基于数值模拟的NO臭氧氧化反应、双旋流气气混合器和湿法脱硝模型研究

发布时间：2020-05-09 13:50

【摘要】：在大范围雾霾和城市群大气复合污染日趋严重的当下,烟气多种污染物同时脱除技术受到了研究者们广泛的关注。本文围绕O3氧化结合湿法联合脱除技术的关键问题展开了系统研究；基于CHEMKIN研究了NO2和N205生成的工艺条件；采用E-L两相流模型优化了35t/h燃煤工业锅炉烟气喷淋控温系统的设计,并开发了一种适合03氧化NO的新型双旋流气气混合器；最后,建立喷淋吸收塔脱硝模型,考察了不同运行参数对喷淋吸收效果的影响。首先,提出包含20种物质、76步的03和NOx反应机理模型,通过文献数据和红外光谱仪测定的NOx浓度验证了基于此反应机理模型获得的数值模拟结果可信。对工艺参数的数值模拟研究表明,停留时间的增加均有利于N02和N2O5的生成；烟气温度对N02生成率的影响非常小,但对于N205的生成,存在着最佳烟气温度(373K)；适宜N02和N205生成的03/NO摩尔比分别为1和1.75。模拟研究获得了N02和N205生成的各自适宜工艺条件。其次,采用E-L两相流模型开展了针对35t/h燃煤工业锅炉烟气喷淋控温系统的数值模拟优化设计。研究发现,自主开发的单孔喷枪在Z=3m处的分散式分布是最合理的布置方式。模拟结果表明,液滴直径、喷枪水流量、烟气温度和烟气流量对喷淋降温影响较大,而喷枪用水温度对喷淋降温的影响可忽略。本喷淋降温装置在不同的烟气状况下均可以满足工艺对烟温的控制要求。此外,基于旋流混合原理,开发了新颖的双旋流气气混合器；采用Fluent软件对新型静态混合器的中心连接件、长/径比(L/D)、喷管长度、叶片倾斜角等结构参数对流场和压降的影响进行了数值模拟。通过粒子成像测速(PIV)系统实测的流场分布情况和压降数据均与CFD模拟结果有较高的吻合度。结构参数的数值模拟研究发现,当L/D为4时,变异系数(COV)小于5%；中心连接件有利于COV的减少,但会增加静态混合器的压降；喷嘴的适宜长度为4cm,而叶片倾斜角的优选值为45°。双旋流气气混合器能在短时间内达到良好的气气混合效果,且压降低于现有商用产品。最后,建立了喷淋塔液相脱硝的传质模型,并利用搭建的喷淋塔验证了提出的喷淋吸收塔脱硝模型的可靠性。运行参数的数值模拟结果表明,进气速度对吸收效率(η)影响甚小,液气比(L/G)、NO2浓度、吸收液浓度对η均有较大影响。模拟结果较好的描绘了运行参数对N02吸收效率的影响,本模型可成为评估NO2吸收效率影响参数的有力工具。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X701

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本文编号：2656234