热烟气环境下脱硫废水液滴蒸发特性研究进展

利用热烟气作为热源喷雾蒸发脱硫废水具有工艺简单、处理效率高等优点,但脱硫废水液滴蒸发机制不清是各种热烟气蒸发工艺存在的共性问题。本文综述了脱硫废水热烟气蒸发工艺中液滴（群）蒸发特性研究,首先介绍了脱硫废水液滴在高温烟气中的蒸发过程,指出其蒸发过程与纯水滴存在明显差异,原因在于盐溶液蒸汽压降效应及析盐成壳。进而分析了脱硫废水烟道蒸发工艺中液滴群蒸发实验研究现状,总结过程参数如烟温、烟速及废水水质对蒸发的影响。接着介绍了相关数值模拟研究及干燥动力学模型,用于获取工艺参数和不同水质脱硫废水蒸发特性的内在关联。同时为获得干燥动力学模型所需脱硫废水蒸发信息,简述了单液滴蒸发测试技术及其在含固含盐液滴蒸发中的相关研究。最后提出可将反应工程法模型耦合CFD精确描述脱硫废水液滴蒸发进程,将宏观尺度下液滴群蒸发信息和单液滴蒸发特性结合,揭示脱硫废水液滴蒸发的内在机制。     

喷嘴雾化特性及脱硫废水蒸发数值模拟

利用相位多普勒粒度分析仪（PDA）实验台测量了双流体喷嘴出口速度与粒径分布,利用得到的速度与粒径数据对江苏某生物质电厂进行小水量脱硫废水蒸发的数值模拟,着重研究了液滴粒径以及烟气中水蒸气的体积分数对液滴蒸发过程的影响。PDA实验结果表明,该双流体喷嘴在特定气液比条件下出口粒径均小于100μm。应用离散相模型与随机轨道模型,利用Rosin-Rammler分布模拟喷雾液滴分布范围（0～100μm）。模拟结果表明,粒径低于100μm的液滴能够完全蒸发,液滴粒径越小,完全蒸发时间越短,液滴经历的平稳吸热时间越短。随着粒径的增加,液滴完全蒸发时间增幅变大。随着烟气中水蒸气体积分数增加,液滴蒸发速率变缓,液滴开始蒸发的时间延长,且体积分数越大,出口未蒸发完全的液滴直径越大,但出口液滴粒径增大的幅度在减小。     

石灰石-石膏脱硫喷淋塔吸收区高度计算模型

从液滴受力分析入手,建立了喷淋塔的比表面积和传质速率方程,将吸收区划分为变速段与恒速段,推导了吸收区高度的计算模型,引用工业脱硫塔实际的工艺数据验证了模型的正确性,讨论了操作参数对吸收区高度的影响。结果表明,增加喷淋密度、提高吸收液pH值、减小液滴直径,均可降低吸收区高度;提高操作气速、增大烟气入口SO₂浓度,吸收区高度增加;脱硫率随塔高而增加,但当脱硫率超过90%以后,增加塔高对脱硫率的影响不大。     

石灰石-石膏脱硫喷淋塔吸收区高度计算模型

从液滴受力分析入手,建立了喷淋塔的比表面积和传质速率方程,将吸收区划分为变速段与恒速段,推导了吸收区高度的计算模型,引用工业脱硫塔实际的工艺数据验证了模型的正确性,讨论了操作参数对吸收区高度的影响。结果表明,增加喷淋密度、提高吸收液pH值、减小液滴直径,均可降低吸收区高度;提高操作气速、增大烟气入口SO2浓度,吸收区高度增加;脱硫率随塔高而增加,但当脱硫率超过90%以后,增加塔高对脱硫率的影响不大。     

石灰石-石膏湿法喷淋脱硫模型研究

分析了石灰石-石膏湿法脱硫过程,提出了合理假设,建立了喷淋塔内液滴的运动微分方程、液相离子的平衡关系以及气液传质过程的数学模型,考察了不同操作参数对脱硫率的影响。结果表明,脱硫率随吸收液p H值及喷淋密度的增大而增大,随液滴直径、烟气流速、入口SO2浓度及温度的增大而减小,其中液滴直径、吸收液p H值及喷淋密度对脱硫率的影响较显著,温度对脱硫率影响不大;脱硫率的模型计算值与实际值吻合较好,该模型可为石灰石-石膏湿法喷淋脱硫系统优化提供参考。     

