流态化洗涤吸收和管道喷射吸附联合型垃圾焚烧烟气净化基础研究

摘要

该文利用PIV测量、Fluent软件计算结合试验较深入地研究了垃圾焚烧烟气净化关键设备——流态化吸收反应器内的流体流动规律.在流态化反应器中,对喷射管下部开圆孔(二种)和喷射管下部壁开狭缝(二种)的四种不同喷射管管型进行了喷射器压力降和鼓泡层高度的比较试验.试验发现,对管外喷射,四种管型的鼓泡层高度和喷射器压力降随喷射管插入深度的增加呈增大的趋势,喷射管下部开圆孔时线性度好,管外喷射比管内喷射的喷射效果好.采用PIV仪器对几种喷射管进行了喷射速度场的测定,结果表明,下部开圆孔(1=150mm)的喷射管,插入深度为100mm、喷射速率为10~15m/s时,在气液充分混合区域内,气泡的运动轨迹非常复杂,形成大量的涡团,气液剧烈扰动,非常有利于气液两相的充分混合.利用Flunet软件对流态化反应器内气液冷态流场进行了计算,计算中采用欧拉多相流模型,模型计算结果与试验结果和PIV仪测量结果吻合良好.利用流态化洗涤吸收工艺、管道喷射吸附工艺和联合工艺分别对流化床垃圾焚烧尾气净化进行了详细的研究.研究表明:SO<,2>、NOx和HCl三种酸性气体中HCl易于脱除,NOx较难脱除;用金属螯合物作为添加剂对NOx的脱除效果较好,相关研究获得了国家发明专利授权;随着喷射速度的增加,重金属的脱除率先增加后减少;Cd的脱除率几乎不随螯合剂浓度的变化而变化,而Cu、Zn、Hg、Fe和Cr的脱除率随螯合剂浓度的增加而剧烈增大;相同浓度下,石灰石浆液比石灰浆液对重金属的脱除效果要好;三种吸附剂垃圾焚烧烟气中酸性气体的净化效果是:活性炭效果最好,高岭土效果最差;三种吸附剂对重金属的吸附能力比较表明:对Cd、Pb、Cu的吸附效果都是活性炭最好,高岭土次之,活性矾土最差;而对于Hg反而是活性矾土的吸附效果最好,活性矾土对Cd也有较好的脱除效果;飞灰中多环芳烃主要以3环、4环和5环多环芳烃的形式存在,烟气中主要是3环和4环多环芳烃;在喷入量相同的条件下,高岭土去除多环芳烃的效率最高,活性炭次之,活性矾土最低.活性炭对垃圾焚烧烟气中酸性气体、重金属和多环芳烃具有较好的综合吸附性能.流态化洗涤吸收与管道喷射吸附联合工艺对垃圾焚烧尾气中酸性气体、重金属、多环芳烃和C<,1>/C<,2>烃具有很好的脱除效果.进行了2t/d垃圾与煤循环流化床混烧尾气净化试验,当吸收剂为石灰石浆液,浆液浓度1﹪,循环倍率为3,喷射速度为5~15m/s,鼓泡管插入深度140mm时,净化装置的脱硫效果大于90﹪,脱硝效率为20~30﹪之间,脱氯效率大于85﹪,脱氟效率10~30﹪,脱碳效率8~16﹪,除尘效率99.81~99.93﹪,生金属净化效率大于98.6﹪,二(口恶)英净化效率99.35﹪.净化后烟气中有害物质浓度均优于国标要求,大部分指标达到发达国家排放要求.基于双膜理论建立了流态化吸收反应器中垃圾焚烧烟气中SO<,2>、HCl的脱除模型,模型全面考虑了脱硫/脱氯过程的各种化学反应、传质过程以及脱除过程中SO<,2>和HCl之间的相互影响,利用欧拉法求解,模型计算结果与试验结果吻合较好.模型预测计算表明:随着浆液pH的增大,SO<,2>脱除率快速增大,HCl的脱除率略有减小;入口烟气中HCl浓度增加,HCl脱除率增大,SO<,2>脱除率明显降低;液气比增大,SO<,2>和HCl的脱除率均有所增大.

