旁通式循环流化床脱硫塔两相流动及烟气脱硫特性的数值模拟

摘要

循环流化床烟气脱硫是一种投资少、运行费用低、脱硫剂利用率和脱硫效率高以及耗水量小的半干法脱硫技术，在我国具有广泛的应用前景。但是，无旁路的循环流化床脱硫塔的流场存在着偏斜的问题，影响脱硫剂在脱硫塔内的流化效果；而且其流动阻力较大，烟气流量变化时会严重影响风机的稳定运行，这使得无旁路脱硫塔不能很好地适应烟气负荷的变化。因此，对无旁路循环流化床脱硫塔进行结构优化以改善其流场、增大其烟气负荷适应范围、提高脱硫效率，研究内容具有重要的学术意义和工业应用价值。
　　本文以一台带旁路的新型旁通式循环流化床脱硫塔为物理模型，采用标准k-ε模型、DPM模型和物质输运与化学反应模型，模拟了该循环流化床内的两相流动及烟气脱硫反应特性。研究结果表明，模拟计算所得的脱硫效率结果与实验相符，模拟所选用的数学模型能够较好反映循环流化床脱硫塔的脱硫状况。
　　进一步模拟研究脱硫塔结构、烟气SO2浓度、空床气速、循环倍率、脱硫剂粒径等因素对脱硫塔内流动和脱硫效率的影响。结果表明：
　　①旁通式脱硫塔的脱硫效果要优于无旁路脱硫塔；同时旁通式脱硫塔的系统阻力特性也优于无旁路脱硫塔，可以更好的适应烟气负荷的变化；
　　②旁通式脱硫塔的脱硫效率随入口烟气SO2浓度的增加而降低，增加塔内相对湿度，脱硫效率有所提高，脱硫塔对烟气SO2浓度的适应范围有所增大；
　　③旁通式脱硫塔的脱硫效率随空床气速的增加呈现先略有增加后降低的趋势；
　　④旁通式脱硫塔的脱硫效率随循环倍率的增大而增大，但是循环倍率大于50时，脱硫效率增加很少；
　　⑤脱硫剂颗粒粒径从15μm增大到300μm时，旁通式脱硫塔的脱硫效率略有降低。

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主要符号表

1 绪 论

1.1 课题背景

1.2 国内外现状

1.3 研究目的和内容

2 循环流化床烟气脱硫的物理模型及网格划分

2.1 旁通式CFB—FGD系统简介

2.2 脱硫塔物理模型

2.3 网格划分及网格无关化验证

3 循环流化床烟气脱硫的数学模型

3.1 湍流模型

3.2 化学动力学模型

3.3 DPM模型

3.4 求解方法及边界条件

4 模拟结果与分析

4.1 模拟与实验结果的对比

4.2 CFB-FGD的流动和脱硫特性

4.3 旁通式CFB-FGD脱硫特性的影响因素

4.4 本章小结

5 结 论

致谢

参考文献

附 录