(jié)果進(jìn)行了對比。 通過全面考慮反應(yīng)器內(nèi)氣相湍流流動，液滴對脫硫劑顆粒的碰撞捕捉、漿滴的蒸發(fā)及脫硫等，對氣相采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，離散相采用同時跟蹤的顆粒隨機(jī)軌道模型，建立了前置堿霧發(fā)生器煙氣脫硫工藝的三維計算流體力學(xué)綜合模型。模型預(yù)測結(jié)果如總體脫硫效

7、率和出口煙氣溫度與試驗值符合較好。以其中的一個工況為代表詳細(xì)地分析了反應(yīng)器內(nèi)氣、液、固多相湍流流動，以及溫度和各組分濃度在反應(yīng)器內(nèi)的空間分布；并對不同直徑液滴和脫硫劑顆粒的經(jīng)歷進(jìn)行了分析。因此綜合的脫硫數(shù)值計算模型可以作為一個有效的工具，用于此類型脫硫反應(yīng)器的設(shè)計和優(yōu)化。 半干法煙氣脫硫中脫硫劑漿液的干燥特性及脫硫劑漿液的脫硫反應(yīng)特性目前研究非常少，故采用熱天平研究了低溫(80℃)條件下氫氧化鈣漿液在一定水鈣質(zhì)量比、SO2濃度范