新型烟气脱硫喷淋散射塔实验与数学模型研究

发布时间：2020-11-22 02:40

　　 在目前超净排放的背景下,国家相关部门对燃煤电站烟气污染物排放提出了更严格的要求,在SO_2脱除方面,传统脱硫设备仅通过改造已逐渐难以同时满足经济性和环保的要求,亟须开发和研究更高效、经济的新型脱硫技术和设备。本文将较为成熟的传统喷淋技术和鼓泡技术结合起来,提出了“喷淋散射”新型脱硫技术。该技术既克服了传统喷淋塔和鼓泡塔通过改造进一步提升脱硫效率经济性差的主要缺点,同时又保留了喷淋塔和鼓泡塔各自的技术优势,是一种技术上先进、经济性可行的新型脱硫技术,具有较好的研究前景。搭建了喷淋散射塔实验台,采用控制变量法探究了液气比、散射管浸液深度、浆液pH及CaCO_3质量浓度等关键运行参数对喷淋散射塔脱硫效率的影响,结合某电站300MW机组改造的喷淋散射塔简单分析了喷淋散射塔的能耗。结果表明:在相同工况下新型喷淋散射方式的脱硫效率远高于传统喷淋方式或鼓泡方式;随液气比、散射管浸液深度、浆液pH及CaCO_3质量浓度的增加,脱硫效率均呈逐渐升高趋势;对SO_2浓度则体现出比传统脱硫方式更强的适应性。若仅考虑运行成本,喷淋散射塔的能耗约为喷淋塔的1/2。基于响应曲面法探究了新型喷淋散射塔多个关键运行参数与脱硫效率的关系,建立了脱硫塔性能预测模型,通过模型分析不仅考察了各因素对喷淋散射塔脱硫效率影响程度而且考察了两两因素的交互作用对脱硫效率的影响。结果表明:散射管浸液深度对喷淋散射塔的脱硫效率影响最大,其次是液气比,而SO_2浓度和CaCO_3质量浓度对脱硫效率的影响相对较小。同时,液气比与散射管浸液深度以及散射管浸液深度与CaCO_3质量浓度的交互作用均对喷淋散射塔的脱硫效率有重要影响。针对喷淋散射塔建立了气液流动与脱硫反应过程耦合的三维数学模型,以双膜理论为基础建立了基于增强因子的喷淋散射塔气液相之间SO_2的简化传质模型,并通过Fluent自定义函数使传质模型作为相间作用源项与三维气液流动模型耦合。在一基本工况下将脱除反应稳定时实验台各测点的模拟结果与实验值对比,发现各测点处SO_2浓度的模拟值较实验值略大,脱硫效率的偏差为2.12%,数学模型较为准确合理。利用该模型对喷淋散射塔实验台其他工况的脱硫效率进行了数值模拟,发现模拟结果与实验结果基本吻合。本文针对新型喷淋散射塔进行了实验及数学模型的研究,全面了解了喷淋散射塔的脱硫特性并尝试揭示其高效脱除SO_2的机理,此研究将为喷淋散射塔的进一步设计、优化和推广提供理论基础。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X773
【部分图文】：

图 1-2 喷淋散射塔技术传统喷淋塔烟气流动阻力小、鼓泡塔兼具脱喷淋塔和鼓泡塔分别进一步增大液气比和散固有缺点。该技术可以在小液气比和较浅的O2脱除效率，能使系统阻力和电耗大大降与数学模型研究的实验研究主要是对各类脱硫塔脱硫效率是通过控制变量法探究各个影响因素对脱面的实验研究还未见报道。如刘国荣等人进行了实验研究，发现脱硫效率随液气比温度和流速的增加会降低脱硫效率；潘栋等性，结果表明石灰石浆液 pH 值对鼓泡塔脱显著；李树华等人[20]研究了以石灰石为脱

