单塔双循环湿法烟气脱硫传质过程模拟及结构优化研究

发布时间：2017-08-28 23:00

  本文关键词：单塔双循环湿法烟气脱硫传质过程模拟及结构优化研究

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【摘要】：随着我国火电厂燃煤污染物排放标准的日益提高,部分重点地区将SO2排放值限制到50mg/Nm3,致使目前传统的钙基湿法脱硫工艺普遍显得脱硫乏力。将脱硫塔进行双循环改造同其它增效方法相比有明显的优势。但双循环吸收塔增加了集液装置等内构件,怎样确定集液装置几何尺寸,才能获得较佳的气液接触效果和较小的系统阻力损失,尚缺乏理论依据。本文采用Euler-Lagrange方法建立了双循环湿法烟气脱硫塔内气液两相流体动力学模型,并基于双膜理论建立了S02传质模型。采用fluent软件,通过相应的用户自定义函数模块将S02吸收程序嵌入其中,对中试和全尺度双循环湿法烟气脱硫塔进行了模拟计算。通过对中试试验模拟研究发现：(1)在上、下循环回路中,横截面上的S02体积分数分别沿塔高方向趋于均匀,入口和集液装置处存在局部S02体积分数偏差。(2)脱硫效率随液气比增加而提高,随截面速度的增大而降低,当液气比L/G高于14时,双循环塔能取得98%以上的脱硫效率。(3)塔内传质过程总体上受液膜控制。上循环喷淋浆液的液膜侧传质系数高于下循环,上、下循环的气液膜阻力比分别为0.65、0.35,而气膜侧的传质系数在两循环回路中基本一致,说明上循环高pH浆液有利于深度脱除S02。模拟值同试验结果相对误差在5%以内,表明该数学模型可以用于指导脱硫塔工程设计。通过对双循环塔集液装置的多目标响应优化研究发现：(1)无量纲间距h/D和无量纲挡液环l/D对系统阻力损失贡献显著,而倾角a影响程度不大；倾角a和无量纲间距h/D对均布系数贡献较大,而无量纲挡液环l/D影响程度较弱；倾角a、无量纲间距h/D和无量纲挡液环l/D均对平均速度均有明显影响；(2)多目标响应优化得到最佳设计参数为a≤15°,h/D≈0.11,l/D≈0.10,回归方程P、C、V预测误差小于10%,能够较好的预测集液装置系统的性能。对1000MW湿法烟气脱硫塔及三种双循环塔的模拟研究发现：(1)烟气穿过入口雨幕时需要克服较大的阻力,烟气的贯穿能力渐渐变弱,在入口对面形成漩涡和稀薄烟气区域,减少了脱硫塔有效脱硫空间。(2)双循环塔下循环的喷淋密度较小,提高了烟气的雨幕贯穿深度和塔内烟气充满程度；对比三种类型的双循环塔,槽栅集液装置有利于上循环烟气流场的分布。(3)双循环塔相比单塔多出一层喷淋和集液装置,阻力损失增加约400 Pa,三种类型的双循环塔阻力损失相近。(4)下循环浆液有预冷烟温的作用,有利于S02的脱除；双循环塔比单循环塔的SO2浓度分布更均匀,入口侧SO2逃逸及烟气短路流现象减弱。(5)双循环塔中叶栅和槽栅式的集液装置比典型的碗式集液装置能获得更高的脱硫效率,气液接触效果也更好,槽栅式双循环塔脱硫效率比典型脱硫塔提高了5.8%,比单循环塔提高了13.9%,在液气比为13.4时,效率达到97.25%。
【关键词】：双循环 湿法烟气脱硫 结构优化 数值模拟 传质
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X773
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 钙基湿法烟气脱硫增效原理13-14
• 1.3 结构优化增效方法14-15
• 1.4 添加剂增效方法15-16
• 1.4.1 无机添加剂15
• 1.4.2 有机酸添加剂15-16
• 1.4.3 复合添加剂16
• 1.5 控制pH值增效方法16-19
• 1.5.1 双循环工艺17-19
• 1.5.2 多pH值控制19
• 1.6 本文的研究内容及意义19-22
• 第2章 数学模型及数值方法22-28
• 2.1 CFD商用软件及其二次开发简介22-23
• 2.2 数学模型23-26
• 2.2.1 气相湍流模型23
• 2.2.2 多孔介质模型23-24
• 2.2.3 浆液相流动模型24
• 2.2.4 物质输运模型24
• 2.2.5 SO_2传质模型24-25
• 2.2.6 气液相传热模型25-26
• 2.3 数值方法26
• 2.4 本章小结26-28
• 第3章 单塔双循环湿法烟气脱硫塔数值模拟及试验验证28-36
• 3.1 试验系统描述28-29
• 3.2 模型及预处理29-30
• 3.3 结果与讨论30-35
• 3.3.1 气液相流场分析30-31
• 3.3.2 SO_2浓度场分析31-32
• 3.3.3 脱硫效率影响因素分析32-33
• 3.3.4 吸收区传质阻力分析33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 单塔双循环湿法烟气脱硫塔集液装置优化研究36-46
• 4.1 RSM方法简介36
• 4.2 模型及预处理36-38
• 4.3 响应曲面设计38-39
• 4.4 响应回归方程39-40
• 4.5 响应曲面分析40-43
• 4.6 多目标优化43-44
• 4.7 本章小结44-46
• 第5章 单塔双循环湿法烟气脱硫塔全尺度模拟研究46-64
• 5.1 改造目标介绍46-48
• 5.1.1 原喷淋塔说明46-47
• 5.1.2 双循环塔说明47-48
• 5.2 模拟过程介绍48-53
• 5.2.1 几何模型及网格处理48-50
• 5.2.2 边界条件设置50-52
• 5.2.3 收敛过程及收敛判据52-53
• 5.3 结果与讨论53-62
• 5.3.1 烟气迹线53-54
• 5.3.2 系统阻力54-55
• 5.3.3 速度分布55-57
• 5.3.4 温度分布57-58
• 5.3.5 浆液分布58
• 5.3.6 SO_2分布58-60
• 5.3.7 多场耦合60-62
• 5.4 本章小结62-64
• 第6章 结论与展望64-68
• 6.1 结论64-65
• 6.2 不足与展望65-68
• 参考文献68-74
• 致谢74-76
• 攻读硕士学位期间主要成果76-77
• 附件77

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本文编号：749933