基于数值模拟的脱硫系统节能优化

摘要

脱硫系统是大型火电机组中的重要组成部分，在治理污染、保护环境方面发挥着重要的作用。石灰石/石膏湿法烟气脱硫技术在我国电厂脱硫中一直占据着主导地位，其在降低大气污染物排放的同时也明显增加了能耗，造成机组厂用电率下降1％-2％，因此脱硫系统具有很大的节能潜力，研究其节能优化方法对于降低脱硫的能耗代价、提高电厂的综合性能具有十分重要的意义。
　　由于数值模拟方法具有减少物理模型实验、节约研究经费、缩短研发周期等优点，本文采用Fluent软件包对脱硫塔进行建模分析来研究脱硫系统的节能特性。
　　本文以某大型火电厂600MW机组的脱硫塔为原型进行建模分析，重点从喷淋层数优化和结构改造优化两方面来分析脱硫系统的节能特性，其中喷淋层数优化主要分析不同烟气负荷和不同喷淋层数时流场和脱硫效率的变化，进而得出不同烟气负荷时的最佳喷淋层数目，合理的安排浆液循环泵运行台数，提高脱硫系统的运行经济性。结构改造优化主要通过增加托盘和雨披环两种构件来对塔内流场进行优化，从而提高脱硫效率达到减泵节能的目的，其中托盘能够改善流场提高塔内流场均匀性，雨披环可以减少烟气沿壁面逃逸。
　　针对该电厂模拟和分析，本文得出结论:脱硫系统具有很大的节能潜力，不同的烟气负荷应选择合适的喷淋层数，50％、75％和100％烟气负荷时的最佳喷淋层数分别为两层、三层和三层。脱硫系统进行结构改造——托盘改造和雨披环改造可提高脱硫效率，经过托盘和雨披环的综合改造后，50％、75％和100％烟气负荷时最佳喷淋层数都为两层，有效地减少了浆液泵的运行台数，达到节能优化目的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 我国的能源结构

1．1．2 二氧化硫的污染现状及控制对策

1．1．2 中国脱硫行业的现状

1．2 脱硫技术概况

1．2．1 脱硫技术介绍

1．2．2 石灰石／石膏湿法脱硫技术

1．2．3 国内外研究现状

1．3 本课题的研究意义

1．4 本文的主要研究内容及方法

第二章 脱硫塔模型建立

2．1 CFD软件介绍

2．1．1 GAMBIT介绍

2．1．2 FLUENT介绍

2．1．3 TECPLOT介绍

2．2 数学模型

2．2．1 气相控制方程

2．2．2 湍流模型

2．2．3 离散相模型

2．2．4 两相流模型

2．2．5 多孔介质模型

2．2．6 液滴蒸发模型

2．2．7 SO2吸收模型

2．2．8 SIMPLE求解算法

2．3 物理模型

2．3．1 物理模型的简化

2．3．2 模型的假设

2．3．3 脱硫塔计算参数与边界条件

2．3．4 网格划分

2．4 本章小结

第三章 模拟结果与分析

3．1 喷淋对塔内流场影响分析

3．1．1 速度场分析

3．1．2 压力场分析

3．1．3 温度场分析

3．1．4 烟气迹线图分析

3．1．5 小结

3．2 不同烟气入口角度对流场的影响分析

3．2．1 空塔分析

3．2．2 加喷淋分析

3．2．3 均匀性分析

3．2．4 小结

第四章 喷淋层数优化运行

4．1 模型验证

4．2 烟气负荷变化的模拟分析

4．2．1 速度场分析

4．2．2 压力场分析

4．2．3 温度场分析

4．2．4 烟气迹线图分析

4．2．5 均匀性分析

4．2．6 小结

4．3 不同喷淋层数的模拟分析

4．3．1 速度场分析

4．3．2 压力场分析

4．3．3 温度场分析

4．3．4 烟气迹线图分析

4．3．5 均匀性分析

4．3．6 小结

4．4 喷淋层数优化运行

4．4．1 脱硫效率计算

4．4．2 运行参数优化结果

第五章 结构改造节能优化

5．1 托盘改造节能优化

5．1．1 速度场分析

5．1．2 压力场分析

5．1．3 温度场分析

5．1．4 烟气迹线图

5．1．5 均匀性分析

5．1．6 托盘节能分析

5．1．7 小结

5．2 雨披环改造节能优化

5．2．1 流场分析

5．2．2 烟气迹线图

5．2．3 雨披环节能分析

5．1．5 总结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

在校期间发表的学术论文和参加科研情况