脱硫废水烟道雾化蒸发的数值模拟研究

脱硫废水具有水质复杂、高悬浮物、高含盐量以及重金属种类多等特点，是电厂系统末端最难处理的废水，脱硫废水烟道蒸发是未来脱硫废水处理技术中最具经济性的方案之一。通过计算流体动力学数值模拟方法，建立脱硫废水除尘器烟道蒸发模型，对烟道内脱硫废水蒸发特性进行了仿真计算及理论分析。结果表明：废水雾化液滴直径、烟气温度、烟气流动轨迹均会对废水蒸发效率产生较大影响，烟气速度工况变化对雾化液滴蒸发效率影响较小。雾化液滴直径越小，液滴完全蒸发率越高，发生烟道壁面碰壁概率越小，雾化液滴蒸发速率越快；烟气温度越高，雾化液滴的完全蒸发时间越短，液滴在烟道内的运动轨迹越短，雾化液滴蒸发效率越高；当烟气流动方向和雾化液滴同向流动时，雾化液滴蒸发速率较慢，当控制烟气流动方向与雾化液滴切向垂直流动时，单位时间内液滴蒸发速率较快。     

碱回收锅炉脱硫喷枪的模拟研究

以碱回收锅炉的脱硫喷枪为对象,运用数值模拟的方法研究雾化粒径大小、喷射速度和雾化角度对脱硫效果的影响。结果表明:液滴初始雾化直径对蒸发完全时间和水蒸气分布均有较大影响,粒径为400μm的液滴蒸发完全所需时间是粒径100μm的3.96倍;喷射速度和雾化角度对蒸发完全时间和水蒸气分布的影响程度各有不同,但均远小于雾化粒径的影响。     

蒸发过程中液滴荷电情况分析

为了研究温度场引起的蒸发传质对荷电二次雾化的影响,采用蒸发模型及临界荷质比公式对液滴的不同温度条件下的稳态温度及其临界荷质比变化进行了计算,获得了液滴的稳态温度值的变化趋势及其寿命范围内蒸发作用下的临界荷质比。研究结果表明:不同初始表面温度的液滴处于相同的环境温度时,稳态温度最终会趋于一致,且初始表面温度越高,非稳态蒸发过程越短;初始表面温度一定的液滴处于不同的环境温度时,稳态温度随环境温度的升高而升高,且环境温度越高,非稳态蒸发过程越短;液滴初始粒径及环境温度一定,液滴的初始表面温度接近稳态温度时,破碎所需要的临界荷质比最小,且临界荷质比在初始表面温度在高于稳态温度时较初始表面温度低于稳态温度时要大;液滴的初始粒径和初始表面温度一定时,破碎所需要的临界荷质比随环境温度的升高而升高。     

脱硫废水烟道蒸发过程数值模拟研究

建立脱硫废水烟道蒸发数值模拟平台,对实验室装置和典型660 MW超临界机组脱硫废水的蒸发过程进行了数值模拟研究。结果表明:基于该平台计算出的结果与实验数据有较好的一致性,模型的准确度较高;烟气温度对脱硫废水蒸发影响较大,温度的升高将促进蒸发的加速;雾化角对蒸发影响较小,但雾化角变大会使积灰加重;非均匀粒径中大直径液滴对蒸发影响较大,完全蒸发时间更长。     

神木煤灰增湿活化脱硫的半工业性台架试验研究

建立了烟气处理量为3000Nm^3/h的多功能烟气脱硫试验台，对神木煤灰增湿活化脱硫进行了研究。试验结果表明，喷水雾化液滴粒径、出口烟气温度与绝热饱和温度的差值、烟气停留时间与液滴蒸发时间以及Ca/s摩尔比等因素对高钙煤灰增湿活化脱硫有重要的影响，且存在一个最佳的雾化液滴粒径。经工艺参数的优化，该系统具有50％左右的脱硫效率。该脱硫工艺因系统简单、投资和运行费用极低，对燃用高钙低硫煤的锅炉烟气脱硫具有广泛的应用前景。     

