PCF型湿式脱硫除尘器的实验和数值模拟研究

论文摘要

PCF型湿式脱硫除尘器是湖南大学环境科学与工程学院在普通麻石除尘器进行设计改装开发的一种结构简单、脱硫除尘效率高、气体处理量大的新型湿式脱硫除尘器。本文采用实验研究和数值模拟相结合的方法,利用FLUENT软件对PCF型湿式脱硫除尘器内部流场进行了全面的数值模拟,分析了了PCF装置内特殊构件,位于外筒的导流板对流场的影响,并通过改变自激通道与内筒直径方向的夹角设计不同结构的PCF装置,并对其进行模拟,分析其对装置内速度流场和压力损失的影响。对PCF型湿式脱硫除尘器内的三维气相、气液流场进行数值模拟,气相采用RNG κ-ε模型,液相采用离散相模型（DPM）,选择SIMPLEC算法进行计算。分析塔内气相速度场、压力场,湍流强度分布,液相喷淋液浓度分布；模拟有导流板和没有导流板的PCF装置内流场分布,分析导流板对PCF装置流场的影响,模拟不同结构PCF装置的流场分布。模拟结果表明：导流板使烟气在PCF型脱硫除尘器初处理室内的分布更加均匀,减少了烟气死角；导流板和自激通道是引起PCF装置压力损失的主要构件,烟气经过两层导流板,压力下降了约200Pa,经过自激通道,装置压降约为200Pa；在装置初处理室两层导流板间及自激通道这两块结构较复杂的区域湍流强度波动最大；这也是PCF装置进行脱硫除尘反应主要的主要区域。在装置自激室处,喷淋液浓度达到最大值,烟气在装置外筒和内筒的运动方向相反,装置整个内筒都用来脱水,在装置出口外烟气已经基本不带水,出口截面液滴浓度几乎为零,只在在壁面处因粘附作用有少量的水,这样便省去了除雾气的安装,使得PCF装置的结构与其它湿式脱硫除尘器相比更加简单。改变自激通道与内筒直径方向的夹角,装置速度压力分布趋势不变,但在自激室附近的速度和压力大小有所变化。对比模拟结果与实验结果,将液气比为1L水/m3烟气喷淋条件下模拟获得的出口截面气速分布与试验获得数据进行对比,不同进口气速下模拟获得的装置压降与实验获得的数据进行比较,结果显示,模拟计算值与实验值基本吻合,说明模拟结果是可靠的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 中国大气污染现状概述
• 1.1.1 大气中的主要污染物
• 1.1.2 废气中主要污染物排放量
• 1.1.3 大气污染物产生的危害
• 1.1.4 政策背景
• 1.2 烟气脱硫除尘技术概述
• 1.2.1 烟气脱硫技术的主要工艺
• 1.2.2 石灰石-石膏湿法脱硫工艺
• 1.3 计算液体力学（CFD）概述
• 1.3.1 计算流体力学简介
• 1.3.3 CFD软件在喷淋塔方面的应用
• 1.4 课题研究的内容和目的
• 第2章 PCF型湿式脱硫除尘器性能试验研究
• 2.1 实验系统
• 2.2 实验仪器
• 2.3 实验原理及方法
• 2.4 实验结果
• 2.4.1 粉煤灰的物理化学性质研究
• 2.4.2 无喷淋时实验结果
• 2.4.3 喷淋时实验结果
• 第3章 PCF型脱硫除尘器的数值模拟
• 3.1 物理模型
• 3.1.1 计算区域
• 3.1.2 运行参数
• 3.2 数学模型
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 控制方程
• 3.2.3 网格划分
• 3.2.4 边界条件和初始条件
• 3.2.5 数学模型的选择
• 3.2.6 收敛性
• 3.3 模拟结果与分析
• 3.3.1 气相模拟结果
• 3.3.2 两相流模拟结果
• 3.3.3 不同自激通道的PCF装置模拟
• 3.4 数值模拟结果验正
• 第4章 结论
• 参考文献
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 致谢