目录

文摘

英文文摘

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符号表

第一章绪论

1.1课题的背景及意义

1.1.1引言

1.1.2城市生活垃圾处理方法

1.1.3我国垃圾焚烧处理的污染物控制现状

1.1.4课题研究的对象及意义

1.2垃圾焚烧烟气中的二次污染物及其危害

1.2.1烟尘颗粒物

1.2.2酸性气体

1.2.3重金属

1.2.4多环芳烃

1.2.5二噁英

1.3垃圾焚烧尾气净化国内外研究现状

1.3.1烟尘颗粒物净化

1.3.2酸性气体净化

1.3.3重金属净化

1.3.4多环芳烃净化

1.3.5二噁英净化

1.3.6垃圾焚烧尾气净化工艺

1.4本课题技术路线的选择

1.5本课题的研究内容

参考文献

第二章可视化流态化洗涤吸收试验台冷模试验、流场测量与模拟计算

2.1引言

2.2试验装置及测量系统

2.2.1试验装置

2.2.2测量系统

2.3试验结果及分析

2.3.1喷射管型式的筛选

2.3.2可视化反应器内流场的测定

2.4流态化洗涤吸收塔内流场校验计算

2.4.1 FLUENT软件在气液两相流场计算中的应用

2.4.2计算模型的选取

2.4.3欧拉模型

2.4.4欧拉模型中方程的离散

2.4.5欧拉模型中方程的解法

2.4.6边界条件

2.4.7流场计算的物理模型

2.4.8计算参数及过程

2.4.9计算结果及分析

2.5试验结果、PIV仪拍摄结果和Fluent计算结果的比较

2.6本章小结

参考文献

第三章小型流化床垃圾焚烧尾气净化试验

3.1试验装置和测量系统

3.1.1流化床垃圾焚烧部分

3.1.2垃圾焚烧尾气净化部分

3.1.3测量系统

3.2试验原料和试验过程

3.2.1试验原料

3.2.2试验过程

3.3流态化洗涤吸收净化垃圾焚烧尾气

3.3.1添加剂对脱硫脱硝效率影响的研究

3.3.2垃圾焚烧尾气中酸性气体的脱除

3.3.3垃圾焚烧尾气中重金属的脱除及其影响因素

3.4吸附法净化垃圾焚烧尾气

3.4.1吸附理论简介

3.4.2吸附剂对酸性气体吸附效果的研究

3.4.3吸附剂对重金属吸附效果的研究

3.4.4吸附剂对多环芳烃净化效果的研究

3.5流态化洗涤吸收与吸附联合工艺净化垃圾焚烧尾气

3.5.1引言

3.5.2联合工艺对垃圾焚烧尾气中酸性气体的净化特性的研究

3.5.3联合工艺对垃圾焚烧尾气中重金属净化特性的研究

3.5.4联合工艺对垃圾焚烧尾气中多环芳烃净化特性的研究

3.5.5联合工艺对垃圾焚烧尾气中C1/C2烷烃和烯烃类的净化特性研究

3.6本章小结

参考文献

第四章城市生活垃圾与煤流化床混烧过程尾气净化

4.1引言

4.2试验设备及工艺流程

4.2.1流化床本体

4.2.2煤和垃圾添加系统

4.2.3灰循环系统

4.2.4预除尘及能量回收系统

4.2.5尾气净化系统

4.3试验原料

4.3.1煤和生活垃圾

4.3.2流态化洗涤吸收塔中的吸收剂

4.4测量系统

4.5试验步骤

4.5.1垃圾焚烧系统

4.5.2烟气净化系统

4.6主要原始数据处理

4.7试验结果及分析

4.7.1垃圾焚烧尾气中酸性气体的排放与控制

4.7.2垃圾焚烧尾气中粉尘排放与控制

4.7.3垃圾焚烧尾气中重金属的排放与控制

4.7.4垃圾焚烧烟气中二噁英的排放与控制

4.8本章试验烟气排放值与国内外排放标准的比较

4.9本章小结

参考文献

第五章流态化吸收反应器脱硫脱氯模型

引言

5.1湿法烟气净化模型国内外研究概况

5.2流态化吸收反应器脱硫脱氯模型

5.2.1气液传质理论简介

5.2.2化学吸收过程

5.2.3流态化吸收塔内主要化学反应

5.2.4反应器模型

5.3计算结果及分析

5.4本章小结

参考文献

第六章结论与后续研究建议

6.1主要结论

6.2后续研究工作建议

致谢

附录1：FLUENT计算中的欧拉模型

附录1.1守恒方程

附录1.2相交换系数

附录1.3多相湍流模型

附录2：流态化吸收反应器流场计算部分结果

作者攻读博士学位期间发表论文和科研成果情况