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工业锅炉湿法脱硫喷淋塔流场优化与传质数值模拟

作　者: 王建峰
导　师: 杜谦
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 烟气脱硫喷淋塔数值模拟流场优化气液传质
分类号: X701.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

工业锅炉是仅次于燃煤发电锅炉的第二大煤烟型污染源,随着我国环保要求的提高,小型工业锅炉也要求加装脱硫设施。湿法烟气脱硫是目前世界上应用最广泛最成熟的技术,在该技术应用塔型中,喷淋塔占主导地位。针对东北地区高寒、燃用低硫煤的特点,采用热烟气再热的简易湿法烟气脱硫技术是一种适用小型工业锅炉的经济安全的脱硫技术。但采用热烟气再热会损失部分脱硫效率,为满足环保要求,需采用高效脱硫塔。针对工业锅炉喷淋塔小型化的特点,有必要开展提高喷淋塔性能的研究。本文根据东北地区实际运行工业锅炉的喷淋塔进行流场优化及传质数值计算,为该系统优化提供依据。本文采用商用软件Fluent,首先选取已有文献小型喷淋塔为研究对象,以验证选取模型及算法的合理性,结果表明模型及算法可以放大到实际塔体;然后模拟了实际塔体塔内相关参数的变化规律,并分析了SO2在塔内吸收变化规律;最后对某实际运行的工业锅炉小型湿法烟气脱硫喷淋塔进行了模拟以优化设计。本文采用已有文献小型塔体进行模型验证,模拟结果表明,本文模拟中做出的基本假设、选取Realizable k-ε模型、SIMPLE算法和离散化方式合理,可以应用到实际塔体中进行模拟。本文针对某实际运行工业锅炉喷淋塔内参数变化规律进行了研究。模拟结果表明:随高度增加压降、温度和SO₂浓度呈现先增加后减小的总体变化规律。本文最后对某工业锅炉小型喷淋塔塔体结构和内构件进行了优化。结果表明:综合压降、温度、速度和脱除效率等,烟气入口建议采用10°;烟气入口宽度和塔径比选用0.8;喷淋层交叉角度选取30°;烟气出入口布置方式采用同侧布置,但需根据实际空间决定布置方式;“雨披环”采用下倾角度60°、长度为200mm、安装两层。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题背景及意义  9-13
    1.1.1 背景  9-12
    1.1.2 意义  12-13
  1.2 国内外研究动向  13-15
    1.2.1 国内研究综述  13
    1.2.2 国外研究综述  13-15
  1.3 研究内容和目的  15-16
第2章数值模拟及数学模型建立简介  16-23
  2.1 CFD 模拟简介  16-17
    2.1.1 数值计算方法  16-17
    2.1.2 CFD 软件  17
  2.2 数值模拟  17-22
    2.2.1 气相方程  17-19
    2.2.2 离散相方程  19-20
    2.2.3 模型方程及算法  20-22
  2.3 本章小结  22-23
第3章喷淋塔内流动特性及脱硫效率预测模型验证  23-35
  3.1 模拟对象  23-24
  3.2 数学模型建立  24-27
    3.2.1 基本假设  24-25
    3.2.2 SO_2 吸收模型  25-26
    3.2.3 网格划分  26-27
  3.3 结果对比  27-33
    3.3.1 未加喷淋的对比  27-29
    3.3.2 喷淋条件下运行参数对比  29-33
    3.3.3 脱硫效率对比  33
  3.4 本章小结  33-35
第4章喷淋塔塔内参数分析  35-40
  4.1 模型及算法  35-36
    4.1.1 喷淋塔基本参数  35
    4.1.2 网格划分  35-36
    4.1.3 边界条件及算法  36
  4.2 结果分析  36-39
    4.2.1 压力  36-37
    4.2.2 温度  37-38
    4.2.3 SO_2 浓度  38-39
  4.3 本章小结  39-40
第5章喷淋塔优化设计及结果分析  40-66
  5.1 优化基本原则  40-41
  5.2 雨披环结构  41
  5.3 优化结果分析  41-65
    5.3.1 烟气入口角度  41-47
    5.3.2 烟气入口比例  47-51
    5.3.3 烟气出入口布置  51-54
    5.3.4 喷淋层交叉角度  54-56
    5.3.5 雨披环优化结果  56-65
  5.4 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-73
攻读硕士学位期间发表论文及其它成果  73-75
致谢  75

工业锅炉湿法脱硫喷淋塔流场优化与传质数值模拟

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