內循環(huán)多級噴動流態(tài)化煙氣脫硫技術研究.pdf

1、“十五”期間，我國二氧化硫（SO2）排放量不但沒有完成削減10％的控制目標，反而增加了27%。為此，國務院要求到2010年末，全國 SO2排放總量要比“十五”末減少10％。這個目標能否實現(xiàn)，占全國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。循環(huán)流化床煙氣脫硫技術，具有造價低、脫硫效率適中、適合機組改造、用水量少，不產(chǎn)生二次廢水等優(yōu)點，已經(jīng)成為我國優(yōu)先推廣使用的煙氣脫硫技術之一。但是，該技術在實際應用中普遍存在脫硫劑利用率較

2、低，脫硫塔塔體負荷適應性不強等問題。為了解決上述問題，本文提出了新型內循環(huán)多級噴動脫硫塔結構，通過變化的塔體橫截面積和新型塔體內部構件，實現(xiàn)了強化脫硫劑、脫硫灰塔內穩(wěn)定、均勻循環(huán)的目的，進而提高了脫硫劑的有效利用率。多級噴動塔內，一級塔體流速高、二級塔體流速低，使得在負荷降低時一級塔體速度降低值明顯小于普通塔體。脫硫塔自身的負荷適應性得到增強。
　　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。依據(jù)該特

3、點，提出了結合塔體級數(shù)，分段實施脫硫的工藝方案。即在一級塔體內部進行以氣液傳質反應為主的脫硫過程；二級塔體進行以氣體和含濕顆粒傳質反應為主的脫硫過程。
　　本文首先在冷態(tài)試驗臺上進行了氣固兩相 PDA試驗和床層塌陷試驗，研究了塔內氣固流動和顆粒濃度分布規(guī)律。試驗發(fā)現(xiàn)在文丘里入口和兩級塔體連接處以及塔頂出口附近存在三個氣固流動紊亂區(qū)域，這三個區(qū)域的流場復雜。多級噴動塔內形成穩(wěn)定、均勻的顆粒內部循環(huán)，顆粒濃度整體分布上部稠密、下部稀疏

4、，兩級塔體平均顆粒濃度比可以達到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，從而提高塔內顆粒濃度。雨披導流裝置能夠強化顆粒內部循環(huán)。一級塔體壁面附近存在顆粒軸向脈動速度局部峰值區(qū)域。壁面附近顆粒脈動劇烈，有利于一級塔體顆粒高速沖刷塔體壁面，從而減小一級塔體壁面，因濕壁導致結垢等問題出現(xiàn)的可能。
　　為了研究多級噴動脫硫塔內 SO2脫除過程，優(yōu)化其運行參數(shù)及方案，建立了熱態(tài)試驗臺系統(tǒng)。采用

5、在線測量 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 SO2脫除過程和塔內溫度場分布特性以及不同氣液比、噴漿級數(shù)、不同霧化噴嘴結構等因素對脫硫過程的影響。以粉煤灰模擬脫硫灰，研究了入口灰濃度、兩級噴漿量比例、不同噴嘴安裝位置等對整體脫硫效率的影響，給出了優(yōu)化后的運行參數(shù)及方案。
　　應用 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，對試驗臺內氣固兩相雙組分流動進行了數(shù)值模擬。分析了時間步長、顆粒彈性恢復系數(shù)對模擬結果的影響。結果表明：兩級塔體內大小顆粒速度變化對比趨勢剛好相反，不同粒徑顆粒的速度大小，呈現(xiàn)此消彼長的勢頭。在文丘里加速段、一級塔體、二級塔體三個區(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顆粒脈動速度和氣固滑移速度，進而強化傳質過程。數(shù)值模擬結果與PDA測試結果吻合

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