底飼進料循環(huán)噴動床煙氣脫硫試驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、干法循環(huán)流化床煙氣脫硫技術具有工藝簡單、操作簡便、脫硫產(chǎn)物易于處理、無二次污染等特點，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低、脫硫塔負荷適應性不強等問題。因此，如何進一步提高脫硫效率和鈣利用率是需要進行研究的重要課題。
　　 常規(guī)循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝由于采用面飼進料，容易出現(xiàn)流場偏斜和流動不均勻等問題，影響了物料濃度和溫度分布的均勻性并使橫截面上脫硫反應不均，導致系統(tǒng)脫硫效

2、率下降。為了優(yōu)化流場特性、提高物料分布的均勻性從而改善塔內(nèi)傳質(zhì)，底飼進料循環(huán)噴動床采用底飼方式將新鮮脫硫劑從脫硫塔底部送入密相床層，在塔底形成高湍動度、高顆粒濃度的氣固混合。激烈的湍流混合不僅能使回料脫除產(chǎn)物層不斷露出新鮮表面繼續(xù)反應，從而提高脫硫劑利用效率，而且能避免顆粒結團，提高運行的穩(wěn)定性；同時，由于新鮮脫硫劑從密相層底部進入，增加了脫硫劑在密相層的停留時間。這對提高脫硫效率和脫硫劑鈣利用率具有十分重要的意義。
　　 本文

3、首先探討了改善反應塔流場均勻性的措施與方法，設計底飼進料循環(huán)噴動床煙氣脫硫中試試驗裝置；通過數(shù)值計算研究不同結構對塔內(nèi)氣體流場的影響，以此作為底飼進料循環(huán)噴動床結構設計和優(yōu)化運行的參考依據(jù)。其次，為研究操作參數(shù)對塔內(nèi)流場分布及混合特性的影響效果，對底飼進料循環(huán)噴動床進行了一系列的冷態(tài)試驗研究：
　　 應用熱球風速儀測量不同高度上的軸向表觀氣速，并與模擬結果相比較，結果表明兩者相符較好，證明了回料風對流場對稱性的不利影響以及底飼方

4、式優(yōu)化塔內(nèi)流場的作用；通過等速取樣得到不同高度上的顆粒通量分布，結果表明應用底飼進料方式能明顯改善顆粒分布在截面上的對稱性；應用頻譜分析和SHANNON信息熵對壓力信號進行處理，分析了不同操作參數(shù)對反應塔內(nèi)氣固兩相流的影響；為了進一步研究塔內(nèi)顆粒的混合規(guī)律，利用流化性能相近，溶解度差異較大的石英砂和消石灰顆粒分別通過底飼進料和回料系統(tǒng)加入，通過顆粒取樣、溶解過濾的方法得到不同高度上的顆粒分布，并應用混合熵計算得到的混合指數(shù)評價顆?；旌腺|(zhì)

5、量，結果表明該指數(shù)能夠很好地反映進料與回料混合質(zhì)量沿高度的變化，而且對操作參數(shù)的改變也比較敏感。
　　 根據(jù)底飼進料循環(huán)噴動床冷態(tài)試驗的研究結果，表觀速度對塔內(nèi)流場特性具有最為顯著的影響，隨著表觀速度升高，塔內(nèi)顆粒分布、混合效果明顯得到改善；底飼噴射速度能夠優(yōu)化反應塔底部流場，從而提高塔內(nèi)顆粒分布的均勻性和混合質(zhì)量；回料量的增加能夠提高塔內(nèi)平均顆粒濃度，故對流場也有明顯的改善作用。
　　 熱態(tài)試驗結果表明：在相同工況下，

6、采用底飼進料時系統(tǒng)脫硫效率比面飼進料高出1～4個百分點。在煙氣量為1830Nm3/h、煙氣溫度為140℃、Ca/S摩爾比為1．3、SO2入口濃度773ppm、總噴水量為52kg/h(采用分層噴水)時，底飼進料循環(huán)噴動床反應塔主體脫硫效率可達到83．6％左右。隨著Ca/S摩爾比和噴水量的增加，系統(tǒng)脫硫效率顯著增加；煙氣進口溫度、SO2入口濃度和底飼噴射速度也有一定影響；采用分層噴水能夠明顯降低反應塔內(nèi)的平均反應溫度，脫硫效率也有較大的提高

7、；分層噴水時，適量增加底部噴水量有利于提高脫硫效率。
　　 為預測系統(tǒng)脫硫效率隨操作參數(shù)的變化規(guī)律，通過微元分析建立了底飼進料循環(huán)噴動床煙氣脫硫的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型，全面考慮了脫硫塔內(nèi)恒速干燥階段、降速干燥階段的脫硫反應過程，結合液滴蒸發(fā)模型、收縮核模型及雙膜理論吸收模型并考慮了物料循環(huán)、多層噴水等因素，通過計算得到塔內(nèi)溫度、液滴質(zhì)量、SO2濃度等物理參數(shù)的軸向變化趨勢，并對運行參數(shù)影響系統(tǒng)脫硫效率的作用進行預測和分析。將模型計算值與

8、試驗測量值進行了比較，結果表明兩者吻合較好，對于鈣基噴水增濕干法煙氣脫硫系統(tǒng)設計運行與優(yōu)化操作具有重要的參考意義。
　　 以CFD軟件為平臺，在組分輸運模型的基礎上，導入化學反應動力學模塊，建立了鈣基脫硫劑噴水增濕干法煙氣脫硫三維數(shù)值計算模型。模型考慮了湍流、傳熱、蒸發(fā)、反應等過程，簡化的化學反應模型包括液滴蒸發(fā)、SO2吸收等反應，模擬了進料方式、噴水方式和操作參數(shù)對煙氣脫硫過程的影響，得到了底飼進料循環(huán)噴動床內(nèi)氣體組分濃度、湍