高速水平钙法脱硫反应器的研发与优化

作     者：余创 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢刚;侯彦青;田林

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：卧式脱硫塔 欧拉-拉格朗日模型 仿真模拟 螺旋喷头 

摘      要：随着我国对环境形势关注日渐增加和国家对环保标准的逐步提高,二氧化硫烟气排放问题日益受到人们的重视。中国铝工业经过70余年的发展,整体技术达到了国际先进水平,随着技术的进步,主要工业污染物如含氟气体的排放得到有效的治理,但工业废气中二氧化硫治理相对滞后。国家2010年9月发布实施《铝工业污染物排放标准》(GB25465-2010)新标准规定,电解铝工业企业生产过程烟气二氧化硫排放浓度限值从400mg/m(N)调整到200mg/m(N)。因此,削减和控制铝工业烟气二氧化硫排放任务十分艰巨和紧迫。卧式喷雾脱硫塔是美国近些年发展起来的高效低成本钙法脱硫除尘新技术,与普通立式洗涤塔脱硫技术相比,它具有投资省,结构紧凑,占地面积小,生产运行操作等特点,但是目前国内对此的研究较少。因此,要加快实现卧式喷雾脱硫塔烟气脱硫技术的国产化,就必须对其脱硫过程进行探究。本文针对卧式脱硫塔脱硫过程进行了以下几个方面的研究:首先基于卧式脱硫塔内部关键部件螺旋喷头实际物理结构,采用欧拉-拉格朗日模型进行了数学建模,对其雾化过程进行模拟。模拟发现其雾化锥角值随入口压力的增加而逐渐增加到最大值,最大雾化锥角与喷头的内径有关。同时液滴的轴向速度和径向速度也随压力的增加而逐渐增加,通过模拟数据非线性回归,拟合得到最大轴向速度与喷头之间距离的经验方程。其次通过建立卧式脱硫塔烟气流动模型,研究对比了烟气在不同入口速度、不同入口方向、不同入口方式下脱硫塔内部速度、压力、湍流量分布情况,研究发现烟气入口速度的提高对塔内烟气运动轨迹的影响不大,塔内压降和湍流动能也会随之增加,但塔内低压回流区面积会逐渐减小。当烟气入口速度为5m/s时,脱硫塔内压力分布最为均匀,有利于脱硫反应的进行。烟气沿水平方向进入脱硫塔内时,速度波动性较小,速度分布较为均匀,烟气流动较为平稳,塔内整体性能较好。渐扩式圆形管入口方式设计要优于直通式圆形管入口方式设计。最后在结构模拟优化后的脱硫塔设计基础上,采用钙法脱硫工艺作为处理手段,对影响脱硫效率的浆液p H值、液气比、钙硫比、SO浓度等参数进行了实验研究,分析各参数对脱硫效率的影响。结果表明当烟气中SO浓度在200～300mg/m(N),液气比为15/1、钙硫比为1/1、吸收液p H值为7.0条件下卧式脱硫塔的SO脱除率高达90%以上。反应器脱硫处理后烟气二氧化硫排放浓度≤200mg/m(N)达到了GB2546-2010铝工业污染物排放标准。