新型活性焦干法脱硫脱硝脱汞反应塔的数值模拟研究

摘要

在我国，联合脱除技术多采用两套装置，这样显然增加了投资和运行成本，因此研究一体化脱除装置成为发展趋势。而新型干法脱硫脱硝脱汞反应塔利用装填的活性焦可实现对燃煤烟气中NOx、SO2和汞等重金属污染物的一体化脱除，具有更大的优势和更广阔的应用前景。
　　本文基于Fluent软件平台，选择k-ε湍流模型，多孔介质模型和SIMPLE算法，对新型活性焦脱硫脱硝脱汞反应塔的三维流场进行了数值模拟并对装置进行了优化。本文的研究工作主要包括三部分:其一，对入口进行优化，采用数值模拟方法分析入口处加装不同类型导流板时反应塔入口气流迹线、通过下半部分活性焦的速度场均匀性以及反应塔的阻力，结果表明导流板有效地减弱了入口处烟气的冲壁现象，与直导流板和阶梯导流板相比，弯曲导流板速度场最均匀而且压降也最小。同时，在弯曲导流板的基础上逐次加长导流板长度，发现导流板长度加至3.6m时，通过活性焦的烟气最均匀。其二，在最优导流板的基础上采用组分输运模型对喷氨混合区域不同布置方式的涡旋喷氨混合装置的氨的分布情况、混合区涡流强度和压降进行模拟分析，结果表明喷氨管径75mm，涡旋板放置角度45°时，涡流强度最大，混合作用最好，与其上半部分活性焦入口截面氨的分布最均匀相一致，但是压降也较大。其三，对活性焦的压降进行实验研究，并将实验值和模拟值对照，结果表明，当活性焦填充高度较小时，流量和压降呈线性关系;当填充高度超过一定值，流量和压降呈现二次函数关系。流量一定时，填充高度和压降呈线性关系，流量越大，线性关系的斜率也越大。对于管道内的压降的变化，模拟值与压降值吻合较好，验证了活性焦用多孔介质代替的可行性。

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摘要

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附表索引

第1章 绪论

1．1 中国大气污染现状

1．2 脱硫脱硝脱汞控制技术概况

1．2．1 烟气脱硫技术现状

1．2．2 烟气脱硝技术现状

1．2．3 烟气脱汞技术现状

1．2．4 联合脱硫脱硝脱汞技术概况

1．3 计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)概述

1．3．1 CFD的含义

1．3．2 控制方程及湍流模型

1．3．3 CFD的工作步骤

1．3．4 CFD的主要数值方法

1．3．5 CFD的相关软件及在环境工程中的应用

1．4 研究的目的、意义及主要内容

1．4．1 研究的目的和意义

1．4．2 研究的主要内容

第2章 新型活性焦干法脱硫脱硝脱汞反应塔流场的模拟及入口优化

2．1 物理模型

2．2 新型活性焦干法脱硫脱硝脱汞反应塔气流分布数值模拟

2．2．1 湍流模型与控制方程

2．2．2 多孔介质模型

2．2．3 网格

2．2．4 边界条件

2．2．5 求解方法与求解控制参数

2．3 数值模拟结果讨论

2．3．1 不同导流板方案的入口气流迹线分析比较

2．3．2 活性焦内速度场均匀性分析比较

2．3．3 联合脱除反应塔阻力分析

2．4 本章小结

第3章 喷氨混合区域的模拟与优化

3．1 喷氨装置选择

3．2 数值模拟

3．2．1 模型构建与网格划分

3．2．2 数学模型

3．2．3 初始、边界条件设定

3．3 喷氨布置方案

3．4 数值模拟结果分析

3．4．1 喷氨混合装置的速度场分析

3．4．2 混合区域湍流强度分析

3．4．3 NH3和NOx的混合组分分析

3．4．4 压降分析

3．5 本章小结

第4章 活性焦压降的变化规律及多孔介质模型模拟验证

4．1 实验模型及方法

4．2 实验结果分析

4．2．1 进口气速对活性焦压降的影响

4．2．2 填充高度对活性焦压降的影响

4．2．3 活性焦阻力系数的测定

4．3 实验模型模拟验证

4．3．1 数值模型建立

4．3．2 模拟方法和条件

4．3．3 模拟结果及分析

4．3．4 实验值与模拟值的对照

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表论文情况