本文關(guān)鍵詞：噴淋塔氨法脫碳的實驗研究和數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：碳捕集和封存技術(shù)(CCS)是減少電廠煙氣CO_2排放的重要手段。氨法脫碳技術(shù)具有脫除效率高、擔載量大、不易被煙氣中的氧氣降級、腐蝕性小、再生能耗低以及副產(chǎn)品可資源化利用等特點,成為一種有發(fā)展前景的脫碳技術(shù),但也存在著氨揮發(fā)造成二次污染等問題。本文自行設(shè)計并建造了氨水脫除煙氣中CO_2的噴淋塔實驗臺,進行了對模擬煙氣中CO_2連續(xù)脫除的實驗,研究了氨水濃度、氨水流率、煙氣流率、CO_2濃度、溫度以及噴嘴流率及其組合方式等參數(shù)對CO_2脫除效率、出口氨濃度以及脫除單位摩爾CO_2的氨揮發(fā)量的影響規(guī)律。實驗結(jié)果表明：采用噴淋塔,CO_2脫除效率可以高達93%；提高氨水濃度和增大氨水流率均可以顯著提高CO_2脫除效率,但出口氨濃度均顯著增加,對脫除單位摩爾CO_2的氨揮發(fā)量的影響規(guī)律均不是單調(diào)的；當氨水濃度從6%增加到8%,脫除單位摩爾CO_2的氨揮發(fā)量減小,當氨水濃度從8%增加到12%時,脫除單位摩爾CO_2的氨揮發(fā)量明顯增加；而當氨水流率從1L/min增大到2L/min時,脫除單位摩爾CO_2的氨揮發(fā)量減小,當氨水流率從2L/min增大到3L/min時,脫除單位摩爾CO_2的氨揮發(fā)量略有增加；增加入口煙氣流率和CO_2濃度會使出口氨濃度和脫除單位摩爾CO_2的氨揮發(fā)量均降低,但CO_2脫除效率也降低；氨水溫度小于35℃時,氨水溫度和煙氣溫度對CO_2脫除效率和出口氨濃度的影響很小。根據(jù)實驗結(jié)果,分析了上述參數(shù)對體積總傳質(zhì)數(shù)的影響規(guī)律,擬合得到體積總傳質(zhì)數(shù)與氨水摩爾濃度、氨水通量和煙氣通量的關(guān)聯(lián)式。此外,本文基于雙膜理論建立了氣液兩相流動、傳熱、傳質(zhì)相耦合的噴淋塔內(nèi)氨水吸收CO_2的模型,在FLUENT軟件平臺上進行數(shù)值計算,預(yù)測了噴淋塔內(nèi)氣液兩相的流場、溫度場、壓力場和CO_2濃度場,并將數(shù)值模擬結(jié)果和上述實驗數(shù)據(jù)進行對比,從而驗證模型。研究發(fā)現(xiàn)：CO_2濃度在塔內(nèi)的徑向分布不均勻,這是氣相速度在徑向的偏差引起的局部湍流和局部液氣比變化共同作用的結(jié)果；在本文建立的模型上,噴嘴霧化角度選擇40°較宜；隨著液滴粒徑的增大,CO_2脫除效率和體積總傳質(zhì)數(shù)逐漸降低；隨著液滴的噴射速度增大,CO_2脫除效率和噴淋塔的體積總傳質(zhì)數(shù)也逐漸降低,主要是由于液滴的停留時間降低引起塔內(nèi)氣液傳質(zhì)面積減少的緣故；塔高越高,煙氣在塔內(nèi)停留時間越長,CO_2脫除效率和體積總傳質(zhì)數(shù)也越大。最后,采用正交試驗設(shè)計方法研究表明,各因素影響CO_2脫除效率的主次順序為：氨水濃度氨水流率空氣流率CO_2濃度氨水溫度煙氣溫度。
【關(guān)鍵詞】：氨法脫碳 噴淋塔 CO_2脫除效率 氨逃逸 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X773
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 主要符號表8-13
• 第一章 緒論13-28
• 1.1 課題背景13-16
• 1.1.1 溫室效應(yīng)與二氧化碳排放13-14
• 1.1.2 我國二氧化碳排放特點14-15
• 1.1.3 二氧化碳捕集技術(shù)15-16
• 1.2 氨法捕集二氧化碳技術(shù)16-18
• 1.2.1 氨法捕集二氧化碳的優(yōu)缺點16-17