逆流喷淋浓缩塔中雾化参数对脱硫废水液滴群流动与蒸发特性的影响

烟气余热蒸发能有效实现电厂脱硫废水的浓缩减量,合理的喷嘴雾化参数有利于提高浓缩塔内废水与烟气之间的流动传热并指导其结构设计。该文采用数值模拟方法研究喷嘴全锥角、液滴初始粒径和初始速度对塔内蒸发流动的影响,并对相关因素进行显著性分析。蒸发效率在全锥角50°左右达到峰值36.9%。综合考虑碰壁量和逃逸量,液滴最佳粒径为1500μm,且废水蒸发在液滴速度15～25m/s时更易进行。此外,响应曲面分析表明,液滴初始直径、液滴初速度对停留时间影响较大,而液滴蒸发效率主要受其粒径变化的影响。因此,在设计喷淋浓缩塔的结构时应综合考虑液滴粒径和液滴初始速度。     

深度过滤-烟道蒸发处理脱硫废水的数值模拟

脱硫废水烟道蒸发处理工艺所用喷嘴易被脱硫废水中悬浮颗粒物堵塞,为此提出与之配套的深度过滤脱硫废水预处理工艺,将脱硫废水在雾化蒸发前进行固液深度分离预处理。深度过滤处理后,脱硫废水中悬浮物质量浓度可以降低到40 mg/L,水中99%以上的固体颗粒粒径小于1 μm。通过建模理论计算和Fluent软件模拟,对脱硫废水深度过滤-烟道蒸发工艺进行研究,结果表明,烟气温度越高,雾化液滴粒径越小,越有利于雾化废水的蒸发。综合考虑蒸发效果和能耗成本,建议实际工程应用中可将雾化液滴直径控制在60 μm。所得研究结果可供雾化喷射装置设计、烟道蒸发系统运行优化参考。     

脱硫废水旋转雾化及其干燥蒸发特性试验研究

旋转喷雾干燥是实现脱硫废水零排放的一种重要技术手段。利用多普勒三维粒度分析仪(PDA)测试分析了旋转雾化器出口脱硫废水的粒径分布特性,考察了废水组分及物性等对雾化特性的影响;并利用脱硫废水喷雾干燥试验平台开展了不同烟气物性、脱硫废水水质及喷雾干燥条件下的脱硫废水蒸发特性试验研究。结果表明,旋转雾化器具有良好的变工况适应能力,雾化液滴粒径主要集中在30μm以下,高盐废水雾化过程中会产生少量大粒径液滴,但对蒸发过程无明显影响,热烟气与废水流量比在1.0~1.3*10~4m~3/t范围内能够实现良好的干燥效果。     

脱硫废水零排放系统关键参数数值模拟研究

利用数值模拟技术对脱硫废水在电除尘器前烟道中的蒸发技术进行了研究,分析了液滴粒径、烟气温度、烟气流速、废水量、喷射速度、喷射角度等参数对液滴停留时间的影响规律。结果表明,烟气温度越高,液滴粒径越小,喷射量越小,液滴的停留时间就越短;随着烟气流速、喷射速度、喷射角度增大,停留时间呈现不同的变化趋势。研究结果可对工程选型、设计优化提供支撑。     

喷淋脱硫塔内除雾器运行特性

除雾器的除雾效果对脱硫系统的稳定运行、烟道腐蚀及烟气排放有重要影响,研究不同空塔流速及组合条件下除雾器的除雾性能很有必要。为此,建立了接近实际工程的喷淋脱硫塔实验台,研究了空塔流速、喷淋层与除雾器距离、不同雾化喷嘴等对除雾器出口液滴含量、粒径分布的影响,以及管式除雾器性能。研究结果表明：空塔流速对一级除雾器出口液滴含量的影响较大,对二级除雾器出口液滴含量有一定影响;除雾器出口液滴粒径随空塔流速提高而减小;喷嘴雾化粒径变小后,一级除雾器出口液滴含量明显增加;喷淋层与除雾器间距对一级除雾器出口液滴含量有较大影响;管式除雾器对除雾器出口液滴含量影响不大。     

脱硫废水旋转喷雾蒸发与旁路烟道蒸发特性研究

针对旋转喷雾和旁路烟道两类高温旁路烟气蒸发技术工艺,开展脱硫废水蒸发特性对比实验,结合可视化荧光示踪法及单液滴蒸发试验研究了废水雾滴在高温烟气中的蒸发过程,分析了烟气温度及烟气停留时间对蒸发性能的影响,并比较了两类废水蒸发工艺的差异。结果表明：脱硫废水液滴接触热烟气后将迅速失去表面自由水分,表面成壳固化为半干颗粒;旋转喷雾蒸发塔内主蒸发区域温度迅速降低,提高烟气温度有助于提升蒸发效率,降低出口灰分含水率;通过适当增大干燥塔尺寸,延长高温烟气在干燥塔内停留时间,可提升热量利用率,实现低气液比条件下的蒸发干燥;两类旁路蒸发工艺相比,旋转喷雾蒸发因雾化效果较好、气液混合均匀,蒸发性能略优于旁路烟道工艺。     

