湿法脱硫喷淋除尘过程的数值模拟

脱硫塔的协同除尘作用可进一步降低燃煤颗粒物的排放。建立了描述塔内气液固三相运动的数学模型与计算方法,对脱硫塔喷淋浆液的协同除尘过程进行数值模拟。结果表明:颗粒的脱除效率随颗粒粒径增加而升高;亚微米级颗粒主要靠热泳捕集,气液温差大的区域是其主要捕集区域;微米级颗粒主要靠惯性捕集,喷淋层附近单液滴捕集效率最高;入口附近液滴浓度高、气液温差大且原烟气的颗粒物浓度高,是各粒径颗粒被捕集的最主要区域。提高气液两相温差、气液相对速度、塔内液气比可优化脱硫塔的协同除尘性能。     

脱硫吸收塔深度除尘气液固三相模拟研究

脱硫吸收塔内部流场较为复杂,涉及到气液固三相介质流动。采用欧拉（Eluer）多相流模型和DPM（discrete phase model）模型,建立惯性撞击、拦截和热泳捕集作用机制的液滴捕集颗粒物模型;利用CFD数值模拟分析了液滴粒径等6种运行参数对脱硫吸收塔除尘效率的影响规律。结果表明:亚微米级颗粒物的除尘效率较低,全塔对其除尘效率只有10%左右,而微米级颗粒在全塔内的除尘效率在99.98%以上;通过减少液滴粒径,增加烟气流速,适当增加液气比,均能有效提升微米级颗粒的脱除效率,尤其是1.30~2.05 μm之间的颗粒物;而通过调节喷淋参数,对颗粒物除尘效率的提升作用并不大。     

焚烧过程中铅在PM_(10)中的分布特性及以高岭土为吸附剂炉内捕集铅的研究

在流化床焚烧炉内考察了铅(Pb)在PM10中的分布特性,并将高岭土作为吸附剂进行炉内捕集Pb的研究。用低压冲击器、原子吸收分光光度计和扫描电镜/能谱仪对焚烧烟气中Pb的粒径–浓度分布、飞灰颗粒表面形貌和表面元素分布进行了分析。结果表明,高岭土表面与Pb反应会引发共晶融化,过量共晶融化使高岭土孔隙坍塌成球形颗粒,其融化表面可黏附已生成的亚微米铅颗粒;PM10中90%以上的Pb富集在亚微米颗粒物中,仅有少量Pb存在于粗颗粒物中,而且随着温度升高亚微米Pb的浓度逐渐增加;高岭土可以促进烟气中Pb从细颗粒物中迁移到粗颗粒物中,从而减少亚微米Pb排放;随高岭土添加量增,高岭土对Pb的捕集效率逐渐增加,最佳捕集温度为950℃,最高捕集效率达80%。     

凝结洗涤塔脱除燃煤超细颗粒实验研究

对洗涤塔内相变促进燃煤细颗粒凝结长大与脱除进行了实验研究。通过在洗涤塔入口和洗涤塔内注入适量蒸汽,使其在塔内不同区域形成细颗粒凝结长大所需的过饱和环境。探讨了2种情况下,不同操作参数对燃煤超细颗粒脱除效率的影响规律。结果表明2种蒸汽添加方式均可显著促进燃煤超细颗粒的脱除,蒸汽添加量为0.03 kg/m3时,颗粒数浓度脱除效率分别提高了50%和60%;对于塔前添加蒸汽,气液温差的提高有利于细颗粒的脱除,而塔内添加蒸汽则正好相反;此外,对于气液温差较大的情况,增大液气比可有效提高脱除效率;燃煤细颗粒的脱除效率随烟气在塔内停留时间的增加而提高,特别是塔内添加蒸汽的情况,当停留时间为1.5 s时,塔前和塔内添加蒸汽脱除效率可分别达到60%和65%以上,而未添加蒸汽时脱除效率几乎不受停留时间的影响。     

湿法烟气脱硫塔内折形板除雾器优化的数值模拟

采用欧拉-拉格朗日方法模拟了湿法烟气脱硫塔内折形板除雾器单通道二维流场的气液两相流动特性,气相采用SST k-ω模型封闭的雷诺时均N-S方程,液滴采用颗粒随机轨道模型。在对无构件除雾器流场分析基础上,提出一种加装于除雾器叶片的构件,并分析了优化构件高度及顶角对气相流动特性、液滴运动轨迹及除雾器性能的影响。模拟结果表明,所提出的新型构件可增强除雾器的捕集性能,构件高度由3mm增大至5 mm或顶角由120°减小至60°均可进一步提高除雾效率,而高度的影响比顶角更加明显;综合考虑除雾效率与压降,对于高度为3mm或4mm的构件顶角适宜范围为90°至120°,而对于高度为5mm的构件,顶角减小使压降增加明显,其适宜角度为120°。     

