伞罩型除尘脱硫塔数值模拟及优化研究

论文摘要

本论文首先介绍了中国大气污染的现状。我国现阶段的大气污染物主要以总悬浮颗粒物、二氧化硫为主,环境保护工作者对如何减少和控制大气污染进行了大量的研究。简介国内外工业主要应用的烟气除尘和脱硫工艺技术的应用现状及其发展和烟气除尘脱硫一体化技术以及研究进展。李彩亭教授在总结前人的基础上自主开发设计了新型伞罩型湿法除尘脱硫塔。该系列装置不仅除尘效率高,而且能有效地去除有毒有害气体,体积小,结构简单,维护方便,运行费用低,具有广泛的应用前景。本文运用CFD(计算流体力学)软件,对伞罩型湿法除尘脱硫塔内气液和气固两相流动进行了数值模拟。对新型的伞罩型湿法除尘脱硫塔内的三维气固两相流场进行数值模拟,气相采用κ?ε湍流模型,颗粒相采用离散相模型(DPM)和欧拉模型,选择SIMPLEC算法进行计算。分析塔内x=0截面的气、固两相的浓度,体积分数、速度矢量和压力等参数的分布。结果表明伞形罩使烟气在塔体内分布的更均匀,延长了气体在塔内停留时间,从而实现高效净化气体的目的;在入口粉尘浓度很低的情况下,DPM更适合气固两相流。对新型伞罩型除尘脱硫塔内的三维气液两相流场进行数值模拟,气相采用RNG湍流模型,液相采用离散相模型(DPM),选择SIMPLE算法进行计算,分析塔内的折板除雾器和旋流板除雾器的速度场、压力场和液滴的分布情况。结果表明,烟气经过折板除雾器,产生了明显的压降,且在拐角区域,湍流耗散强烈,是实现气液分离的关键区域;烟气经过旋流板除雾器,速度和压强分布具有良好的对称性,液滴被气流旋转抛向壁面实现气液分离。模拟结果对设备的优化设计和实际运行有一定的指导作用,为塔体的进一步优化设计提供了依据。CFD方法的使用,可缩短设备的开发时间,减少实验和设计成本,具有良好的经济效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 中国大气污染现状
• 1.1.1 中国大气污染概述
• 1.1.2 中国大气污染特征
• 1.1.3 废气中主要污染物的排放
• 1.2 大气污染的危害
• 1.2.1 粉尘的危害
• 1.2.2 酸雨的危害
• 1.3 目前主要的除尘脱硫技术
• 1.3.1 常用的除尘技术
• 1.3.2 常用的烟气脱硫工艺
• 1.3.3 湿法除尘脱硫一体化技术
• 1.4 计算流体力学方法介绍
• 1.4.1 CFD 方法
• 1.4.2 CFD 技术特点
• 1.5 CFD 方法在除尘脱硫领域的应用
• 1.5.1 国外研究状况
• 1.5.2 国内的研究状况
• 1.6 本文的研究内容
• 第2章 FLUENT 软件基本理论及应用
• 2.1 FLUENT 软件简介
• 2.2 FLUENT 网格划分
• 2.2.1 网格类型
• 2.2.2 网格的划分
• 2.3 湍流模型
• 2.3.1 湍流模型介绍
• 2.3.2 标准k-ε湍流模型
• 2.3.3 RNG k-ε湍流模型
• 2.4 多相流模型
• 2.4.1 稀疏两相流理论基础
• 2.4.2 离散相模型
• 2.4.3 欧拉模型
• 2.5 求解器
• 2.5.1 数值格式概况
• 2.5.2 求解器使用步骤
• 第3章 伞罩型脱硫除尘塔内气固两相流数值模拟与分析
• 3.1 物理模型简介
• 3.2 网格的划分
• 3.3 基本假设
• 3.4 理论模型的选择
• 3.5 边界条件
• 3.5.1 边界条件介绍
• 3.5.2 DPM 颗粒相边界条件介绍
• 3.5.3 本节边界条件的选择
• 3.6 控制方程组的离散化
• 3.6.1 控制方程的离散化
• 3.6.2 动量方程的离散
• 3.6.3 连续方程的离散
• 3.6.4 压力速度耦合
• 3.7 数值模拟结果及分析
• 3.7.1 单相流分析
• 3.7.2 气固两相相流分析
• 3.8 本章小结
• 第4章 伞罩型除尘脱硫塔内除雾器性能研究
• 4.1 除雾器简介
• 4.1.1 折板除雾器工作原理
• 4.1.2 旋流板除雾器工作原理
• 4.2 除雾器设计
• 4.3 理论模型的选择
• 4.4 边界条件
• 4.4.1 连续相初始条件
• 4.4.2 离散相边界条件
• 4.5 液滴控制方程组的求解
• 4.5.1 单颗粒轨迹方程
• 4.5.2 颗粒的随机轨道模型
• 4.5.3 颗粒与流体之间的相互作用
• 4.6 数值模拟结果及分析
• 4.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 致谢