脱硫喷淋塔内部流场及温度场的数值模拟与研究

摘要

工业的迅速发展势必带来电力能源消耗的高峰。火力发电在目前以及今后一段时间内仍然是电力能源的主要组成部分。在我国，燃煤发电引起的大气环境污染越来越多的受到人们的重视。火力发电所排放的烟气中二氧化硫(SO2)对环境及人的危害巨大。有效的SO2控制技术不仅能减轻环境污染更可以对硫资源进行回收利用以节约自然资源。本文以目前常见的石灰石一石膏湿法脱硫工艺中采用的烟气脱硫喷淋塔为研究对象，在对喷淋塔进行简化建模的基础上，使用Gambit软件对该模型采用非结构化四面体网格进行网格划分。依据塔内特殊的工况，以湍流k-ε模型、离散相模型、多孔介质模型为理论基础，采用有限体积法，以速度和压力为原始变量，选用显式差分格式、SIMPLE算法、二阶精度在Fluent软件中计算了脱硫喷淋塔内的三维流场以及温度场。讨论了不同机组容量下各个入口形式对喷淋塔内流场以及温度场分布的影响。从模拟的结果来看，烟气入口的向下倾斜将有利于烟气流动均匀的同时使得塔内入口区的压降阻力明显降低。但倾斜角度不宜过大，15°为佳。呈120°入口分布的流场分布效果较180°分布以及单入口情况下的流场分布效果好，这种优势随着喷淋塔机组容量的增大更加明显，而且随着机组容量的增大，入口的分布对于流场的影响逐渐减弱。然后根据模拟结果对相应的设计和运行参数进行定性分析，所得数据与利用热力学原理计算的数据以及实际操作数据基本符合。证明利用数值模拟的方法计算流场是可行的。最后在分析的基础上，提出合理的优化措施以及建议，以期为大型脱硫喷淋塔的优化与设计提供理论参考。

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第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2 国内外烟气脱硫技术综述

1.3 FGD技术的主要工艺

1.4烟气脱硫的设备

1.5本文研究主要内容以及方法

第二章石灰石-石膏湿法脱硫工艺流程及其计算

2.1 石灰石-石膏湿法脱硫反应原理

2.2石灰石-石膏湿法脱硫工艺流程

2.3 出口烟气温度计算

2.4喷淋塔出口烟气中饱和水蒸汽含量计算

2.5本章小结

第三章数值模拟的数学模型

3.1基本控制方程

3.2湍流模型

3.3 标准k-ε模型

3.4两相流动模型

3.5离散相模型

3.6多孔介质条件

3.7塔内过程的数值求解

3.8本章小结

第四章脱硫喷淋塔内流场和温度场的模拟

4.1 Fluem软件介绍

4.2脱硫喷淋塔的物理原型和计算参数

4.3边界条件

4.4基本假设和网格划分

第五章脱硫喷淋塔的数值模拟结果及分析

5.1 脱硫喷淋塔各机组容量下流场的分布结果讨论

5.2脱硫喷淋塔各机组容量下压力与速度曲线结果讨论

5.3脱硫喷淋塔各机组容量下温度场的分布结果讨论

5.4数值模拟数据的对比与验证

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