湿法脱硫塔一维传热传质性能模型理论与试验

为预测湿法脱硫系统(wet flue gas desulfurization, WFGD)浆液温度,提出湿烟气绝热饱和温度的概念,推导浆液温度与入口烟气温度及含湿量的函数关系。基于预测的浆液温度,建立脱硫塔内液滴运动、热质传递及压差分布一维耦合数学模型;分析脱硫系统三维不均匀性对于模型准确度的影响;用龙格-库塔法对模型进行迭代求解,探讨脱硫塔内主要运行变量(浆液颗粒直径、烟气入口温度及液气比)对传热传质的影响,获得相关参数的一维分布规律。为验证模型的正确性,分别进行现场测试和物模试验。结果表明,预测的浆液温度与现场实测温度有较好的一致性,最大相对误差为4.56%;浆液颗粒直径是影响传热传质的主要因素;颗粒在下降过程中速度迅速衰减,并趋向于最终不变值;烟气温度沿塔高呈指数规律分布。与模型预测温度及压力相比,物模试验温度分布与压力分布的最大相对误差分别为4.72%和6.46%。模型具有较高的准确度,对脱硫塔的设计、运行及SO₂的传质研究有指导意义。     

用数值模拟方法进行脱硫塔的优化设计

基于多相流数值模拟,进行了湿法脱硫喷淋塔的优化设计研究,气相湍流由标准模型描述,喷淋液滴由确定颗粒轨道模型描述,通过对流场和温度场模拟计算得到优化设计结果是烟气入口向下倾斜15°,喷嘴采用高低位布置,在喷雾区加装环形导流分布器,可使脱硫塔流场右侧湍流强度明显增加,左侧烟气贴壁流动有所改善,脱硫塔内流场分布更加合理,塔出口温度低于优化前温度,增加气液传质、传热,提高脱硫效率。     

液柱塔内流场和SO2吸收的CFD模拟和优化

为提高湿法烟气脱硫液柱冲击塔的脱硫效率，研究了塔内流场分布情况及其对SO2 .吸收的影响.塔内烟气流场分布的数值模拟以雷诺时均的纳维 斯托克斯方程为基础，采用拉格朗日离散相模型,计算了石灰石浆液液滴的运动轨迹以及气液两相之间的相间作用.分析了液柱冲击塔的烟气流速、液气比以及入口几何结构对塔内流场分布的影响，并研究了流场分布对SO2 吸收的影响. 数值结果表明，浆液的喷淋对于烟气的流动具有整流作用.浆液喷淋量一定时，随烟气流速增大，塔内烟气迹线分布情况趋于均匀.塔内流场的分布可以通过采用倾斜的入口来改善，当入口倾角为4°时，塔内流场分布相对比较均匀.     

自然通风湿式冷却塔传热传质的三维数值分析

基于CFD软件Fluent和传热传质理论,建立了自然通风逆流湿式冷却塔空气三维运动控制方程、液相冷却水运动控制方程以及气水两相间传热传质的理论模型．采用标准κ-ε湍流模型进行应力封闭,对塔内传热传质过程进行了三维数值计算．计算分析了塔内外空气的速度场、温度场和含湿量场,给出了塔内冷却水温度分布场,指出塔内雨区外侧部分区域空气和冷却水温度均低于环境干球温度,并指出进风口上沿存在纵向漩涡影响气水两相间的局部传热传质强度．计算了塔内各区冷却水蒸发量,给出塔内不同高度处淋水密度的径向分布曲线和塔内传热传质区的气水比分布场,指出传热传质主要发生在填料区．     

自然通风湿式冷却塔传热传质的三维数值分析

基于CFD软件Fluent和传热传质理论,建立了自然通风逆流湿式冷却塔空气三维运动控制方程、液相冷却水运动控制方程以及气水两相间传热传质的理论模型.采用标准k-ε湍流模型进行应力封闭,对塔内传热传质过程进行了三维数值计算.计算分析了塔内外空气的速度场、温度场和含湿量场,给出了塔内冷却水温度分布场,指出塔内雨区外侧部分区域空气和冷却水温度均低于环境干球温度,并指出进风口上沿存在纵向漩涡影响气水两相间的局部传热传质强度.计算了塔内各区冷却水蒸发量,给出塔内不同高度处淋水密度的径向分布曲线和塔内传热传质区的气水比分布场,指出传热传质主要发生在填料区.     