脱硫废水旋转喷雾蒸发与旁路烟道蒸发特性研究

针对旋转喷雾和旁路烟道两类高温旁路烟气蒸发技术工艺,开展脱硫废水蒸发特性对比实验,结合可视化荧光示踪法及单液滴蒸发试验研究了废水雾滴在高温烟气中的蒸发过程,分析了烟气温度及烟气停留时间对蒸发性能的影响,并比较了两类废水蒸发工艺的差异。结果表明：脱硫废水液滴接触热烟气后将迅速失去表面自由水分,表面成壳固化为半干颗粒;旋转喷雾蒸发塔内主蒸发区域温度迅速降低,提高烟气温度有助于提升蒸发效率,降低出口灰分含水率;通过适当增大干燥塔尺寸,延长高温烟气在干燥塔内停留时间,可提升热量利用率,实现低气液比条件下的蒸发干燥;两类旁路蒸发工艺相比,旋转喷雾蒸发因雾化效果较好、气液混合均匀,蒸发性能略优于旁路烟道工艺。     

脱硫废水旁路塔雾化蒸发数值模拟

脱硫废水成分复杂难以回用，一些电厂已开始采用烟道雾化蒸发处理技术对其进行处理。脱硫废水直接喷入烟道会带来腐蚀、积灰、堵塞等问题，设置旁路蒸发塔对脱硫废水进行干燥是一种较好的选择。为研究此项技术，以某330 MW 机组为例，通过计算脱硫废水与烟气的热质平衡，确定了烟气抽取量，建立了物理模型，利用数值模拟的方法对烟气流场进行优化，对喷嘴布置方式、液滴直径、烟气温度等的选择进行稳态模拟。结果表明：抽取烟气量仅占总烟气量的2.27%，烟气流场即能够充满整个蒸发塔；三喷嘴的雾化蒸发效果可以使蒸发塔出口温度达到设计值120℃；液滴直径80 μm 以下，液滴颗粒无贴壁，液滴直径60 μm时蒸发效果好。为延长颗粒停留时间，使颗粒无贴壁、少团聚，宜采用烟气旋流方式、三喷嘴、60 μm雾化粒径以及600 K以上的入口烟气温度。     

半干法脱硫塔内雾化蒸发特性数值模拟

采用可实现的k-ε双方程模型求解动量、能量及组分方程,结合液滴雾化模型及蒸发模型,采用Euler/Lagrange方法对脱硫塔内雾化蒸发流动特性进行了研究。结果表明,入口处设置中心钝体能有效提高液滴在塔内的充满度,使壁面回流区沿塔高方向有所推迟;随着入口烟气流速增大,蒸发加快,形成的雾化喷矩变长,可以有效延长脱硫区段;随着入口烟气温度升高,液滴在塔内蒸发加快,充满度变差。     

脱硫废水旋转喷雾蒸发特性实验研究

脱硫废水旋转喷雾干燥技术是一种利用热烟气蒸发脱硫废水的零排放技术。开展了不同悬浮物（SS）含量的脱硫废水原水以及经浓缩的高盐废水的蒸发实验,采用可视化手段观察了脱硫废水在干燥塔内的蒸发特性,考察了脱硫废水喷雾蒸发过程中停留时间、进口烟气温度、气液比对蒸发特性的影响。结果表明,旋转喷雾蒸发工艺对高盐、高SS含量等复杂脱硫废水组分具有较佳的适应性;脱硫废水从旋转雾化器喷出后迅速蒸发,主蒸发区在雾化盘下方0.75~1.00 m区域内;随后是蒸发析出的未干盐分及未完全蒸发的废水液滴进一步蒸干至含水率低于2 %;烟气在喷雾干燥塔内的停留时间需要维持在20 s以上才能保证塔出口灰分含水率低于2 %;入口烟气温度越高,其塔底及塔出口的灰分含水率越低,在气液比为12 000 m³/m³（标准状态）的废水工况下,入口烟温为280 ℃时已经难以保证废水液滴良好蒸发;在入口烟气温度为340 ℃、气液比大于10 000 m³/m³（标准状态）时,塔底灰分含水率小于2%,蒸发效果良好。     

