实验室碱式硫酸铝烟气脱硫过程数值模拟研究

摘要

控制煤炭燃烧二氧化硫排放是我国长期面临的环境问题之一，研究开发可回收煤炭硫资源的脱硫技术是大气污染控制研究领域的重要课题之一。碱式硫酸铝解吸脱硫法是具有SO2排放控制与煤炭硫份资源化双重价值的脱硫技术，研究碱式硫酸铝脱硫过程的化学机理以及气液相的传质机理，为碱式硫酸铝脱硫技术的改进以及应用，提供理论依据和参考数据。
　　本文研究了在碱式硫酸铝脱硫过程中改变吸收液浓度变化对不同浓度反应气体的吸收效率的影响规律，以及在定浓度的吸收条件下，改变不同的气孔通气速度，通过检测吸收器中不同高分布点上吸收液浓度，分析在吸收器内反应气体的分布规律，以及气孔通气速率对吸收效率的影响。数据显示：SO2浓度变化对吸收效果影响较大，吸收率稳定在95％左右；SO2浓度固定时，吸收液浓度由6.25%～100%升高时，吸收率明显升高，最高达到98.4%，同时测得在所有通气结束后吸收器底端溶液浓度都高于中部以及上部浓度；实验在吸收液浓度10%，反应气体浓度5%的条件下，改变气孔通气速率进行，实验结果显示，随着通气速率的变大吸收效率先变大后变小。使用数值模拟对鼓泡式碱式硫酸铝脱硫过程中的气液两相速度场、压力场、物质浓度场和化学反应过程进行了模拟，通过模拟得到的不同的流场分布,并分析在实验过程中的脱硫反应的传质机理与吸收化学反应的分布区域。模拟结果表明：在实验室单孔鼓泡式脱硫塔的吸收过程中，吸收反应主要集中在吸收塔的中上部，在塔高三分之一高度处，由于切应力的作用气泡发生横向扩散运动，从而加大了气液相的接触面积，促进了气液相的交换反应，为实验提供了依据；通气速率对气泡的大小有直接的影响，而气泡的大小又影响到了化学过程的进行。由实验结果与模拟数据对比分析可知：在吸收过程中气孔通气速率决定了脱硫反应的单位时间有效接触面积、气相在液相内的气泡大小以及气相扩散区域的大小，浓度决定了吸收过程中气液相接触的有效反应分子数量。

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第一章 绪 论

1.1 SO2的特性与污染现状

1.2脱硫技术以及应用

1.3碱式硫酸铝脱硫技术简介和研究现状

1.4本文研究内容

第二章 数值模拟方法

2.1数学模型的建立

2.2控制方程

2.3 Realizable K-ε湍流模型

2.4 化学udf的编写

2.5 CFD数值模拟

2.6本章小结

第三章 实验方案

3.1实验目的

3.2研究方案

3.3离子检测

3.4实验结果和动力学分析

3.5气相体积总传质系数KGae的确定

第四章 模拟与实验数据分析

4.1模拟结果

4.2 实验与模拟数据综合分析

4.3 本章小结

结论

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果