基于复合喷动烟气净化工艺的反应塔流动特性研究
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
复合喷动烟气净化技术是以半干法烟气脱硫工艺为基础发展起来的可实现多种污染物协同脱除的新型烟气净化技术。该工艺的典型特征在于采用多级喷动塔体结构,通过分级分段,在一级塔体内进行以高速流化、液相吸收反应、催化转化过程为主的烟气净化工艺。在二级塔体内形成低速流化,形成高浓度含湿颗粒的内循环,通过湍流团聚和化学团聚机理对超细颗粒物进行团聚,在一级吸收净化的基础上实现高效烟气污染物联合脱除。本文开展复合喷动塔的气相流场以及气固两相流场研究,通过实验和数值模拟相结合的方法深入了解反应塔内的流动特性。可为复合喷动烟气净化塔的工业化设计和运行参数优化提供借鉴。
     根据相似模化的原理建立了风量为1500m3/h复合喷动冷态试验台,采用恒温热线热膜流速仪对反应塔的流动特性进行了研究。在反应塔全场流动特性分析的基础上,对竖直导流板、弯管导流板以及壁面钝体等内构件对一级塔体流场分布特性的影响进行了试验研究。研究显示与竖直导流板和弯管导流板相比,合理布置壁面钝体可以达到更好的使流场均匀的效果。通过壁面钝体的合理布置,可以实现对复合喷动塔一级塔体流场的控制与优化。
     利用FLUENT软件作为计算平台,对复合喷动烟气净化装置内的气固两相流动进行模拟,首先通过模拟结果与相关实验结果对比分析,选择了合适的湍流模型和气固两相流模型以及边界条件,其中气相湍流流动采用可实现的k-ε双方程模型,气固两相流动采用随机轨道模型。在此基础上对反应塔的气固流动行为进行了研究,主要研究了塔顶结构、入口弯管方向、雨披式导流部件、内构件组合对二级塔体颗粒内循环效果的影响。
Multi-Spouted Flue Gas Purification technology is a newly developed flue gas purification technology based on MS-FGD(Multi-Spouted Flue Gas Desulfuriztion).With the multi-level structure, chemical absorption and submicron particles agglomeration can be realized in one absorber. The first level of the absorber is the gas-liquid main reaction zone, and the second level of the absorber is the gas-particle main reaction zone. Air flow field and gas- solid flow field of the Multi-Spouted Flue Gas Purification Absorber were studied with experiment and numerical simulation method.
     A cold aerodynamic rig was designed and build to study the air flow field of the Multi-Spouted Flue Gas Purification Absorber with IFA300. On the base of the study on the absorber, the influence of inner component with different structure to the flow field were studied. According to the results, the first level of the absorber was optimized. The study shows that with the right inner component, the flow field of the first level of the Multi-Spouted Flue Gas Purification Absorber can be controlled and optimized.
     Numerical simulation of the gas- solid flow field of the Multi-Spouted Flue Gas Purification Absorber was performed on CFD (Computational Fluid Dynamics) software platform. In the numerical simulation of absorber process, the Realizable k-εtwo equations turbulent model was used to simulate the turbulence. The stochastic tracking model was applied to analyze the gas-solid flow field. The comparison between the simulation and the experiment result shows a good agreement. The flow field and the distribution of gas-solid flow field in the absorber were gained and studied. Different structure was studied to optimize the second level of the absorber and to enhance particle internal circulation.