烟气喷淋脱碳数值模拟及其特性分析

针对烟气喷淋脱碳,采用欧拉-拉格朗日法建立了耦合气液流动、热质传递及化学反应的三维数值模型,并基于热力一致性简化模型中的热力学表达,以降低计算成本。模型验证表明,预测结果与实验结果吻合良好。基于该模型考察了塔内气液流动、热质传递及CO2吸收等特性。结果表明:喷淋方式对塔内气液分布、温度分布及CO2吸收有重要影响;向下喷淋将卷吸喷嘴周围烟气沿塔中部向下流动,与新入烟气存在强烈的掺混行为,并造成液滴在塔中部集聚;气液温度分布及H2O气相体积分数分布有较高的关联性,汽化潜热占热交换总量的64%;传质阻力集中在液侧,比气侧高2个数量级;通过改变喷淋方向可以减小液滴分布不均匀性,将脱碳效率从38.3%提升至49.6%。     

基于格子波尔兹曼气固两相流模型的清洁纤维捕集颗粒过程模拟

格子波尔兹曼(Lattice-Boltzmenn,LB)格子气(Latticegas automata,LGA)气固两相流模型基于同一套格子描述流体微团与离散颗粒的运动特征,具有可捕获离散相的脉动行为、便于处理复杂和动态边界条件等优点。但现有LB两相流模型尚只能定性描述颗粒行为特征,该文通过求解颗粒在曳力、布朗力等作用下的速度和位移,建立颗粒在格子点间迁移概率的理论模型,定量描述两相流的细节特征。利用此LB两相流模型对圆柱清洁纤维在单个机制(布朗扩散、拦截或惯性碰撞)主导下的捕集颗粒过程进行数值模拟,研究不同纤维体积分数下系统压降变化、及不同机制主导下颗粒捕集经历和总体捕集效率,模拟结果与现有理论或经验公式定量吻合,可为深入理解纤维捕集颗粒的内部特征、发展更合理的颗粒捕集模型等提供依据。     

冷凝除雾器分级除尘效率影响因素模拟研究

冷凝式除雾器协同除尘作用可进一步降低燃煤烟尘排放浓度。该文建立描述冷凝除雾器内三相运动的数学模型和计算方法,对除雾器协同除尘过程进行数值模拟,分析吸收塔入口烟气速度、相对温差、相对湿度及除雾器的换热面积影响对颗粒粒径增长和脱除的影响规律。结果表明:初始粒径小于2.05μm的颗粒以热泳捕集为主;初始粒径小于1.03μm的颗粒捕集效率受烟气湿度影响明显;初始粒径大于2.05μm的颗粒以惯性捕集为主;除雾器换热面积越大,颗粒的捕集效率越高。可知,在入口处烟气温度保持在50℃以上,烟气相对湿度在95%以上,除雾器壁面温度在25℃以下,烟气流速大于3.14m/s,除雾器通道间隙保持在20mm以内,通道长度在350mm以上,峰的数量大于或等于2时,有利于提升冷凝除雾器协同除尘性能。研究结果可为冷凝式除雾器装置结构优化和工程应用提供理论指导。     

双接触式液柱塔流场的CFD模拟

通过对双接触式液柱塔内气液两相流场的模拟计算,发现在有、无液柱射流时,喷嘴数量增加对塔内床层压降有不同的影响。并对特定工况下的液柱塔流场进行CFD数值模拟,描述了塔内不同喷嘴数量不同液气比条件下气液流动状况。计算与试验结果吻合较好,表明所建立的模型和采用的算法具有良好的预测性和可靠性。     

三乙烯四胺合钴溶液同时脱硫脱硝的实验研究

采用三乙烯四胺合钴溶液作为吸收液,在填料塔内对模拟烟气进行了湿法同时脱硫脱硝的实验研究。主要考察不同吸收液浓度、温度、pH值和SO2浓度对NO脱除效率的影响。研究结果表明:三乙烯四胺合钴溶液的浓度越高,NO的脱除率越高;温度对NO的脱除有较大影响,最佳反应温度为50℃;填料塔内吸收液的最佳pH值为9.4;SO2的进口浓度越大,NO的脱除率越低。     

格子波尔兹曼两相流模型模拟椭圆纤维捕集颗粒物过程

使用LB气固两相流模型模拟椭圆纤维捕集颗粒物过程,考察了在不同捕集机制(包括扩散、惯性和拦截)主导下椭圆纤维的捕集效率以及颗粒在流场中的运动过程.通过与同体积分数圆柱的捕集效率比较发现:椭圆纤维具有更大的捕集范围,因此扩散捕集效率高于圆柱纤维,与长短轴之比成正比;影响惯性和拦截效率的因素则比较多(包括椭圆形状、放置方向甚至是颗粒粒径),在这两种机制主导下,通常椭圆捕集效率仍然高于圆柱纤维(除了椭圆长轴平行于来流方向的情况).最后通过Levenberg-Marquardt方法对模拟结果进行处理,得到了一系列修正系数,使其与原有的圆柱纤维效率计算公式结合,能够用来计算椭圆纤维的捕集效率.     

