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基于新型液包气喷嘴的湿法烟气脱硫喷淋塔结构优化研究

作　者: 余海龙
导　师: 刘定平
学　校: 华南理工大学
专　业: 工程热物理
关键词: 湿法烟气脱硫喷嘴喷淋塔结构优化
分类号: X701.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着燃煤电厂的二氧化硫(SO2)污染气体排放标准渐趋严格，脱硫技术的改进刻不容缓。石灰石（石灰）—石膏湿法烟气脱硫（WFGD）作为世界上燃煤电厂应用最广的脱硫方法，其核心设备是脱硫吸收塔。喷淋塔是国内最常用的脱硫吸收塔类型，具有维护简单，运行稳定，脱硫效率高的特点。由于引进技术消化不足，存在喷嘴雾化能力不够，内部结构设计不合理等问题，有必要对此进行优化研究。在确保脱硫效率的前提下兼顾成本经济性与运行可靠性是吸收塔结构优化设计的核心，对现有既定结构喷淋塔的结构优化设计主从塔内喷嘴及喷淋层两方面考虑。石灰石浆液以散落液滴的形式存在于喷淋塔内，与周围烟气中的SO2发生传质化学反应。因此，液滴作为典型传质反应区域代表，减小气液两相间的传质阻力即可强化SO2吸收反应。利用双膜理论对单个液滴建立一维传质数学模型，模拟结果表明：减小液滴直径可降低液膜和气膜中传质阻力，增加液滴在塔内停留时间，有效提高脱硫效率，合适的雾化液滴直径应为dp=170~1500μm。由于喷淋塔现有的雾化喷嘴难以满足上述雾化液滴直径尺寸，基于气力式喷嘴雾化机理，开发出一种内置拉法尔气体喷管的新型“液包气”超细雾化喷嘴。通过实验测得喷嘴的雾化性能特性：在液压和气压小于0.5MPa下，喷嘴的雾化颗粒直径＜250μm；喷嘴的雾化角在40~90°之间；推导出喷嘴的液气质量比与压力比的关系式为Pli/Pai=0.04552w-1.04888，得到了喷嘴的气液质量比存在一个临界点为0.057。基于“液包气”喷嘴雾化性能，针对我国WFGD存在的问题提出了喷淋塔优化设计的总思想，根据某电厂喷淋塔设计了喷嘴及喷淋层的结构改造参数和施工方案。现有喷淋层的管道布置为鱼骨状，为了降低管内压损，将喷淋层的支管布置成与塔壁等距的环状，并将气管主管与浆液主管相向布置以节省空间。根据喷嘴的雾化性能特性确定喷淋塔中喷嘴的雾化角52°和流量73.077m3/h；根据工艺确定浆液管和气管的直径。结构优化后的喷淋塔脱硫性能实验表明：因新增风机引入喷淋塔内的新空气对脱硫效率基本无影响；烟气流量和烟气流速对脱硫效率的影响趋势一致；浆液pH对脱硫效率影响较大，在试验其它参数不变的情况下，优化系统的脱硫效率与浆液pH值存在近似的线性关系：η=0.398+0.819pH。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第一章绪论  11-22
  1.1 研究背景  11-15
    1.1.1 SO2污染现状  11-14
    1.1.2 SO2控制技术  14-15
  1.2 湿法烟气脱硫研究动态  15-19
    1.2.1 大型火力发电厂湿法烟气喷淋脱硫技术  15-18
    1.2.2 喷淋塔优化研究现状  18-19
  1.3 研究内容  19-21
    1.3.1 研究目标  19-20
    1.3.2 技术路线  20-21
    1.3.3 本文研究的意义  21
  1.4 本章小结  21-22
第二章喷淋塔结构优化理论基础  22-33
  2.1 喷淋吸收塔脱硫优化数学模型研究  22-29
    2.1.1 SO2吸收的传质理论  23
    2.1.2 SO2吸收模型理论  23-25
    2.1.3 模型的建立  25-29
  2.2 模型优化分析与讨论  29-32
    2.2.1 结构优化分析  29-30
    2.2.2 结构优化参数讨论  30-32
  2.3 本章小结  32-33
第三章喷嘴结构优化研究及雾化性能试验  33-47
  3.1 喷嘴优化设计  33-38
    3.1.1 “液包气”雾化机理  34-35
    3.1.2 喷嘴性能研究基础  35-36
    3.1.3 喷嘴结构和尺寸的确定  36-38
  3.2 实验装置及过程  38-39
    3.2.1 实验装置设计目标  38
    3.2.2 激光测试方法及其仪器  38-39
    3.2.3 ImageJ 测试技术  39
  3.3 喷嘴性能测试实验系统  39-40
  3.4 喷嘴两相实验结果及分析  40-45
    3.4.1 流量与气液两相压力的关系  40-43
    3.4.2 气液质量比对雾化平均粒径的影响  43-44
    3.4.3 气液质量比对雾化角的影响  44-45
  3.5 喷嘴单相实验结果及分析  45-46
  3.6 本章小结  46-47
第四章喷淋层结构优化研究与工程应用设计  47-56
  4.1 喷淋层优化设计的指导原则  47-48
  4.2 喷淋层优化总体设计  48-49
  4.3 喷淋层优化  49-53
    4.3.1 喷嘴的布置  50-51
    4.3.2 浆液管和雾化气管布置  51-52
    4.3.3 喷嘴、管道的连接与支承  52
    4.3.4 喷嘴、管道和支撑梁的防腐  52-53
  4.4 吸收塔结构优化工程应用设计  53-55
    4.4.1 湿法喷淋脱硫实验工程简介  53-54
    4.4.2 喷淋脱硫塔结构优化工程设计  54-55
  4.5 本章小结  55-56
第五章喷淋脱硫塔结构优化性能实验  56-66
  5.1 实验系统参数  56-57
  5.2 实验测量方法  57-60
  5.3 实验数据处理  60-65
    5.3.1 风机入口门开度与压力的关系  60-61
    5.3.2 关停底层浆液泵对脱硫效率的影响  61-62
    5.3.3 风机入口门开度对脱硫效率的影响  62
    5.3.4 烟气流量对脱硫效率的影响  62-63
    5.3.5 烟气速度对脱硫效率的影响  63-64
    5.3.6 浆液 pH 对脱硫效率的影响  64-65
  5.4 本章小结  65-66
结论  66-68
参考文献  68-73
攻读硕士学位期间取得的研究成果  73-74
致谢  74-75
附件  75

基于新型液包气喷嘴的湿法烟气脱硫喷淋塔结构优化研究

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