城市垃圾渗滤液烟气脱硫体系气液吸收与解吸过程的数学模拟

针对垃圾渗滤液烟气脱硫体系气液吸收和解吸过程反应复杂的特性,基于经典双膜传质理论,建立了填料塔内湿法烟气脱硫模型,包括填料塔反应器模型和烟气SO2在垃圾渗滤液中吸收并伴随氨的解吸过程的数学模型。模型将系统内复杂的多组分反应分解为独立的离子反应,从而在确定的独立反应的条件下,可使模型的数值求解不依赖于特殊的假设条件以及可变的操作条件。根据工艺研究的实验条件对模型赋初值,结合模型参数估值确定适宜的边界条件,采用Maple 8.0对模型方程进行求解,得到了液膜内各组份的浓度分布特性曲线,以及气相分压、pH值、传质阻力、传质速率、吸收增强因子等沿塔高的分布特性,结果表明模型预测结果和实验结果吻合良好。所建立的模型为本工艺过程和其它湿法烟气脱硫过程的传质-反应现象提供了一个定量的理论分析和工程设计基础。     

烟气脱硫塔主体结构的定性优化设计

对烟气脱硫塔主体结构进行了研究,结合已有的工程设计经验,给出了确定脱硫塔主体结构尺寸的具体步骤;尤其要计算喷淋塔内传质单元数和传质单元高度,从而确定吸收高度,并讨论了影响脱硫效率的一些主要问题.结果表明,对烟气进、出口角度进行调整以及用流体计算软件模拟吸收塔内增加气流分布板后喷淋效果改善等措施,可以使塔内烟气流速分布均匀,增加了气液接触的有效传质面积,提高传质效率.     

不同入口流速下生物质锅炉尾部烟气凝结的数值研究

生物质燃料燃烧后所产生的烟气中含有大量的水蒸气, 在锅炉尾部添加冷凝换热器回收冷凝热可以有效提高系统热效率。选用的生物质燃料烟气中水蒸气的体积分数为27.9%, 基于Mixture模型并选用Lee模型作为冷凝传质模型对尾部烟气凝结的传热传质特性进行了数值模拟研究。假设流动为稳态, 湍流模型采用标准k－ε模型, 求解选用Simple算法, 研究了烟气侧不同入口流速下(1~4 m/s)温度场、流场及液态水体积分数的变化规律, 对翅片管换热器的表面传热系数及换热量进行了对比分析。计算结果表明, 随着入口流速的增加, 烟气出口温度逐渐升高, 壁面凝结速率不断增大, 而冷凝水量逐渐减少, 同时翅片管换热器的表面传热系数及换热量逐渐增加。     

脱硫塔流场的数值模拟

以湿法脱硫塔为研究对象,以紊流模型及颗粒轨道模型为理论基础,利用FLUENT软件计算了脱硫塔内的三维流场.从计算结果来看,脱硫塔塔形、烟气进口形式、脱硫层布置形式等对脱硫塔内的流场都有较大的影响.     

筛板塔细颗粒物协同脱除特性实验

针对常规喷淋空塔无法满足颗粒物协同控制的难题,提出筛板塔强化传质实现协同脱除的方法.基于湿法烟气脱硫中试试验平台,考察湿法烟气脱硫关键工艺参数,包括烟气流速、浆液喷淋量、飞灰浓度、颗粒粒径等对细颗粒物脱除效率的影响规律,并与喷淋空塔脱除特性进行对比.结果表明,在实验工况下,细颗粒物脱除效率大于90%,最高超过95%;脱除效率随烟气流速、颗粒物浓度及浆液喷淋量的增大而提高.颗粒物分级脱除效率曲线呈"V"形分布特性,在0.2~1.0μm粒径范围内脱除效率最低;在相同条件下,筛板塔细颗粒物脱除效果显著优于喷淋塔,在0.2~1.0μm粒径段的脱除效率与总脱除效率较喷淋塔分别提高11%和5%以上.     

