危险废物焚烧系统烟气急冷塔的数值模拟研究

论文摘要

在各种废弃物处置的方法中,由于焚烧法具有减容减重比大、处理速度快、占地面积小、可回收热能等优点,在国外已经得到广泛应用。而对于人口压力大、土地能源资源紧张的中国来说,采用焚烧法处理废弃物十分符合国情,近年来在我国得到长足发展。废弃物在焚烧过程中将产生大量有害物质,所以在废弃物焚烧工程需要建立相应装置以抑制和控制这些物质。而在废弃物焚烧工程中,烟气急冷塔通过快速冷却烟气以抑制低温烟道内二噁英的生成。与传统采用喷水减温的烟气急冷塔不同,本文所研究的烟气急冷塔以石灰浆液作为冷却介质。所以这种烟气急冷塔不仅具有冷却烟气的作用,而且具有一定的脱酸能力。本论文将借助Fluent软件,采用数值模拟的方法,并通过建立烟气急冷塔内浆滴干燥、烟气净化的数学模型深入研究烟气急冷塔内流场、温度场、组分场的分布情况以及影响烟气急冷塔脱酸效率和安全运行的因素,从而为烟气急冷塔的设计和改造提供理论依据。首先是对烟气急冷塔内浆滴干燥、脱硫脱氯过程进行深入研究,并建立相应的数学模型。模型全面考虑了急冷塔内恒速干燥阶段、降速干燥阶段、完全干燥后阶段的浆滴干燥和脱硫脱氯过程。采用双膜理论来研究塔内干燥阶段的脱硫脱氯反应过程,采用未反应收缩核心模型来研究浆滴完全干燥后的脱硫脱氯过程。最后通过模拟可以得到烟气急冷塔内流场、温度场、组分场的三维分布以及烟气急冷塔的净化效率。借助所建立的模型,研究Ca/酸摩尔比、酸性气体入口浓度、烟气出口温度、浆滴初始直径等因素对烟气急冷塔影响。模拟结果表明当Ca/酸摩尔比增大,而酸性气体入口浓度、烟气出口温度和浆滴初始直径减小时,净化效率将会提高;反之,净化效率将会降低。另一方面,浆滴初始直径的增大将会增大烟气急冷塔堵塞的可能性,从而影响烟气急冷塔安全性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 危险废弃物的定义、分类及其来源
• 1.2.1 危险废弃物的定义
• 1.2.2 危险废弃物的分类
• 1.2.3 危险废弃物的典型来源
• 1.3 危险废弃物的危害
• 1.4 危险废物的安全处置
• 1.4.1 危险废弃物的无害化处置
• 1.5 典型危险废物焚烧处理工艺介绍
• 1.6 本文的研究背景、对象、方法和内容
• 1.6.1 研究背景和对象
• 1.6.2 研究方法和内容
• 2和HCl气体净化方法综述'>2 烟气中SO₂和HCl气体净化方法综述
• 2和HCl的危害'>2.1 SO₂和HCl的危害
• 2的危害'>2.1.1 SO₂的危害
• 2.1.2 HCl的危害
• 2和HCl生成机理'>2.2 烟气中SO₂和HCl生成机理
• 2生成机理'>2.2.1 SO₂生成机理
• 2.2.2 HCl生成机理
• 2和HCl的排放与污染控制'>2.3 SO₂和HCl的排放与污染控制
• 2.3.1 烟气脱硫技术简介
• 2.3.2 HCl的污染控制技术
• 2.4 本章小节
• 2和HCl脱除的数值模拟'>3 烟气急冷塔内烟气中SO₂和HCl脱除的数值模拟
• 3.1 前言
• 3.2 数值计算理论及FLUENT软件简介
• 3.2.1 数值计算方法
• 3.2.2 商用CFD软件Fluent简介
• 3.3 烟气急冷塔网格划分
• 3.3.1 建模
• 3.3.2 网格划分
• 3.4 烟气急冷塔数值模拟过程中基本数学模型的选择
• 3.4.1 理论基础
• 3.4.2 模型的选择
• 2脱除过程的探讨和模型的建立'>3.5 烟气急冷塔内HCl和SO₂脱除过程的探讨和模型的建立
• 2脱除过程所涉及的化学反应'>3.5.1 干燥阶段烟气急冷塔内HCl和SO₂脱除过程所涉及的化学反应
• 3.5.2 浆滴干燥模型的建立
• 3.6 模型参数的确定
• 3.7 数值模拟的基本假设
• 3.8 数值模拟的结果
• 3.8.1 烟气急冷塔内流场的分布情况
• 3.8.2 塔内温度场的分布情况
• 2和HCl浓度场的分布情况'>3.8.3 塔内SO₂和HCl浓度场的分布情况
• 3.8.4 烟气急冷塔内浆滴分布
• 3.8.5 烟气急冷塔的脱酸效率
• 3.9 本章小节
• 4 烟气急冷塔优化运行的CFD研究
• 4.1 Ca/酸比对烟气净化效率的影响
• 4.2 入口酸性气体浓度对烟气净化效率的影响
• 4.3 烟气出口温度对烟气净化效率的影响
• 4.4 浆滴初始直径对烟气急冷塔运行的影响
• 4.5 喷嘴安装方式对烟气急冷塔运行的影响
• 4.6 急冷塔高度对其运行的影响
• 4.7 本章小节
• 5 全文总结和展望
• 5.1 论文的主要内容及结论
• 5.2 论文创新
• 5.3 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表和录用的论文