引文
1王志轩.火电厂二氧化硫控制问题及对策.中国电力企业管理. 2006, (21):27-29
    2邱琼.绿色GDP核算研究综述.中国统计. 2006, (9):8-9
    3赵鹏高,严晨敏,潘超.二氧化硫排放总量控制若干问题的思考.电力环境保护. 2006, 22(4):1-3
    4王志轩,潘荔,彭俊.电力行业二氧化硫排放控制现状费用及对策分析.环境科学研究. 2005, 18(4):11-20
    5李光,火电厂SO2排放污染损失估算与排污交易的研究.华北电力大学硕士学位论文. 2005:24-25
    6国家环境保护总局.《2006全国环境统计公报》
    7阚海东,陈秉衡.我国大气颗粒物暴露与人群健康效应的关系.环境与健康. 2002,19(6):422-424
    8陈俊.燃煤超细颗粒物团聚的实验研究.华中科技大学硕士论文. 2005
    9 Ren-Bin Lin, Shin-Min Shih. Characterization of Ca(OH)2/Fly Ash Sorbents for Flue Gas Desulfurization. Powder Technology. 2003, (131):212-213
    10丹昶.烟气脱硫技术简介.石油化工环境保护. 2004, 27(2):36-39
    11许世森.细微尘粒的预团聚对旋风分离器高温除尘性能影响的实验研究.动力工程, 1999, 19(4): 309-314
    12王军方,王凡,张凡,王红梅,高境,郝永利,高静.半干半湿法烟气脱硫主要影响因素分析.环境污染治理技术与设备. 2004, 5(12):21-24
    13薛建明,马果骏.欧洲三种烟气循环流化床脱硫技术及经济分析.国外科技. 2003, (1):36-38
    14 Josefa Fernandez, Jose’Luis Rico, Hipo’lito Garcl’a, et al. Development of Sorbents for SO2 Capture Prepared by Hydration of Fly Ash and Hydrated Lime in Seawater. Ind.Eng. Chem. Res. 2006, (45):856-862
    15 A. E. Griffith, M. Y. Louge. The Scaling of Cluster Velocity at The Wall of Circulating Fluidized Bed Risers. Chemical Engineering Science. 1998, (53): 2475-2477
    16樊保国,项光明,陈昌和,徐旭常等.循环流化床烟气脱硫机理研究.环境科学. 1998, 19(3):15-17
    17 Yan Wu, Jie Li, Ninghui Wang, Guofeng Li. Industrial Experiments on Desulfurization of Flue Gases by Pulsed Corona Induced Plasma Chemical Process. Journal of Electrostatics. 2003, (57):233-234
    18张悦,祁宁,陆诗诣,王志强.关于循环流化床烟气脱硫机理的研究.辽宁化工. 2003, 32(4):172-174
    19张凡,王凡,王红梅等.半干法钙基烟气脱硫技术.能源环境保护. 2004, 18(1):44-47
    20 R. E. Graf et al. 10000 Hours Commerical Operating Experience with Advanced Design Reflux Circulating Fluid Bed Scrubbing Employing Slaked Lime Reagent EPRI/EPA/DOE SO2 Control Symposium. Miami, Florida, USA. 1995:28-31
    21世界资源研究所等.世界资源报告.北京:中国环境科学出版社, 2000
    22曹毅然.中国能源资源可持续发展战略研究.闭国土资源部实物地区资料中心集刊. 2001, 15: 83-91
    23陈鹏.中国煤炭性质、分类和利用.北京:化学工业出版社, 2001
    24童志权.工业废气净化与利用.北京:化学工业出版社, 2001
    25冯玲,杨景玲,蔡树中.烟气脱硫技术的发展及应用现状.环境工程,1997, 12(2): 19-24
    26张海燕,许星.国外烟气脱硫技术的发展与我国的现状.有色金属设计,2003 30 (1): 38-42