可溶性盐份对脱硫废水液滴烟道蒸发特性影响的数值模拟

为了研究可溶性盐份对脱硫废水在高温烟道气中蒸发特性的影响,对纯水液滴蒸发的理论模型进行了修正,建立了含盐液滴蒸发的理论模型,计算了不同含盐率脱硫废水液滴在高温烟道气中蒸发过程的盐份成壳时间、成壳粒径、盐壳层厚度、传热量、蒸发速率及完全蒸发时间。结果表明,随着液滴含盐率增大,开始成壳粒径与稳定成壳粒径都增大,盐壳层厚度也增大;液滴表面的盐壳层会使其内部液滴的温度升高,随着液滴含盐率增大,液滴完全蒸发所需时间减小;脱硫废水液滴的粒径越大,其表面形成的盐壳层厚度越厚;脱硫废水中可溶性盐结晶析出形成的盐壳层,促进了蒸发过程的热质传递,并可避免盐壳层内部具有腐蚀性的脱硫废水与烟道及相关设备的直接接触。     

锅炉尾部烟道雾化液滴蒸发时间模型计算

针对燃煤锅炉烟道余温蒸发技术处理脱硫脱硝废水以及化学团聚预处理除尘技术,建立雾化液滴的蒸发时间物理模型和数学模型。在模型中考虑了锅炉尾部烟气的实际环境,分析计算水滴的瞬间蒸发速率、不同水滴直径在不同温度烟气下蒸发时间以及水滴直径随不同水滴初始直径和不同温度烟气的变化规律。     

雾化器位置及半径对脱硫废液蒸发特性的影响研究

以某600 MW火力发电站机组脱硫废液喷雾干燥塔为研究对象,建立了雾化蒸发模型,研究了喷射点位置、雾化半径对脱硫废液雾化蒸发性能的影响,并获得了最佳工况。结果表明,当雾化半径为0.115 m时,喷射点位置布置在干燥塔塔顶下方1.8 m处,雾化蒸发效果最佳;当喷射点位置在干燥塔塔顶下方1.575 m处时,0.115 m的雾化半径为最佳值。根据不同因素组合试验结果,喷射点位置布置在塔顶下方1.8 m处,雾化半径为0.13 m能达到最理想的雾化蒸发效果。     

不同物性液滴在低温烟气中的蒸发特性数值研究

建立了液滴在低温烟气中运动和蒸发过程的数学模型,数值研究不同物性液滴在有相对速度及相对温度的烟气环境中的蒸发特性,获得了液滴温度、直径随时间的变化规律,液滴直径、速度和烟气速度对蒸发的影响。计算结果表明:在相同的条件下,双组分水溶液液滴与单组分水液滴在蒸发过程中温度变化不同而直径变化相同,纯水液滴蒸发最快,其次是酸溶液液滴和盐溶液液滴,碱溶液液滴蒸发最慢。在研究的温度及速度范围内,不同物性液滴直径随时间变化都呈指数递减规律。研究结果还表明,液滴粒径越小,随气相运动的能力越强,液滴初速度对完全蒸发时间影响越小。烟气速度和液滴初速度的改变对液滴蒸发速度的影响都较小。     

废液焚烧炉SNCR脱硝性能影响因素的数值模拟研究

为获得废液焚烧炉选择性非催化还原(Selective Non-Catalytic Reduction,SNCR)脱硝较优的工艺参数,以四面墙错冲布置的脱硝喷枪为研究对象,运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模拟的方法分析了氨水的粒径及喷射速度对SNCR脱硝性能的影响规律。结果表明,粒径为200μm既满足所有液滴均在反应区蒸发完全以及获得较大的中心区(氨氮摩尔比大于1的区域),又能保证水蒸气与烟气混合均匀。液滴粒径为300μm时,通过改变液滴的喷射速度对蒸发完全的粒子数目影响较小,但将喷射流速保持在20～25 m/s时可获得较大的中心区面积且利于NOx的脱除。将脱硝喷枪的喷射角度向下倾斜能显著促进液滴的蒸发,形成更大的中心区,并使水蒸气与高温烟气混合更加均匀,从而获得更好的脱硝效果。