尿素溶液濕法撞擊流同時脫硫脫硝的數(shù)值模擬研究.pdf

1、近幾年隨著全球經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,大氣環(huán)境污染問題日益嚴重,燃煤煙氣中NOx,SO2等的排放已經(jīng)對我國的生態(tài)環(huán)境造成了極大危害。而對這些有害氣體的處理,尿素／氨混合溶液濕法煙氣脫硫脫硝技術具有工藝簡單、低成本、尾液資源化利用等優(yōu)勢,與Tamir提出具有強化傳熱傳質特性的撞擊流技術相結合將是治理燃煤煙氣污染的重要技術之一。
　　 目前,國內外對于將撞擊流技術應用于濕法煙氣同時脫硫脫硝方面的試驗研究非常少。而實驗研究耗費巨大,往往受到時

2、間、實驗環(huán)境、實驗設備等因素的限制。為了避免試驗研究的不足,本論文以國家“863”計劃項目“多元溶劑撞擊流聯(lián)合脫除燃煤污染物及資源化”(2009AA05Z304)為背景,以FLUENT軟件為計算平臺,對尿素溶液濕法撞擊流同時脫硫脫硝過程進行數(shù)值模擬研究。
　　 本文分別采用雙歐拉和歐拉-拉格朗日法,建立了濕法撞擊流氣液兩相流流動的三維數(shù)學模型,并引入他人的試驗結果驗證了本文模型的合理性和準確性。通過對撞擊流吸收器氣液兩相流場的數(shù)

3、值模擬研究發(fā)現(xiàn),吸收器內氣相速度場在撞擊后呈現(xiàn)“鏡像”分布,而其靜壓力在吸收器內則呈“草帽狀”分布,且在撞擊中心達到最大值。撞擊距離L／D的增大使得x坐標軸上的靜壓力逐漸降低。液粒相速度場與氣相場表現(xiàn)出一致的分布特征。液粒濃度在撞擊中心處最大,且與撞擊距離L／D成反比,與氣相流速成正比。通過歐拉-拉格朗日法研究了撞擊流過程中液粒的運動歷程,研究發(fā)現(xiàn):氣相流速與液粒的平均停留時間成正比,而撞擊距離對其影響不大；液粒直徑的增加使得平均停留時

4、間呈現(xiàn)先增大再減小的趨勢。液粒最大滲入距離與撞擊距離L／D、液粒粒徑成正比；較小液粒慣性力作用減小,且重力也較小,滲入距離受氣速的影響較小；而較大液粒慣性力較大,重力的影響也更加突顯,液粒滲入距離相對增大,但較大液粒具有較大的體積,氣速增加致使液粒受到的曳力增大,從而導致液粒滲入距離隨氣速的增加而減小。
　　 本文在撞擊流氣液兩相流流體動力學模擬計算的基礎上,采用雙膜傳質理論,將撞擊流氣液兩相流流體動力學與燃煤煙氣污染物化學反應

5、相耦合,建立了濕法撞擊流燃煤煙氣同時脫硫脫硝的三維理化模型,并對尿素溶液濕法撞擊流同時脫硫脫硝過程進行了相關的數(shù)值模擬研究。研究發(fā)現(xiàn),NO的吸收主要發(fā)生在撞擊流吸收器內,在加速管中NO的吸收較少,且撞擊后NO濃度分布呈現(xiàn)對稱分布,吸收器上部的NO濃度要比下部大。而NO2、N2O4、N2O3在整個吸收器中的含量較小。煙氣中的SO2濃度在加速管中沿流體流動方向逐漸遞減,且在撞擊流吸收器內SO2濃度分布也基本呈現(xiàn)對稱分布。HNO3和(NH4)

6、2SO4則主要集中分布在撞擊區(qū)域的下方,上部出口區(qū)域濃度很低。HNO2的生成量相對HNO3和(NH4)2SO4的含量小得多,這與試驗研究中亞硝酸含量較小是一致的。撞擊距離L／D對脫硝效率的影響呈現(xiàn)波動性變化,在撞擊距離L／D=2.4～3.1之間,脫硝效率最高。煙氣流速和液氣比的增加均使得脫硝效率呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢。撞擊距離對脫硫效率的影響較??；而脫硫效率則隨著煙氣流速增加而有所降低,但整體水平還維持在94％以上,而脫硫效率隨著液氣比