海水脱硫填料塔脱硫效率研究及数值模拟

摘要

我国有漫长的海岸线，海水脱硫具有投资和运行费用低、工艺简单、脱硫效率高等众多优点，使海水烟气脱硫在我国有着广阔的应用前景。海水烟气脱硫技术的核心过程是烟气与海水在脱硫塔中的接触吸收传质过程。填料吸收塔是目前海水脱硫工艺的主流塔型，而对海水脱硫填料塔脱硫效率的研究严重落后于海水脱硫工艺的工业应用，影响到引进技术的转化，制约着自主知识产权的研发。
　　本文以海水烟气脱硫工艺中应用最广的散堆填料塔为研究对象，针对目前较常用的三种工业型填料，对影响脱硫效率的各种影响因素进行了详细的研究。并从流体力学、传热传质模拟计算的角度对各种影响因素进行了分析与讨论。为海水脱硫工艺吸收塔设计提供了理论及工程指导。
　　通过中试规模的试验研究，考察了液气比、填料层高度、烟气流量、填料类型对填料层压损及脱硫效率的影响，从效率与能耗的角度对各影响因素进行了分析，得出蜂窝环填料相比其它两种填料更适合于海水脱硫工艺，相对于特定的填料存在一个最佳填料高度及最佳液气比的结论。
　　采用平均体积法，以试验数据为基础，对三种工业填料的压损进行了拟合，建立了描述散堆填料塔内气、液两相流动的数学模型，在此基础上，建立了体积平均传热模型，进而根据双膜理论建立了平均体积传质模型。通过计算，获取了不同液气比下塔内流体速度、孔隙率、压力、烟气出口温度、海水温度分布及脱硫效率等，并就压力损失、烟气出口温度、脱硫效率与试验值进行了对比，预测值与试验值吻合较好。说明在模型中采用试验数据拟合压损公式的方法是可行的，所建立的模型是准确可靠的。建立的气、液两相传热模型能很好地预测热烟气在流经填料床过程中气、液间的热交换。用双膜理论建立脱硫过程中的传质模型是可行的。
　　通过数值模拟，进一步分析了液气比、填料高度、填料类型对填料层压损及脱硫效率的影响，从填料的比表面积及空隙率对填料层压损及脱硫效率的影响方面说明了蜂窝环具有较高的脱硫效率和较低能耗的原因，得出蜂窝环更适合于海水脱硫工艺的结论。分析了原烟气温度及海水初始温度对脱硫效率的影响，发现较低的原烟气温度及海水初始温度更有利于海水脱硫。