三维两相流数值模拟改善烟气脱硫吸收效率

以燃煤电厂实际运行的2×135MW机组脱硫系统的喷淋塔为研究对象,利用Fluent软件中的离散相模型,设计不同的运行参数和运行条件对塔内气液两相流场几百个喷嘴的喷淋进行尽可能真实的三维数值模拟,进而发现喷淋塔在主要工况条件下运行时,塔内气速分布不均,塔内气液比延径向中部大周围小的设计缺陷。模拟对喷淋塔的现场运行以及结构优化设计有一定的指导作用,节约时间,降低成本,给实际工程设计以参考借鉴。     

低低温电除尘器颗粒物脱除特性的工程应用试验研究

对某1000MW燃煤机组低低温电除尘器的颗粒物脱除特性进行试验研究:对设备前后烟道中的烟气颗粒物进行采样、分析,对设备各级电场的捕集飞灰进行检测;初步探寻了低低温状态下烟温与除尘效果的关系,研究了低低温电除尘器对各级粒径颗粒物的脱除效果、对主要成灰元素的捕集情况。试验结果表明:降低电除尘器进口烟温至低低温状态(87~100℃),可有效提升设备对烟尘的总体脱除能力,除尘效率可达99.9%以上,逃逸烟尘浓度可控制在20mg/m~3以内;调整进口烟温至90℃,PM1脱除效率可达99.44%;元素Si、Al主要分布于较大颗粒(粒径10μm)被电场捕集,元素Ca、Fe、Mg、S主要富集于可吸入颗粒物(PM10)被电场捕集。     

复合增湿方式下CFB-FGD塔内液-固相浓度分布及其对脱硫过程的影响

为解决循环流化床烟气脱硫(circulating fluid bed-flue gas desulfurization,CFB-FGD)工艺常用的塔内喷粉增湿方式存在的问题,提出新型复合增湿方式,采用粒子动态分析仪(particle dynamics analyzer,PDA)与傅里叶变换红外分析仪(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR),对复合增湿不同配比下液-固相浓度分布之间相对关系的变化,以及该变化对脱硫反应过程、黏壁问题的影响进行研究,并与单一塔内增湿方式进行对比.结果表明:CFB-FGD单一塔内增湿方式下液-固两相的浓度分布趋同性较差,易形成过湿颗粒引起黏壁:采用复合增湿能有效提高液-固两相的浓度分布趋同性,有利于改善塔内黏壁问题,但内增湿水量过低不利于脱硫反应高效进行;内增湿水占总增湿水量的比例为78%时比较合适,在此配比下能够有效减轻塔内黏壁并提高脱硫效率.     

曝气池曝气管布置方式对流速分布影响的数值模拟研究

曝气池是活性污泥法污水处理工艺的核心设备,探明曝气池内的流场结构旨在提高其氧转移效率和污水处理效率。采用欧拉-欧拉多相流模型和标准k-ε紊流模型(FLUENT 6.3)对一典型的推流式曝气池进行了数值模拟研究,通过分析曝气管分别布置在曝气池一侧和曝气池中间时池内的流速分布规律,比较各特征断面的流速不均匀系数和气液两相之间的速度差,发现当曝气管布置在一侧时池内流速更加均匀,气液两相之间的速度差值更小,有利于曝气池内气液两相的稳定混掺;通过分析比较不同时刻曝气管中心纵向断面的气相体积分数分布图,得出当曝气管布置在一侧时气相体积分数分布均匀。流场结构与气相体积分数分布规律皆有利于气液两相之间发生氧传质,从而提高氧气利用率,并减少能耗。研究成果可为污水处理工程设计优化提供一定参考。     

环栅喷淋泡沫塔欧拉–离散相模型三相除尘模拟

采用欧拉(Euler)多相流模型与离散相模型(discretephase model,DPM)对脱硫除尘实验装置内部的气液固三相流流动进行三维湍流数值分析。在Euler坐标系中采用双流体模型来表述气液两相的相互耦合,同时在拉格朗日坐标系中考察颗粒的运动,把烟尘颗粒对气液两相的影响耦合于双流体模型中。通过对流场数值模拟计算结果的实验验证,得出此数学模型的可行性;分析脱硫除尘塔内部流场流动,得出气液固三相流特征,为脱硫模拟及结构优化设计提供依据;得出脱硫除尘塔除尘效率与颗粒粒径、进气风速、喷淋液气比等参数的相互关系;得出脱硫除尘塔进出口压差与烟气流量、液气比、烟尘浓度等参数的相互关系。     