    27李斌,胡晓明,李晶.燃煤二氧化硫污染的防治对策.煤矿现代化, 2001 45 (6): 20-22
    28金龙,王体健,李宗恺.中国的酸雨模拟及控制对策研究.气象科学,2000, 20(3), 339-347
    29刘彬.酸雨的形成危害及防治对策.环境科学与技术,2001,(4): 21-23
    30霍寿喜.酸雨及其危害.明贵州气象,2001, 25 ( 2 ): 45-46
    31付修勇.酸雨的形成与危害.聊城师院学报(自然科学版),2001, 13 (3): 67-69
    32薛非,石劲松.烟气脱硫技术现状与发展建议.明江苏化工,2001,29 (2): 32-35
    33蒋欣,黄玲,武秀文,等.烟气脱硫技术的应用研究.环境污染治理技术与设备,2003, 4 (3): 82-84
    34宋志伟,陈玉平.我国煤炭脱硫技术现状及展望.国外金属矿选矿,2000,37 (1): 6-8
    35何京东,宋书宇,孙镇等.我国煤炭中硫的分布及脱硫发展方向.国外金属矿选矿,1999, (5): 30-33
    36张海燕,许星.国外烟气脱硫技术的发展与我国的现状.有色金属设计,2003,30 (1):38-42
    37耿小红,苍大强,高为民等.国内外烟气脱硫技术研究及其应用现状.冶金环境保护,2001, 2: 50-52
    38马双忱.烟气循环流化床脱硫技术实验研究.华北电力大学博士学位论文. 2002:28~29
    39郝晓文,马春元,黄盛珠,等.循环流化床脱硫塔直/旋流复合流化下的两相流场试验研究.热能动力工程,2005,20(5):497-500, 505
    40陈丽梅,金燕.出口结构对循环流化床锅炉床内轴向密度的影响.太原理工大学学报,2006,36:140-142
    41马双忱.烟气循环流化床脱硫技术实验研究.华北电力大学博士学位论文. 2002:28-29
    42许世森.细微尘粒的预团聚对旋风分离器高温除尘性能影响的实验研究.动力工程, 1999, 19(4): 309-314
    43陶文荃.数值传热学.西安交通大学出版社, 1988:38-40
    44 C. G. Spezialc. On Nonlinear k-l and k-εModels of Turbulence. Journal of Fluid Mechanics. 1987,178:459
    45周向阳.燃烧过程及污染物生成的数学模化和实际应用.华中理工大学博士论文,1996
    46 S.B. Pope. PDF Methods for Turbulent Reactive Flows. Prog. Energy Combust Sci., 1985, Vol. 11:119-191
    47 J.B. McLaughlin. Numerical Computation of Particles-Turbulence Interaction. Int. J. Multiphase Flow. 1994, 20: 211-232
    48周向阳.燃烧过程及污染物生成的数学模化和实际应用.华中理工大学博士论文. 1996:
    49梁在潮.工程湍流.华中理工大学出版社. 1999
    50 T. H. Shah, W. W. Liou, A. Shabbir, et al. A New k-εEddy Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows Model Development and Validation. Computers Fluids. 1995,24(3):227-238
    51赵坚行.燃烧的数值模拟.北京:科学出版社. 2002
    52李力,周力行.用双流体轨道模型模拟四角喷燃模型炉内三维湍流两相流动和煤粉燃烧.空气动力学学报. 2001,1:30-38
    53张泽.水平浓淡风煤粉燃烧器的炉内流动特性研究及应用.哈尔滨工业大学工学博士论文,2000
    54范维澄.湍流扩散火焰的数值分析.工程热物理学报. 1983,4 (1):92-93
    55詹祥,陈善年,邵国桢等.四角切向燃烧煤粉锅炉炉内气固两相流动的数值模拟.锅炉技术. 1997, (6):1-5
    56周向阳,郑楚光.用求解概率密度函数输运方程的方法模拟湍流自由射流.工程热物理学报. 1996,17 (2):244-248
    57张封北、盛春华,“侧斜射流一横向流相互干扰的试验研究”南京航空学院科技报告NHJB86-3267
    58盛春华、张封北,“射流一横向流干扰下涡的形成与衰减”,南京航空学院科技资料N 0.3228, 1986
    59张新育,沈珞婵,樊建人,岑可法.方截面弯管加导流板时湍流二次流数值模拟.浙江大学学报(自然科学版), 1996, 30 (4): 1- 6