• 1.2.2 氨法脫碳的反應(yīng)機理17-18
• 1.3 氣液傳質(zhì)原理18-24
• 1.3.1 氣液傳質(zhì)過程18-20
• 1.3.2 化學(xué)吸收過程20-22
• 1.3.3 氣液傳質(zhì)設(shè)備22-24
• 1.4 氨法脫碳的研究現(xiàn)狀24-26
• 1.4.1 氨法脫碳的實驗研究現(xiàn)狀24-25
• 1.4.2. 氨法脫碳的數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀25-26
• 1.5 本文研究內(nèi)容及技術(shù)路線26-28
• 1.5.1 研究目的26-27
• 1.5.2 研究內(nèi)容27
• 1.5.3 研究路線27-28
• 第二章 氨法噴淋脫碳實驗平臺28-39
• 2.1 實驗系統(tǒng)和設(shè)備28-33
• 2.1.1 實驗系統(tǒng)組成28-31
• 2.1.2 實驗主要設(shè)備和材料31-33
• 2.2 參數(shù)測量儀器和方法33-36
• 2.2.1 流量測量33-34
• 2.2.2 初始CO_2濃度測量34
• 2.2.3 新鮮氨水的濃度測量34-35
• 2.2.4 樣氣中CO_2和NH_3濃度測量35-36
• 2.3 實驗步驟36
• 2.4 實驗重復(fù)性驗證36-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第三章 噴淋塔氨法脫碳的實驗研究39-56
• 3.1 氨法脫碳過程中參數(shù)定義和計算39-41
• 3.1.1 氣相體積總傳質(zhì)數(shù)39-40
• 3.1.2 CO_2脫除效率40
• 3.1.3 脫除單位摩爾CO_2的氨揮發(fā)量40-41
• 3.2 主要運行參數(shù)對氨法脫碳的影響41-50
• 3.2.1 氨水濃度的影響41-42
• 3.2.2 氨水流率的影響42-44
• 3.2.3 入口CO_2濃度的影響44-46
• 3.2.4 煙氣流率的影響46-47
• 3.2.5 氨水溫度的影響47-49
• 3.2.6 煙氣溫度的影響49-50
• 3.3 重要參量的關(guān)聯(lián)50-53
• 3.4 其它因素的影響53-55
• 3.4.1 O_2的影響53
• 3.4.2 噴嘴流率組合方式的影響53-55
• 3.5 本章小結(jié)55-56
• 第四章 噴淋塔氨法脫碳的數(shù)值模擬56-80
• 4.1 物理模型和網(wǎng)格劃分56-57
• 4.2 數(shù)學(xué)模型57-62
• 4.2.1 連續(xù)相控制方程57-58
• 4.2.2 離散相控制方程58-59
• 4.2.3 液滴粒徑分布59
• 4.2.4 多孔介質(zhì)模型59-60
• 4.2.5 CO_2吸收模型60-62
• 4.3 研究工況及邊界條件62-63
• 4.4 典型工況的模擬結(jié)果和討論63-71
• 4.4.1 塔內(nèi)參數(shù)分布及驗證63-69
• 4.4.2 吸收模型的對比驗證69-71
• 4.5 部分操作參數(shù)的影響71-78
• 4.5.1 液滴粒徑對氨法脫碳過程的影響71
• 4.5.2 噴射速度對氨法脫碳過程的影響71-72
• 4.5.3 塔高對氨法脫碳過程的影響72-73
• 4.5.4 霧化角度對氨法脫碳過程的影響73-74
• 4.5.5 正交試驗74-78
• 4.6 本章小結(jié)78-80
• 第五章 總結(jié)與展望80-83
• 5.1 全文的主要結(jié)論80-81
• 5.2 主要創(chuàng)新點81-82
• 5.3 進一步工作及建議82-83
• 參考文獻83-87
• 作者簡介87-88
• 致謝88

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本文編號：302587