【摘要】： 本論文首先介紹了中國大氣污染的現(xiàn)狀,其中工業(yè)燃煤鍋爐排放的顆粒物和SO2仍是影響城市空氣質(zhì)量的主要污染物。目前從國外引進的濕法除塵脫硫技術或關鍵設備需繳納高額的技術引進費和使用費;且我國煤種、經(jīng)濟條件和操作條件又不同,不能照搬國外的濕法除塵脫硫技術。為解決這些問題,研究和開發(fā)適合我國國情的、擁有自主知識產(chǎn)權的除塵脫硫技術與裝置,具有明顯的社會、經(jīng)濟和環(huán)境意義。 本文的研究工作和研究成果包括以下內(nèi)容: (1)在參考國內(nèi)外大量濕法除塵脫硫一體化裝置的研究報道的基礎上,設計出一種新型傘形罩脫硫除塵洗滌器。該裝置壓力損失小;除塵效率高,能有效去除SO2等有毒有害氣體;實現(xiàn)水的循環(huán)利用;體積小;維護方便;運行費用低,適合于中小型燃煤鍋爐的除塵脫硫。(2)取粉煤灰、空氣和水為物系,采用實驗方法對新型傘形罩洗滌器進行研究。先對粉煤灰的理化性質(zhì)進行測試;再在模型實驗裝置上進行漏風率、阻力特性、效率特性和動力消耗實驗。實驗的入口氣速為10 - 18 m/s,含塵濃度為2 - 22 g/m3,液氣比為0 - 0.8 L/m3。實驗結果表明:傘形罩洗滌器的壓降在250 - 750 Pa范圍內(nèi);液氣比為0.2 L/m3時,除塵效率達98.8%以上,動力消耗約216 Pa。(3)利用計算流體動力學(CFD)模擬方法對傘形罩洗滌器進行研究時,先確定計算區(qū)域,采用Gambit建立大小及疏密程度不同的網(wǎng)格。選擇SIMPLE算法,實現(xiàn)速度與壓力的耦合。以實驗測試的數(shù)據(jù)、文獻資料或經(jīng)驗參數(shù)為依據(jù),設置邊界條件。選擇標準的k-ε湍流模型和雷諾應力模型(Reynolds Stress Model, RSM)模擬連續(xù)相,用離散相模型(Discrete Particle Model, DPM)追蹤顆粒運動,預測新裝置的壓降和效率。模擬結果顯示:在入口速度為10.6 m/s,粉塵濃度為2 - 22 g/m3時,裝置的壓降在230 - 250 Pa之間,效率在84 - 86%之間。壓降和效率的模擬值與實驗值的相對誤差分別為4%和10%左右。在入口氣速為12 m/s,液氣比0 - 0.8 L/m3時,采用DPM模型進行氣液兩相的非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬,結果表明:液滴能較好地保持錐形形狀,隨著時間的推移,液滴開始撞擊到傘形罩上,形成液膜并發(fā)生反彈,液滴對氣流有較好地整流作用。在入口氣速為12 m/s,粉塵濃度為6.452 g/m3,液氣比為0 - 0.8 L/m3時,模擬傘形罩洗滌器中氣液固的流動。結果表明液氣比對洗滌器近壁處的氣含率影響很小,對傘形罩內(nèi)部氣含率影響較大,傘形罩內(nèi)部的氣含率隨著液氣比的增加分布更加均勻,噴淋液形成的水幕充滿整個洗滌器,極少部分液滴被煙氣夾帶出去。而水箱附近的固體粒子的體積分數(shù)較大,捕塵效果明顯。(4)為進一步驗證模擬流場的準確性,采用先進的無接觸式粒子圖像測速技術(Particle ImageVelocimeter, PIV),在入口氣速12 m/s時,對關鍵的傘形罩段和入口段的流場進行測試。PIV測試結果顯示:氣流繞過傘形罩時湍動劇烈,在其周圍形成多個小漩渦,傘形罩增加了接觸面積,延長了各相的停留時間,有利于分離凈化。入口段存在較大漩渦,有回流現(xiàn)象。(5)對比模型洗滌器的性能實驗、PIV流場測試實驗和模擬洗滌器的流動特性及性能,結果表明模擬的傘形罩周圍的流場和PIV測試的流場在運動趨勢上一致,證明模擬方法是預測新裝置的性能及使流動可視化的一種有效的方法。實驗為模擬提供了參數(shù),并為驗證模擬結果的可靠性提供了佐證材料。模擬為洗滌器的結構和操作工藝的優(yōu)化提供了依據(jù),可用于此類洗滌器的優(yōu)化設計。(6)利用量綱分析方法推導了阻力相似模型和效率相似模型。對模型洗滌器按相似準則放大10倍后進行模擬,結果表明模型傘形罩洗滌器和放大10倍的洗滌器在速度分布, DPM濃度分布及流動特性方面很類似,傘形罩洗滌器的相似�；癁楣こ虒嶋H應用提供理論依據(jù),為產(chǎn)品的放大設計進一步提供理論基礎。 本文改變傳統(tǒng)的設計方法:小試-中試-推廣的路線。采用實驗和模擬研究相結合的方法,對洗滌器進行預測與評價,揭示洗滌器內(nèi)的流動特征,從而加深對流場規(guī)律的理解,有很強的工程實踐意義。兩者的有效結合可縮短設備的開發(fā)時間,減少實驗和設計成本,具有良好的經(jīng)濟效益。模擬過程在計算機上完成,可減少實驗工作量,減少對環(huán)境的污染,有很好的環(huán)境效益。
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：X701
【圖文】：

圖 1. 1 2006 年全國酸雨發(fā)生頻率區(qū)域分布圖Fig.1.1 National acid rain occurrence frequency zone distributation in the 2006 year圖 1. 2 2006 年全國酸雨區(qū)域分布圖

4圖 1. 2 2006 年全國酸雨區(qū)域分布圖Fig.1.2 National acid rain zone distributation in the 2006 year主要包括浙江、江西、湖南、福建、貴州、重慶的大部分地區(qū), 以及長江、珠三角洲地區(qū)。與上年相比，全國酸雨分布區(qū)域保持穩(wěn)定。1.1.2 廢氣中主要污染物排放量近年來隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展, 煤炭消耗逐年增加。據(jù)有關部門統(tǒng)計, 2000 年2005 年 5 年間我國煤炭消耗量增加了近 8 億噸, 其中火電廠就增加了 5.02 億噸。燃煤所產(chǎn)生的各種污染物也隨之增長；SO2和煙塵排放量分別增加了 554 萬噸和 萬噸, 其中火電廠增排的二氧化硫就達到了 808 萬噸。這足以說明我國的環(huán)境污染勢的嚴峻性。我國富煤、貧油、少氣的能源資源特點和經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展決定了

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本文編號：2722389