液柱冲击塔湿法烟气脱硫的试验研究

设计了一种新型的液柱冲击塔脱硫装置，通过冷态试验研究各种结构和运行参数的变化对液柱冲击塔脱硫效率的影响。研究结果表明，在试验范围内，液柱冲击塔的脱硫效率随着喷液密度、塔内风速、液气比、循环水池pH值、烟气入口温度的增大而提高，随着SO2入口质量浓度的增大而降低。减小液柱冲击塔阻挡层的通流截面或阻挡层与液柱喷嘴之间的距离可以有效改善脱硫浆液的雾化效果，从而显著提高脱硫效率。选择适当的结构和运行参数，液柱冲击塔的脱硫效率可以达到95%以上。     

FGD系统烟气流速测量仪表选型

FGD的全称为湿法烟气脱硫,是火力发电厂、化工厂厂用高压蒸汽锅炉等应用最广泛的脱硫装置.烟气流速是环保监测和数据上传环保局采集终端的一个重要参数,涉及与环保部门的排放总量的结算.因为湿法烟气脱硫系统入口烟气温度和流速较高,且含有大量的燃煤灰尘,因此对风量测量装置提出了较高的要求,甚至需要特殊的风量测量装置.而湿法烟气脱硫系统出口烟气中温度虽然较低(一般在48℃～52℃之间),但是因其含有大量的水蒸气和石膏浆液,热导式风量测量装置、文丘里风量测量装置、机翼式风量测量装置、节流差压风量测量装置、超声波风量测量装置等都无法正常使用,因此湿法烟气脱硫系统出口、入口烟气流速测量装置的选型工作是十分重要的工作,错误的选型会导致后续工作极度被动,因此有必要介绍一下相关经验.     

直接接触式湿烟气余热回收热质传递数值研究

在Fluent软件中,基于欧拉-拉格朗日方法和自定义函数(UDF),构建了三维稳态模型,并在离散相模型(DPM)基础上,耦合欧拉壁膜模型(EWF)对冷凝室内湿烟气与喷淋液滴及周围壁面间的凝结传热进行数值模拟研究。研究结果表明,DPM与EWF耦合可以更精确地模拟湿烟气在冷凝室内的凝结换热;入口烟气流速越大,冷凝室高度越低,则出口烟气温度和出口烟气水蒸气体积分数越高,烟气换热效率越低,且变化幅度逐渐减缓;冷凝室高度越高,则壁面湿烟气凝结量越大,但随着入口烟气流速增大,冷凝室高度对凝结换热的影响逐渐减弱,换热效率提高幅度也明显减小。     

石灰石-石膏湿法烟气脱硫的影响因素

介绍石灰石-石膏湿法烟气脱硫的工艺流程和反应机理,重点分析影响烟气脱硫效率的因素。     

基于偏最小二乘回归的湿法烟气脱硫效率预测

利用影响石灰石—石膏湿法脱硫效率的主要参数为输入变量,脱硫效率作为输出变量,采用偏最小二乘回归法（Partial least squares regression,PLS）对脱硫系统进行建模,提出了湿法烟气脱硫效率计算模型。运用此模型对某电厂湿法烟气脱硫效率进行预测,预测结果和运行数据最大相对误差小于5.0%.表明PLS对湿法脱硫效率预测精度较高,对脱硫系统运行具有一定的指导意义。     

不同喷淋层投运方式下脱硫塔内流场特性的数值研究

采用数值计算方法,对900MW机组湿法烟气脱硫系统的喷淋塔内流场进行了数值模拟,着重考察了不同喷淋层的投运方式对塔内流场的影响．研究结果表明,在烟气量为4．45566×10^6m^3／h,塔径为18．5m,3层喷淋,层间距2m时,90MW机组的湿法烟气脱硫系统的喷淋塔内阻力约为1．1KPa,与现场运行数据较为吻合．模拟结果表明,不同喷淋层的投运方式对流场影响较大．     

湿式石灰石/石膏法烟气脱硫仿真数学模型的研究

以湿式石灰石/石膏法烟气脱硫系统为研究对象,通过对系统机理的研究,建立了烟气参数模型、脱硫塔模型、石灰石-灰浆系统模型等相应的仿真数学模型,并进行了仿真实验来对建立的模型进行验证。     

大型燃煤火电机组湿法脱硫系统控制研究

火电厂烟气中SO2对环境的污染比较严重,且当前电厂脱硫控制环节的自动化程度和控制精度都比较低,因此为了控制SO2排放,建立良好的控制策略至关重要。在某电厂湿法烟气脱硫系统的辨识结果基础上,分别以浆液pH值和出口SO2浓度为研究对象,建立了对应的前馈-反馈复合控制系统模型,给出了基于多容惯性过程（Multiple Capacity Process,MCP）标准传递函数模型的PID控制器参数整定方法。仿真结果验证了MCP-PID整定方法的适用性和准确性。该方法为电厂脱硫控制环节优化提供了数学模型基础,为多变量连续系统控制策略选择提供了新的思路。