摘 要

目前在我国大力发展生产和社会经济的过程中，确开始面临三大环境问题：温室效应、酸雨和臭氧层破坏，这三大环境问题有一个共同点就是都和煤的燃烧有关。煤在燃烧过程中，其中的杂质燃烧生成大量SO₂和NO_X是引起上述环境问题的重要因素^[1]。因此控制和脱除煤燃烧过程中产生的SO₂和NO_X是当今急需要去解决的问题。烟气未经处理就排放到大气中，二氧化硫对大气有非常大的破坏作用。目前的酸雨形式从当初八十年代的西南局部地区，已经扩展到了当今的华中、华东地区，成为了世界三大酸雨区之一。

随着国家对二氧化硫的排放控制力度越来越大，水泥工业也开始重视二氧化硫的排放。但是目前水泥工业并没有完整的脱硫工艺，相对于火电厂的脱硫工艺已经完全落后^[2]。

本文对预分解窑系统进行大量的理论分析和反应机理研究，与一般采用经验公式不同，通过对于燃料和生料的实验分析判断水泥工业中二氧化硫的来源，然后通过对分解炉进行几何建模，用FLUENT软件模拟分解炉的工作状态，将整个二氧化硫的生成、脱除过程进行模拟，从而分析水泥工业中二氧化硫的脱除机理，得到适合水泥工业的脱硫工艺。

关键词：环境污染；水泥工业；脱硫工艺 ；数值模拟

The flue gas desulfurization and numerical simulation of

Cement kiln system

Abstract

Today we are faced with three major environmental problems: the greenhouse effect, acid rain and ozone depletion. And these three are related to environmental issues related to coal combustion, coal combustion of large quantities of SO₂ and NO_X is an important cause of these problems. Therefore, control and mitigation during coal combustion SO₂ and NO_X emissions is imminent. The sharp increase in sulfur dioxide emissions so that air quality deteriorated sharply in the early 1980s from the original local southwest region, extending to the southwest, most parts of central, south and east now, the current annual average precipitation PH value of less than 5.6 area has accounted for about 40% of the area is one of the world's three major acid rain.

  Along with the efforts to control sulfur dioxide emissions is growing, the cement industry is also starting to focus on sulfur dioxide emissions. However, the cement industry is not complete desulfurization process, desulfurization process with respect to the thermal power plant has been completely backward.

This paper kiln system extensive theoretical analysis and response mechanism, with the general empirical formula is different, by the experimental analysis of fuel and raw materials determine the source of sulfur dioxide in the cement industry, and then by decomposing furnace geometry modeling, simulation using FLUENT software calciner working condition, the entire generation of sulfur dioxide, the removal process simulation to analyze the mechanism of removal of sulfur dioxide in the cement industry to obtain desulfurization process for the cement industry.

Key Words:Environmental pollution；Cement industry；Desulfurization process；Numerical simulation

目 录

摘要……………………………………………………………………………I

ABSTRACT………………………………………………………………II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 SO₂污染的危害与防治 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 脱硫工艺 3

1.4.1半干法烟气脱硫 3

1.4.2湿法烟气脱硫 4

1.4.3干法烟气脱硫技术 5

1.4.4炉内脱硫 5

1.4.5排烟循环流化床脱硫 5

1.4.6在O₂/CO₂气氛下喷钙脱硫技术 6

1.5FLUENT 17.0软件简介 6

第二章 预分解窑系统的脱硫机制 7

2.1 预分解窑系统的工作原理 7

2.2 预分解窑系统中硫分来源分析 7

2.1.1 煤粉中的硫分 8

2.1.2 生料中的硫分 10

2.3 预分解窑系统中的脱硫原理 10

第三章 分解炉的数值模拟 13

3.1 分解炉模型的建立 13

3.1.1 几何模型的建立 13

3.1.2 网格划分 14

3.1.3 检查网格质量 16

3.1.4 边界定义 17

3.2 在FLUENT软件上进行的数值模拟 17

3.2.1 分解炉的数学模型 17

3.2.2 基本假设 17

3.2.3 进口边界条件设定 17

3.2.4 出口边界条件设定 18

3.2.5 颗粒性 18

3.2.6 烟气成分 19

3.2.7 壁面 19

3.3 气固两相流模拟 19

3.3.1 气固两相流场 20

3.3.2 温度场 22

3.3.3 压力场 23

3.4 煤粉燃烧和生料分解作用模拟 24

3.4.1 温度场 24

3.4.2 压力场 25

3.4.3 煤粉燃烧情况 25

3.4.4 生料分解情况 27

3.4.5 SO₂脱除情况 28

第四章 结论与展望 29

4.1 结论 29

4.2 展望 29

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

随着国家对环境重视程度的日益提高，水泥工业，尤其是预分解窑系统的脱硫脱硝形势越来越紧迫，我国水泥工业的能源结构也决定了必须把脱硫工作摆在当下尽早解决。预分解窑系统生产会使用大量的碳酸钙原料，在分解炉中受热分解生成氧化钙，在氧化性气氛下会与燃料燃烧产生的二氧化硫反应生成硫酸钙或者亚硫酸钙。但是分解炉中的气氛比较复杂，这些脱硫产物在还原性气氛下或者高温下又会重新分解生成二氧化硫。因此通过动力学及热力学来分析二氧化硫的脱除和生成的机理便变得非常重要^[3]。

相对来说我国的电力、钢铁行业在烟气脱硫这一块技术起步较早，目前相对于建材行业来说较为成熟，通过与对电力、钢铁行业的烟气脱硫技术相比较，并结合自身行业特点发展建材行业自身的烟气脱硫技术是当前建材行业发展的重中之重。

自我国恢复生产、改革开放之后，工业快速发展。同时，快速的发展导致我们忽视了工业对于自然环境的破坏。今些年来我国各大城市雾霾越来越严重，一些地区的酸雨也在威胁着人们正常的生活，所以环保问题在当今工业发展中越来越不可忽视。

目前国内大部分发电厂、钢铁企业都已经开始了烟气脱硫，而建材行业由于自身的行业特点目前正在起步阶段^[4]。本研究通过实验和计算机模型模拟相结合，并且通过与其他成熟行业的比较，对于目前正在起步的建材烟气脱硫技术具有比较现实的意义。

1.2 SO₂污染的危害与防治

煤炭是一种不清洁能源，煤燃烧所释放的SO₂所造成的大气污染已经成为一个相当重要的问题，SO₂不仅会直接造成大气环境污染，而且还会经过光化学过程转换化成更高价的氧化物，随后与水分子结合，形成硫酸分子，并在大气中凝结形成酸雨，造成农作物减产、绝收，土壤、水体酸化，森林衰减，动植物多样性受损，生态系统遭破坏，等等^[5]。

相关图片展示：