(c) SO2浓度 (d) CaCO3质量浓度图 4-2 各线性项对脱硫效率的影响通过对表 4-4 中操作参数交互项的影响检验分析可得，液气比与散射管浸液深度的交互作用对喷淋散射塔脱硫效率的影响较为明显，大的液气比和高的浸液深度会带来较高的脱硫效率，并且在不同的液气比条件下散射管浸液深度对脱硫效率影响不同。另外，散射管浸液深度与 CaCO3质量浓度的交互作用对喷淋散射塔脱硫效率也有着比较明显的影响，同时提高散射管浸液深度和 CaCO3质量浓度可以较为有效提高脱硫效率，但在不同的 CaCO3质量浓度条件下增加散射管浸液深度对脱硫效率的提高幅度不同。图 4-3 所示为液气比和散射管浸液深度对脱硫效率的响应曲面和响应曲线，从图 4-3 可以看出，相对于高的浸液深度条件下在低的浸液深度条件下增大液气比对脱硫效率的影响更为明显。这可能是因为低浸液深度条件下鼓泡部分由于吸收时间较短对 SO2脱除能力较小[45]，此时喷淋散射塔的脱硫效率会更依赖于喷淋部分，增加液气比会较为有效的提高脱硫效率。

(a) 响应曲面 (b) 响应曲线图 4-3 液气比和散射管浸液深度对脱硫效率的响应曲面和响应曲线图 4-4 所示为散射管浸液深度和 CaCO3质量浓度对脱硫效率的响应曲面和曲线，从图 4-4 可以看出，在低的 CaCO3质量浓度条件下相对于高的 CaCO3质量浓度条件下，增大散射管浸液深度对脱硫效率的影响更为显著。这可能是因为一方面 CaCO3质量浓度增大会提高喷淋部分的脱硫效率和脱硫容量[46]，从而使得鼓泡脱硫过程中的 SO2脱除负荷下降，喷淋散射塔的脱硫效率对散射管浸液深度依赖性减小；另一方面相比于喷淋部分鼓泡脱硫过程更依赖于 CaCO3质量浓度，高的 CaCO3质量浓度条件下 SO2在浆液池中具有较高的传质效率，浆液对SO2吸收能力较强，此时改变散射管浸液深度对脱硫效率的影响比较小，因此增大散射管浸液深度对脱硫效率的提高没有低的 CaCO3质量浓度条件下明显。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 李莉;张赛;何强;胡学斌;;响应面法在试验设计与优化中的应用[J];实验室研究与探索;2015年08期

2 蓝敏星;;脱硫鼓泡塔pH值及液位对脱硫效率提升的试验研究[J];中国电力;2015年07期

3 王震;苏春阳;潘明旭;朱国富;朱祥;李坚;;响应曲面法分析和优化铁水KR法脱硫工艺[J];特殊钢;2015年03期

4 王春波;白彦飞;;填料塔内喷淋氨水同时脱碳脱硫实验研究[J];动力工程学报;2015年04期

5 卢泓樾;;燃煤机组烟气污染物超低排放研究[J];电力科技与环保;2014年05期

6 居静;钟文琪;李颖;周颖倩;王天才;刘飞;;旋转喷雾塔Ca(OH)_2/NaClO_2联合脱硫脱硝数值模拟[J];东南大学学报(自然科学版);2014年05期

7 荀鹏;;新型催化法烟气脱硫技术在冶炼尾气治理工程中的应用[J];四川环境;2013年06期

8 钱达蔚;张吉超;关梦龙;熊源泉;;撞击流吸收器湿法同时脱硫脱硝三维数值模拟[J];中国电机工程学报;2013年29期

9 杨勇平;袁星;黄圣伟;徐钢;;火电机组湿法脱硫系统能耗的回归分析[J];工程热物理学报;2012年11期

10 张晓明;;决策分析中的数据无量纲化方法比较分析[J];闽江学院学报;2012年05期

本文编号：2893975