喷淋塔氨法烟气脱硫模型与实验研究

在氨法烟气脱硫喷淋塔的实验系统上对影响氨法脱硫效率的几个主要因素进行了实验研究。实验结果表明：提高液气比和浆液pH值、降低烟气温度和烟气空塔气速均可以提高脱硫效率。在双膜理论的基础上,通过对氨法脱硫过程中SO₂传质速率方程和螺旋型喷嘴液滴直径大小关联式的分析,建立了喷淋塔氨法脱硫的数学模型。利用该模型对影响氨法脱硫效率的几个主要因素进行计算,并与实验结果进行比较,实验数据和模型计算值基本吻合。     

玻璃熔窑烟气脱硫系统脱硫效率的研究

建立了玻璃熔窑烟气脱硫过程中脱硫效率的数学模型,计算分析并讨论了液滴初始粒径、液滴初始速度、烟气入口温度、烟气入口速度和SO2入口浓度等因素对脱硫效率的影响.这些研究为脱硫装置的结构优化和运行提供理论指导.     

湿法烟气脱硫塔内传递与化学反应过程CFD模拟

以某330 MW燃煤发电机组湿法烟气脱硫塔为研究对象,采用欧拉-拉格朗日方法建立了塔内气-液两相流动、热质交换模型,以溶解平衡、质量守恒及电荷守恒描述浆液内13种溶质组分瞬时化学反应特性,通过用户自定义函数实现流动模型与传质模型、化学反应模型的耦合。基于上述模型预测了脱硫塔内气-液两相流动、液滴蒸发与SO_2化学吸收过程,获得了SO_2浓度与浆液pH的径向分布特性,详细分析了气-液流动对化学吸收特性的影响,结果表明局部液气比分布特性是影响SO_2径向分布的关键因素之一,可通过调控近壁区及主管道区的两相流动状态提高脱硫塔的吸收性能;随着气相侧SO_2浓度提高或液滴粒径减小,浆液pH下降速率增大且各化学组分浓度达到稳定状态用时缩短。     

湿法烟气脱硫塔内传递与化学反应过程CFD模拟

以某330 MW燃煤发电机组湿法烟气脱硫塔为研究对象，采用欧拉-拉格朗日方法建立了塔内气-液两相流动、热质交换模型，以溶解平衡、质量守恒及电荷守恒描述浆液内13种溶质组分瞬时化学反应特性，通过用户自定义函数实现流动模型与传质模型、化学反应模型的耦合。基于上述模型预测了脱硫塔内气-液两相流动、液滴蒸发与SO₂化学吸收过程，获得了SO₂浓度与浆液pH的径向分布特性，详细分析了气-液流动对化学吸收特性的影响，结果表明局部液气比分布特性是影响SO₂径向分布的关键因素之一，可通过调控近壁区及主管道区的两相流动状态提高脱硫塔的吸收性能；随着气相侧SO₂浓度提高或液滴粒径减小，浆液pH下降速率增大且各化学组分浓度达到稳定状态用时缩短。     

转炉蒸发冷却器换热效率数值模拟

基于国内某钢厂65 t转炉蒸发冷却器运行参数,采用CFD方法的离散相模型模拟了蒸发冷却器内雾化液滴与高温烟气间的换热效率,考察了单个液滴粒径、雾化液滴粒径分布对换热效率的影响。结果表明,模拟结果与实际运行参数吻合较好,计算的出口温度为468 K,实际为483 K,相对误差为3.1%,模型可靠。粒径小于300 μm的雾滴均能在0.62 s内蒸发完全,不同粒径的雾滴完全蒸发所需时间最高相差20多倍。液滴与高温烟气的换热效率受粒径分布影响较大,中位粒径d50=340 ?m和d50=95 ?m的雾滴在同一截面的平均温度可相差70 K。烟气温度下降先快后慢,最后趋于平稳,烟气主要降温区域为喷嘴下游3.5 m内。     

Simulation analysis of gas–solid flow characteristics and water evaporation in flue gas semi-dry desulphurization process based on CPFD method

