新型湿法斜板塔除尘脱硫实验与理论研究

论文摘要

我国的大气污染以煤烟型污染为主，影响我国城市空气质量的主要大气污染物为SO2和颗粒污染物。随着社会经济的发展，大气污染排放标准日益严格，对烟气净化设备提出了更高要求。因此研究开发适合我国国情的除尘脱硫装置具有很强的理论和实践意义。新型湿法斜板塔（专利号：CN200420069313.4）具有相间接触面积大，传热、传质效果佳，除尘脱硫效率高等特点。本文基于实验研究和CFD模拟的方法，针对新型湿法斜板塔，研究探讨其阻力性能、脱水性能、除尘性能，脱硫性能等，主要研究内容及结果如下：新型湿法斜板塔性能的实验研究和分析。首先，对斜板塔漏风率进行了测定，装置漏风率基本保持在10%以内。然后，对湿法斜板塔的阻力性能和脱水性能进行了测定。结果表明斜板塔相较其它洗涤器，压降较低，当空塔气速为4m/s时，压降为658Pa。斜板构件的存在不会导致系统动力的大幅增加，当入口风速由7.63m/s增大到17.79m/s时，斜板段压降增加约187Pa。同时，该装置具有良好的脱水性能，液气比和空塔气速的增加对出口含湿量的影响较小（含湿量<11g/kg（干））。选取十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、月桂醇聚氧乙烯（9）醚（AEO-9）和壬基酚聚氧乙烯醚（OP-10）配制成4种单一表面活性剂洗涤液，采用新型湿法斜板塔对憎水性炭粉进行湿法除尘实验，探讨表面活性剂种类、入口含尘浓度、空塔气速和液气比（L/G）等参数对除尘效率（η）和压降（ΔP）的影响。结果表明，斜板塔除尘效率高，压降小；4种表面活性剂均能较大程度提高除尘效率，其中AEO-9的脱除效果最佳；当AEO-9浓度为0.07mmol/L，入口含尘浓度为5g/m3，L/G为1.0L/m3，空塔气速为2.5m/s时，除尘效率高达99.99%；入口含尘浓度对ΔP的影响较小，L/G和空塔气速对ΔP影响较明显。采用石灰洗涤法对新型湿法斜板塔进行脱硫实验，探讨SO2入口浓度、液气比、空塔气速以及钙硫比等对脱硫效率的影响。实验结果表明，斜板塔具有良好的脱硫性能，尤其是斜板构件的存在，增强了装置的烟气净化性能。脱硫效率随着入口SO2浓度、空塔气速的增大而减小，斜板塔的最佳液气比区间为35。另外，当钙硫比由0.9mol/mol增加到1.7mol/mol时，脱硫效率略有增大。对新型湿法斜板塔内气液两相的流动性能、速度场、压力场、浓度场、液滴轨迹等进行了CFD数值模拟。结果表明：斜板构件的存在有效的强化了气—液传质，且不会引起塔内压降的大幅增加。洗涤液对气场有整流作用，反过来气场的均匀性有利于喷淋液体的充分利用。最后，将模拟结果与实验结果进行比较，发现斜板塔内的压降随空塔气速的增加而增加，出口截面气速分布的模拟与实验值吻合较好，压降和出口气速的相对误差均小于10%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 我国大气污染特征
• 1.1.1 我国大气污染现状
• 1.1.2 主要大气污染物及其来源
• 1.1.3 大气污染的影响
• 1.2 工业烟气污染控制技术
• 1.2.1 颗粒污染物控制技术概述
• 1.2.2 硫氧化物控制技术概述
• 1.2.3 烟气除尘脱硫一体化技术
• 1.3 计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）概述
• 1.3.1 CFD 方法
• 1.3.2 CFD 技术特点
• 1.3.3 CFD 软件介绍
• 1.3.4 计算流体动力学的应用
• 1.4 本研究的目的、意义和内容
• 1.4.1 研究的目的和意义
• 1.4.2 研究的内容
• 第2章 基于表面活性剂的新型湿法斜板塔脱除憎水颗粒实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料和仪器
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验装置及组成
• 2.3.1 供风系统
• 2.3.2 烟气制备系统
• 2.3.3 新型湿法斜板塔净化黑烟实验装置
• 2.4 实验参数的测定方法
• 2.4.1 临界胶团浓度的测定
• 2.4.2 烟气风速及压力的测定
• 2.4.3 烟气含湿量的测定
• 2.4.4 炭粉浓度的测定及计算
• 2.5 实验内容与结果分析
• 2.5.1 新型湿法斜板塔性能测试
• 2.5.2 基于表面活性剂的湿法斜板塔脱除憎水颗粒研究
• 2.6 本章小结
• 第3章 新型湿法斜板塔石灰洗涤法脱硫实验
• 3.1 实验材料和仪器
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 实验装置及组成
• 3.2.1 供风系统
• 3.2.2 烟气制备系统
• 3.2.3 浆液循环
• 3.2.4 新型湿法斜板塔脱硫实验装置
• 3.2.5 新型湿法斜板塔脱硫实验工况
• 3.3 实验参数的测定方法
• 2浓度测定及脱硫效率计算'>3.3.1 SO₂浓度测定及脱硫效率计算
• 3.3.2 浆液 pH 值的测定
• 3.4 实验内容与结果分析
• 2浓度对脱硫效率的影响'>3.4.1 入口 SO₂浓度对脱硫效率的影响
• 3.4.2 空塔气速对脱硫效率的影响
• 3.4.3 L/G 对脱硫效率的影响
• 3.4.4 Ca/S 对脱硫效率的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 新型湿法斜板塔的数值模拟
• 4.1 前言
• 4.2 新型湿法斜板塔的建模
• 4.2.1 数学模型的选择
• 4.2.2 物理模型
• 4.2.3 基本假设
• 4.2.4 网格划分
• 4.2.5 边界条件
• 4.2.6 收敛性
• 4.3 新型湿法斜板塔结构化数字仿真
• 4.3.1 气相速度场
• 4.3.2 气相压力场
• 4.3.3 气相湍流强度
• 4.3.4 烟气运动轨迹
• 4.4 新型湿法斜板塔内液滴分布特性的数值分析
• 4.5 数值模拟与实验对比分析
• 4.5.1 压降对比分析
• 4.5.2 出口气体流速对比分析
• 4.6 模拟误差分析
• 4.7 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录