钢铁烧结烟气脱硫脱硝的数值模拟与工程试验

摘要

二氧化硫、氮氧化物是钢铁行业产生的主要污染物，大部分来源于钢铁烧结工序。二氧化硫和氮氧化物对大气环境、动植物生长、人类身体健康以及国民经济等形成巨大的威胁。目前，二氧化硫的脱除技术在国内外已有了普遍的工程应用，而氮氧化物的控制技术尚未进入工程应用阶段。国家十二五计划提出对氮氧化物的总量排放控制。因而，要求钢铁行业，尤其是烧结工序加强氮氧化物的排放控制。本文对钢铁烧结烟气脱硫脱硝过程进行数值模拟与工程试验。
　　本文分别以南京钢铁股份有限公司2×180、1×360、2×220 m2烧结烟气旋转喷雾塔、喷淋塔、鼓泡反应器为对象，建立1∶1的三维模型，并对气液流动与脱硫脱硝过程耦合进行数值模拟计算。模拟结果与监测数据进行比对，验证并改进所建立的数理模型。在2×180 m2烧结烟气旋转喷雾塔上针对颗粒粒径、Ca/S、烟气流速、烟气温度、NO2/NO、SO2和NOx浓度等操作参数对脱硫脱硝效率的影响进行探究。并探究了在1×360m2烧结烟气喷淋塔中烟气温度、烟气流速、SO2浓度等操作参数对脱硫脱硝效率的影响规律。
　　本文重点针对添加氧化剂NaClO2的2×180m2烧结烟气旋转喷雾塔脱硫脱硝过程进行了数值模拟，并且考察了溶液中NaClO2/Ca(OH)2摩尔比、烟气流速、烟气温度、SO2和NOx浓度等对烟气中二氧化硫和氮氧化物脱除效率的影响。结果显示:随着NaClO2/Ca(OH)2摩尔比的增加，脱硝效率显著增大，脱硫效率基本不受影响;烟气流速的增大能使脱硫、脱硝效率均降低;增加烟气温度，能同时降低脱硫效率以及脱硝效率;随着烟气中SO2浓度的增加，脱硫效率明显降低，脱硝效率无显著变化;烟气中NOx浓度的增加将降低脱硝效率，对脱硫效率无明显影响。
　　结合数值模拟结果，针对2×180 m2烧结烟气旋转喷雾塔提出“石灰溶液中添加0.226t/h的氧化剂NaClO2进行二氧化硫、氮氧化物的联合脱除”的工程试验方案，该方案在南京钢铁股份有限公司2×180m2烧结烟气旋转喷雾塔上进行。并对将工程试验前后的烟气中二氧化硫、氮氧化物浓度进行监测与对比，结果表明:工程试验结果验证了本文所提方案的可行性与可靠性，且在实际生产中，可采用该方案指导并实施钢铁烧结工艺氮氧化物的排放控制。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文技术路线

1．4 论文研究目的和内容

第二章 2×180m2烧结烟气旋转喷雾脱硫脱硝的数值模拟

2．1 前言

2．2 旋转喷雾塔的工艺流程及运行原理

2．2．1 工艺流程

2．2．2 运行原理

2．3 物理模型及网格划分

2．3．1 物理模型

2．3．2 网格划分

2．4 数学模型

2．4．1 欧拉-拉格朗日模型

2．4．2 控制方程

2．4．3 组分输运方程

2．4．4 湍流模型

2．4．5 吸收模型

2．5 数值求解

2．6 研究工况及边界条件

2．7 典型工况的模拟结果及讨论

2．7．1 数值模拟结果

2．7．2 脱除效率对比与分析

2．7．3 操作参数对脱硫脱硝效率的影响

2．8 本章小结

第三章 1×360m2烧结烟气喷淋脱硫脱硝的数值模拟

3．1 引言

3．2 喷淋塔的工艺流程及运行原理

3．2．1 工艺流程

3．2．2 运行原理

3．3 物理模型及网格划分

3．3．1 物理模型

3．3．2 网格划分

3．4 数学模型

3．4．1 欧拉-欧拉模型

3．4．2 控制方程

3．4．3 湍流模型

3．4．4 多孔介质条件

3．4．5 吸收模型

3．5 数值求解

3．5．1 求解方法

3．5．2 边界条件及研究工况

3．6 数值模拟结果及验证

3．6．1 数值模拟结果

3．6．2 脱除效率对比与分析

3．6．3 操作参数对脱硫脱硝效率的影响

3．7 本章小结

第四章 2×220m2烧结烟气鼓泡脱硫脱硝的数值模拟

4．1 前言

4．2 鼓泡反应器的工艺流程及运行原理

4．2．1 鼓泡反应器的工艺流程

4．2．2 运行原理

4．3 物理模型及网格划分

4．3．1 物理模型

4．3．2 网格划分

4．4 数学模型

4．4．1 VOF模型

4．4．2 守恒方程

4．4．3 表面张力和壁面粘附

4．4．4 吸收模型

4．5 数值求解

4．6 研究工况及边界条件

4．7 鼓泡塔的数值模拟结果与分析

4．7．1 模拟结果及验证

4．7．2 脱硫脱硝数值模拟结果

4．8 本章小结

第五章 添加氧化剂NaClO2时烧结烟气脱硫脱硝的数值模拟与工程试验

5．1 引言

5．2 脱硝剂的确定

5．3 添加氧化剂NaClO2时的数值模拟结果与讨论

5．3．1 模拟结果

5．3．2 脱除效率对比与分析

5．3．3 操作参数对脱硫脱硝效率的影响

5．4 添加氧化剂NaClO2时的工程试验

5．4．1 工程试验实施方案的提出

5．4．2 工程经济性

5．4．3 监测方法与监测点的布置

5．4．4 工程试验

5．4．5 工程试验结果

5．5 本章结论

第六章 结论与展望

6．1 全文的主要工作与结论

6．2 进一步工作建议

6．3 主要创新点

致谢

参考文献

硕士期间成果