The gas–solids flow in an industrial-scale semi-dry method desulphurization tower is simulated by the computational particle fluid dynamics (CPFD) approach. Compared with previous studies on desulphurization towers, this study focuses on analyzing particle distribution characteristics such as particle volume fraction, temperature distribution, and residence time. The simulation fully considered the particle–fluid, particle–particle, and particle–wall interactions in the desulphurization tower. Based on these considerations, the effects of flue gas inlet velocity and temperature on the gas–solid distribution characteristics of the desulphurization tower are simulated. An optimization scheme for adjusting the gas–solid flow in the desulphurization tower is proposed. The research results show that the error between the CPFD simulation data and experimental data is small and the changing trend is consistent. The particles in the bed of the desulphurization tower show a typical core–annulus flow. The distribution of gas and particles in the bed has a serious deviation with the increase of the flue gas inlet velocity and temperature. As the axial height of the desulphurization tower increases, the flue gas velocity, temperature, particle concentration, and water vapour distribution in the bed become more uniform. The relatively stable operating conditions for the gas–solid flow in the desulphurization tower is that the flue gas inlet velocity and temperature are 15 m/s and 393 K, respectively. Under these operating conditions, the pressure loss caused by the venturi accounted for 73.6% of the total pressure loss of the desulphurization tower. When the particle radius is between 0–150 μm, the particle size and the flue gas inlet velocity have the greatest influence on the particle residence time. Finally, the distribution of gas and particles before and after the adjustment of the desulphurization tower is compared, which showed that adjusting the bottom structure of the desulphurization tower could optimize the gas–solid flow.     

热风分布器结构对脱硫废水旋转喷雾蒸发特性影响的数值模拟

针对脱硫废水旋转喷雾蒸发过程，建立了气液两相流动及传热传质模型，并利用该模型对某电厂300MW机组的脱硫废水蒸发过程进行了模拟，研究了热风分布器中导流板的角度和数量对干燥塔内流场、废水雾滴运动与蒸发的影响。结果表明：外导流板角度对喷雾干燥塔内流场影响比内导流板大，随着外导流板角度的增加，热烟气进入喷雾干燥塔的旋转作用更加明显，外导流板角度为32°时烟气旋流作用最好；随着内导流板角度的增加，液滴轴向运动最远距离减少，同时内导流板角度的改变对喷雾干燥塔内液滴完全蒸发时间的影响大于外导流板，内导流板角度为0°时液滴蒸发时间最短；内导流板数量对喷雾干燥塔内流场、液滴的运动和蒸发影响较小，随着内导流板数量的增加，干燥塔内流场、液滴运动距离和完全蒸发时间趋于稳定，综合考虑烟气导流与风压损失，建议内导流板数量取为24片。     

转炉一次除尘新OG系统高效喷淋塔喷嘴布置方式对喷淋特性的影响

采用离散相模型对新OG系统高效喷淋塔入口段及主体段喷嘴的布置方式进行数值模拟,考察了喷嘴喷射方向和喷淋层数对雾化场气流分布和降温效果的影响。结果表明,喷嘴的喷射方向和塔内的喷淋层数对雾化场的气流分布和降温效果影响较大;喷淋塔入口段采用逆流喷射时,出口截面的速度分布最均匀且降温效果最好;高效喷淋塔的主体段的喷淋层数为5时,塔内烟气的速度流场较均匀,且中心区域的气流速度为2~4 m/s,有助于延长气体与液滴的作用时间;随喷淋层数增加,塔内温度梯度变化增大,水蒸气质量分数分布与温度分布对应,塔内的平均湍动能逐渐增高。     

转炉一次除尘新OG系统高效喷淋塔喷嘴雾化特性的模拟

利用离散相模型对转炉一次除尘新OG系统高效喷淋塔内喷嘴的雾化特性进行模拟,分析了喷射角度、喷射压力、喷射流量及喷嘴水平间距等因素对雾化场索太尔平均直径(SMD)和蒸发效率的影响. 结果表明,在一定范围内随喷射角度增加,液滴在雾化场中的覆盖面增大,液滴驻留时间变长,蒸发效率增加,雾化场SMD减小,喷射角度大于60o时,SMD值减小缓慢. 随喷射压力增大,液滴蒸发效率增加,雾化场SMD减小,压力大于1.0 MPa时对SMD的影响较小. 随喷射流量增加,液滴蒸发效率减小,雾化场SMD增加,流量小于0.15 kg/s时,SMD增加幅度偏小. 两喷嘴水平间距越大,液滴分布面积越大,但对雾化场SMD影响较小. 在一定条件下,喷嘴间距约为800 mm时,截面速度分布较均匀.     