330 MW机组脱硫废水旁路烟道喷雾干燥技术数值模拟与应用示范

以某330MW燃煤机组旁路烟道安装的脱硫废水喷雾干燥塔为研究对象,使用ANSYS ICEM、Fluent软件对干燥塔内传热传质过程进行数值模拟,并对应用示范结果进行了分析。结果表明:不同工况下,喷雾干燥塔内温度场、流场分布良好,气、液传热传质主要集中在塔轴心;干燥后,脱硫废水中的Cl~–转移到固体产物中,处理难度降低;脱硫废水在高温烟气中蒸发,减弱了高比电阻粉尘反电晕,促进了颗粒物聚集长大并被静电除尘器捕集。采用旁路烟气干燥技术实现脱硫废水零排放,运行效果良好。     

感应荷电过程中喷雾荷电特性影响规律实验研究

荷电水雾可有效提高液滴捕集微细颗粒物的效率,其中液滴的荷电特性是影响荷电水雾除尘效率的重要因素。为此,从水雾感应荷电理论出发,建立了液滴群荷电量的理论计算式,通过改变荷电电压、电极间距、雾化压力以及电极环直径,实验研究了各种因素对液滴荷质比的影响规律,并测试了喷雾特性。实验研究结果表明:液滴荷质比随荷电电压的升高而先增大后减小,随电极环直径的增大而减小,随电极间距的增大而增大;液滴的荷电效果与雾化压力有关,且对于同一喷嘴存在荷电效果最佳的雾化压力值;液滴粒径随荷电电压的增大而逐渐减小,且当液滴粒径较小时,荷电电压对液滴粒径的影响相对较弱。该研究结果对于提高液滴的荷电效果、促进荷电水雾在控制微细颗粒物方面的应用具有重要的指导意义。     

基于蒙特卡罗法的脱硫塔内气固流动数值模拟

用欧拉法处理气相场的同时用基于拉格朗日法的直接数值模拟蒙特卡罗(direct simulation Monte Carlo,DSMC)法处理离散颗粒场,对循环流化床烟气脱硫塔内气固两相流动特性及其优化进行了数值模拟。基于非结构网格进行数值求解,采用四向耦合方法严格地考虑颗粒-流体、颗粒-颗粒、颗粒-器壁间相互作用,并应用高效的非结构网格搜索法,实现气固相间一一映射的耦合作用与反馈。获得了加装导流板组前后,脱硫塔内气固流动特征、轴向速度分布以及固相颗粒浓度分布,同时对影响颗粒停留时间及颗粒碰撞率的关键因素进行了分析。结果证实了调节脱硫塔内多相流动的必要性与有效性;调节后,塔内两相流动及其分布呈理想对称状态,塔内空间得到了充分利用,各粒径档颗粒停留时间比较一致;颗粒停留时间与气相场分布及颗粒物性密切相关;调节后,床内颗粒碰撞率明显低于调节前。     

基于gCCS的醇胺法碳捕集中试平台动态仿真研究

燃烧后碳捕集电厂的灵活运行能够有效降低碳捕集电厂的能耗和运行成本。掌握碳捕集系统的动态运行特性是碳捕集电厂实现灵活运行的必要条件,但现有针对醇胺法碳捕集系统动态特性的研究尚处于起步阶段,缺乏基于动态试验数据和动态仿真模拟的综合性研究。基于布林迪西(Brindisi)燃煤电站尾部碳捕集系统动态运行试验数据,应用gCCS仿真模拟平台,建立碳捕集能力为50tCO2/day的Brindisi醇胺法脱碳系统动态模型,并基于稳态和动态试验数据对模型进行验证。在此基础上研究了烟气流量阶跃变化、吸收溶液流量阶跃变化、以及再沸器蒸汽流量和吸收溶液流量发生阶跃变化3种动态情景下的脱碳系统关键参数动态响应特征。结果表明,稳态运行条件下吸收塔温度分布平均误差为4.37%～8.75%。动态运行条件下,gCCS模型能够较好的预测关键运行参数变化趋势,gCCS动态仿真模型关键参数动态响应时间与Brindisi脱碳系统溶液循环时间具有较好的一致性。液气比(L/G)是决定吸收塔温度分布以及二氧化碳捕集率和捕集能耗的关键参数,因此保持液气比为定值有利于系统碳捕集率以及碳捕集能耗的稳定。