粉—粉喷动床半干法烟气脱硫反应的数值模拟
人类社会与世界经济的快速发展是以能源的大量消耗为基本前提,以环境和大气质量的日益恶化为基本代价。尤其我国是一个以煤为主要能源的国家,这就导致了我国大气污染主要是粉体颗粒和SO2等气态物质的烟煤型污染。基于粉-粒喷动床(powder-particle spouted bed, PPSB)的半干法烟气脱硫技术(semidry flue gas desulfurization process, SFGDP)是日本研究员研发的一种新型的脱硫技术,因其具有脱硫效率高、吸收剂利用率高、设备结构简单、运行投资费用低、无二次污染等优点,现己在工/农业、机械加工业、医疗器械业等领域得到大范围的应用。本文以Ma等实验研究的粉-粒喷动床半干法烟气脱硫过程为数值模拟对象,首先对水汽化过程进行理论分析,建立了水汽化过程的动力学模型及数学模型,在此基础上模拟预测了粉-粒喷动床气-固两相流喷动行为特征、水汽化相间传质传热以及脱硫料浆中水汽化特性。模拟结果预测喷泉区及环隙区的外围部分是发生气-液-固三相传质传热以及水汽化的主要区域。另外,本文重点分析了烟气脱硫体系中可能最终影响脱硫效率的两个相间传质步骤：烟气中的SO：由气相主体进入到气相与脱硫料浆(液相)界面处的气膜传质过程,以及脱硫料浆中Ca(OH)2吸收剂颗粒在水相溶解的液膜传质过程,并建立相应的数学模型和动力学模型,模拟结果表明：(1)本反应体系主要受气膜传质过程的控制；(2)喷泉区以及环隙区是发生脱硫反应的主要区域,这个结论与第二章中传质传热及水汽化的主要区域相同,故模拟结果有一定的可靠性。最后,数值模拟研究了近绝热饱和温度(▽Tα)、Ca/S摩尔比、Ca(OH)2颗粒粒径对SO2气体脱硫效率的影响,并将数值模拟结果与Ma等[3.4,。]实验研究的结果相比较。由比较结果可知数值模拟结果与实验结果具有相同的趋势,这从一定程度上证明了本文所建立的气-固两相流模型、水蒸发模型以及脱硫反应控制步骤模型的正确性,但是数值模拟预测SO2烟气的脱硫效率不超过50%,其很可能是脱硫反应模型本身的复杂程度及计算时间的限制造成的,因此,需要对脱硫反应模型做进一步的优化以实现对计算资源更合理的利用。
- 作者：
- 陈晓敏
- 学位授予单位：
- 西北大学
- 专业名称：
- 化学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 马晓迅
- 中图分类号：
- X701.3
- 关键词：
- SO2；Ca（OH）2；水汽化；烟气脱硫；数值模拟
- sulfur dioxide；slaked lime；water evaporation；flue gas desulfurization；numerical simulation