活性炭脱硫富集烟气制酸系统技术改造实践

介绍了新450m^2烧结机烟气活性炭脱硫富集烟气制酸系统流程和存在问题。针对喷淋塔进口烟气温度偏低、泡沫柱高度不足、干燥塔进口尘含量超高、分酸槽内酸泥堆积严重、成品酸色度差等问题采取有效改造措施。改造后系统运行正常,产品酸清澈透明。     

氧化锰矿浆脱硫制硫酸锰反应塔设计与应用

以处理某锰企电解锰渣煅烧装置产生的高浓度SO2烟气的脱硫反应塔为例,将该反应塔与石灰石-石膏湿法脱硫塔进行对比及分析,并对反应塔的选型、塔主体结构和防腐处理进行介绍.氧化锰矿浆脱硫制硫酸锰技术的核心设备是反应塔.反应塔内脱硫浆液与含硫烟气逆流接触反应,脱硫后的烟气达标排放,反应生成硫酸锰浆液返回电解锰车间回收处理.反应塔设计进口烟气量为135300 m3/h,烟气中φ(SO2)最高可达9.07%.运行结果表明,该反应塔运行稳定,浆液混合均匀,系统无堵塞和可见腐蚀,出口气体ρ(SO2)≤200 mg/m3,锰浸出率最高可达90%.     

喷淋塔液滴粒径分布及比表面积的实验研究

以水和空气为实验介质,通过拍照法获得喷淋塔内液滴粒径分布,考察了不同喷淋量及空塔气速对塔内不同高度处液滴Sauter平均直径(SMD)的影响,并对液滴粒径分布进行了理论分析.结果表明,喷淋塔顶部液滴分布密集,底部稀疏,液滴群在下落过程中,平均粒径减小且趋于均匀化;塔顶处液滴SMD随喷淋量的增加而增大,处在塔中下部的液滴SMD则随喷淋量增大而减小,提高空塔气速,可减小平均粒径;理论分析认为,液滴粒径减小主要是由于发生了碰撞破碎的缘故,而塔内液滴大小不一是碰撞的主要原因;通过量纲1化拟合得到喷淋塔内液滴SMD经验关联式,其计算结果与实验值吻合较好;考虑液滴破碎的喷淋塔比表面积比不考虑破碎的比表面积大70%左右.     

喷淋塔氨法脱硫实验研究

文章在喷淋实验塔中,研究了氨法烟气脱硫的特性。将空气和气态二氧化硫按一定比例混合后的气体作为模拟烟气,用氨水作为脱除二氧化硫的吸收剂,对模拟烟气的进气温度、进气浓度、气速、液气比以及吸收液的pH五个因素对脱硫率的影响进行了逐一考察,获得了各因素与脱硫率之间的关系,并得到较适宜的操作参数。实验结果表明：随着液气比和吸收液pH的增大,脱硫率增大。随着模拟烟气进气温度、进气浓度和气速的增大,脱硫率降低。其中温度因素对脱硫率的影响不明显。实验得到适宜的操作参数为：常温下,模拟烟气气速为2．0m／s,液气比为10,pH为6．4时,对浓度为2000mg／m^3的烟气操作,收率可维持在85％以上,并在理论上对各因素和脱硫率之间的内在联系作了理论分析。     

喷射鼓泡塔海水脱硫特性

为探究以海水作为脱硫剂在喷射鼓泡塔上的脱硫特性,通过改变废气流量、海水温度、浸液深度、SO₂进口浓度和O₂浓度等操作参数,在自主设计和搭建的喷射鼓泡塔实验平台上进行了船舶模拟废气的脱硫实验。实验结果表明:在喷射鼓泡塔上,海水对SO₂的吸收容量为3.682 mmol·L^-1,约是去离子水的3.92倍;脱硫效率随废气流量、海水温度和SO₂进口浓度的升高而降低,随浸液深度和O₂浓度的升高而升高,与脱硫时间呈线性下降关系。液相总传质系数随废气流量和海水温度的增加而增加,其中废气流量的影响幅度较小,仅为3.16%。增加O₂浓度可显著提高海水对SO₂的吸收容量,O₂浓度从0%增至12%时,海水的吸收容量从3.682 mmol·L^-1增至7.463 mmol·L^-1。