研究中國大氣污染的現(xiàn)狀得知,工業(yè)燃煤鍋爐排放的顆粒物和SO2是影響我國城市空氣質(zhì)量的主要污染物。隨著空氣污染控制標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格,對空氣凈化設(shè)備也提出了更高的要求,研究和開發(fā)適合中國國情的、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的除塵脫硫技術(shù)與裝置成為當(dāng)前一種迫切的需求。本文在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上研究開發(fā)出一種新型的除塵脫硫裝置—PCF型除塵脫硫洗滌器,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值理論和CFD模擬的方法對該新型裝置進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下： PCF型除塵脫硫洗滌器性能的實(shí)驗(yàn)研究和分析。首先,對實(shí)驗(yàn)用粉煤灰和石灰石粉的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測試和分析；然后,在此基礎(chǔ)上研究了裝置的阻力性能、除塵性能、脫硫性能和脫水性能；同時(shí),根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果給出了PCF型除塵脫硫洗滌器的運(yùn)行工況和結(jié)構(gòu)參數(shù)。 基于濕法除塵機(jī)理,建立了PCF型洗滌器濕法除塵的理論模型。模型建立過程中,將PCF型洗滌器劃分成不同的區(qū)域,重點(diǎn)考慮噴淋區(qū)(初處理室)、自激通道、自激室和內(nèi)筒四部分對顆粒的捕集作用。根據(jù)濕式除塵機(jī)理,分別建立各區(qū)域的除塵子模型,然后將各部分的除塵效率進(jìn)行綜合。利用理論模型預(yù)測了不同操作條件下的除塵效率,并借助實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。 根據(jù)雙膜傳質(zhì)理論,建立了PCF型洗滌器內(nèi)石灰石漿液滴吸收SO2的理論模型。模型以煙氣為研究對象,假定傳質(zhì)速率在一個(gè)控制單元或時(shí)間步長內(nèi)是不變的。用十種離子(Cl-、Ca2+、H+、OH-、SO2(aq)、CO2(aq)、HSO3-、HCO3-、SO32-和C032-)來定義液相的組成,煙氣流動(dòng)過程中考慮了SO2的吸收和CO2的解吸。同時(shí),模型的建立也考慮自激室對煙氣的二次凈化作用。利用理論模型預(yù)測了裝置不同工況下的脫硫效率,并將預(yù)測值和實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了對比以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。通過分析PCF型洗滌器內(nèi)的脫硫過程表明,在實(shí)驗(yàn)研究的范圍內(nèi),在初處理室(噴淋區(qū))內(nèi),SO2的吸收是由氣膜和液膜擴(kuò)散共同控制的。 利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)軟件包中的Fluent軟件對PCF型除塵脫硫洗滌器內(nèi)的流動(dòng)特性及性能進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬中應(yīng)用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格技術(shù)劃分網(wǎng)格,運(yùn)用雷諾應(yīng)力湍流模型(RSM)描述煙氣湍流運(yùn)動(dòng),選用顆粒軌道模型(DPM模型)跟蹤液滴軌跡,采用隨機(jī)漫步模型(DRW模型)考察湍流對液滴運(yùn)動(dòng)的影響,用壓力—速度耦合的SIMPLE算法求解耦合的連續(xù)方程和動(dòng)量方程。 以上的研究表明：①隨著風(fēng)速增大,裝置壓降隨之增大,除塵效率增加不明顯,脫硫效率降低,脫水性能略有提高(一定風(fēng)速范圍內(nèi))。②液氣比對裝置的除塵效率和脫硫效率都有很顯著的影響,液氣比在一定范圍內(nèi)增加時(shí),除塵效率和脫硫效率都會(huì)隨之增加；但液氣比對裝置壓降和出口煙氣含濕量影響不大。③裝有導(dǎo)流板的PCF型洗滌器較無導(dǎo)流板的PCF型洗滌器雖然壓降略有增加,但綜合性能有明顯的提高。④與其他洗滌器相比,PCF型除塵脫硫洗滌器具有壓降低、煙氣處理量大、吸收速率高、脫水性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)。⑤建立的除塵理論模型和鈣基脫硫理論模型都可以有效地預(yù)測新型PCF洗滌器的除塵、脫硫性能。理論預(yù)測值和實(shí)驗(yàn)測定值顯示了良好的吻合性。⑥CFD方法通過將不同工況下的流場、速度場、壓力場、濃度場、液滴軌跡等進(jìn)行了可視化,可以更直觀的觀察現(xiàn)象,揭示洗滌器內(nèi)的流動(dòng)特性,從而加深對流場規(guī)律的理解,具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐意義。 論文在最后,結(jié)合相關(guān)的工程項(xiàng)目,對PCF型裝置在現(xiàn)場中的應(yīng)用情況進(jìn)行了研究分析。研究表明,該裝置凈化后的煙氣粉塵濃度、SO2濃度和煙氣林格曼黑度均低于國家標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)；并且具有顯著的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益,應(yīng)用前景廣闊。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：X701.3

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 高宏亮;覃海華;郭靜;;燃煤工業(yè)鍋爐煙氣濕法脫硫脫硝技術(shù)探討[J];工業(yè)安全與環(huán)保;2014年05期

本文編號(hào)：2817320