论文摘要
喷雾干燥法烟气脱硫技术具有占地面积小、无二次污染、无腐蚀及又有脱硫效率较高等优点而得到较为广泛的应用,但作为其技术支撑的喷雾干燥净化机理的研究却显得相对落后。喷雾干燥过程是一个很复杂的流动、传热、传质与化学反应的过程,虽然有很多这方面的研究,由于其机理的很多方面还未被很好的认识和理解,这阻碍了该技术的进一步应用和发展,所以进一步进行喷雾干燥塔内气液两相流动与传热传质动态特性的研究是非常必要的。于此,本文在深入分析喷雾干燥法烟气脱硫技术的研究现状基础上,优化设计了烟气流量为580Nm3/h的喷雾干燥净化装置,同时,建立了不同于传统喷雾模式的逆向喷雾物理模型,并对气相采用RNG/κ-ε湍流模型,喷射的浆液相用颗粒轨道模型,应用Euler-Lagrange方法数值研究了SDA（Spary Drying Absorber）内部气液两相流动规律,并重点考察了不同喷射位置、不同喷射压力和不同烟气进口流速下脱硫塔烟气流动特性与雾化浆滴运动特性、蒸发特性,以及雾化浆滴与高温烟气间的传热传质动态特性的变化规律,得出如下有意义的结果:①分析无喷射浆液时加均流板前后气相流场特性发现未加均流板容易造成贴壁,其流场存在显著的不对称性,进气口对面一侧的流速大于进气口侧的流速,并且在进气口一侧存在较大的回流。加均流板后流场得到明显改善,基本呈对称性,流动更加均匀。②对加均流板的SDA逆向喷射,与无喷射气相场相比,由于初始浆滴速度与气相间的速度差较大,浆滴对塔内烟气流场有明显扰动作用。③喷射高度是影响SDA内流动特性的重要因素,喷射过高或过低都会造成整个塔体内流场分布不均、扰动不足以及蒸发速率过快。烟气进口流速是影响SDA内流场流动特性的主要因素,流速过快会造成烟气与浆液接触时间不充分,过低会增加运行成本。当浆液喷射压力过大时,浆液冲到均流板上部;过小时喷射的射程不够充分,与烟气接触的时间短,这些都会影响脱硫效率。④研究结果表明,运行的最佳参数是浆液喷射高度为2m、喷射压力为6MPa、烟气进口流速为4m/s,此种搭配模式对于增强传热传质和提高脱硫效率方面有较好的结果。⑤在SDA最佳运行参数下,分析了不同粒径的颗粒其运动位移与速度变化特性,结果表明粒径太大由于冲量大,喷射的行程长,与热烟气接触时间长,且容易喷射到均流板上面去,粒径太小,蒸发太快。故合适的雾化浆滴的粒径对提高传热和脱硫效率有重要意义。⑥由动态模型计算三种不同粒径时的浆滴温度、烟气温度、SO2浓度、浆滴中水分质量以及浆滴中固体质量随时间的动态变化情况,研究发现随着时间的增加,SO2的体积浓度逐渐减小,吸收效率是逐渐增加的,并且随着粒径增大,浆滴的存在时间延长,烟气进出口温差越大。⑦考察粒径为80μm的单颗粒浆滴,首次将数值计算与动态特性模拟结合起来,利用烟气温度沿着运动轨迹的变化作为运行参数,研究了吸收剂吸收SO2的动态变化特性,结果发现烟气温度增加,吸收效率也随着增加,在烟气出口处吸收效率可达84%。本文的研究为以后应用于中小型喷雾干燥技术工程领域的技术创新与进步奠定理论基础,具有重要的学术意义和工程实际意义。