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摘 要

本文基于石灰石-石膏法湿法洗涤烟气脱硫技术处理100000Nm³/h锅炉烟气，设计对应的喷淋塔结构，包括塔结构、喷淋系统、除雾系统及制浆系统，对脱硫塔的水平衡进行计算。基于计算流体力学（CFD）方法，使用gambit软件对设计脱硫塔建模，设置模拟的边界条件参数，使用fluent软件对设计的脱硫塔进行流场模拟。本文主要完成以下工作：

(1)初步验证设计的脱硫塔模型的合理性，模拟得到的数据与设计参数较贴合，符合设计运行标准；

(2)分析不同喷淋层开启的条件，得到了第一层喷淋层对塔内速度场减速效果最强。第一层喷淋层对速度场平均减速为3.08m/s，其他塔部件对速度均小于1m/s；

(3)通过分析塔内不同喷淋层开启的条件下对温度的降温效果，得到了喷淋层对温度场主要起到均匀降温的作用；

(4)通过分析塔内沿z轴方向上的压力分布，得出三层喷淋层对烟气的压降效果相近，压降的平均值为27.93Pa，而除雾器层平均压降为95Pa，超过其他区域产生的压降。

关键词：湿法脱硫 脱硫塔设计 流场模拟 热质交换

Design and flow field simulation of 100000Nm³/h boiler flue gas wet desulfurization tower

Abstract

In this paper, the flue gas desulfurization technology of 100000Nm3/h boiler is processed by wet limestone-gypsum washing flue gas desulfurization technology, and the corresponding spray tower structure is designed, including tower structure, spray system, demisting system and pulping system. The water balance of the desulfurization tower is calculated.Based on computational fluid dynamics (CFD) method, gambit software was used to model the designed desulfurization tower, and boundary condition parameters were set for simulation. Fluent software was used to simulate the flow field of the designed desulfurization tower.

This paper mainly accomplished the following tasks:

(1) The rationality of the desulfurization tower model was preliminarily verified, and the simulated data were in good agreement with the design parameters, which were in line with the design and operation standards

(2) By analyzing the opening conditions of different spray layers, it is found that the first spray layer has the strongest effect on the deceleration of velocity field in the tower.The velocity field of the first spray layer was reduced to 3.08m/s on average, while the velocity of other tower components was less than 1m/s.

(3) By analyzing the cooling effect of different spray layers on the temperature in the tower, it is found that the spray layer plays a uniform cooling role on the temperature field

(4) By analyzing the pressure distribution along the z-axis in the tower, it is concluded that the pressure drop effect of the three spray layers on the flue gas is similar, with the average pressure drop of 27.93Pa, while the average pressure drop of the mist eliminator layer is 95Pa, which is higher than the pressure drop generated in other areas.

Key words: WFGD; the designed desulfurization tower; CFD; The heat and mass exchange

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 流场模拟的意义和目的 2

1.3 课题来源 3

1.4 技术方法与研究思路 3

1.4.1 脱硫工艺技术方法概述 3

1.4.2 研究思路 5

第二章 脱硫塔设计参数 7

2.1 脱硫塔设计原则 7

2.2 喷淋吸收塔几何尺寸设计 7

2.2.1 吸收塔类型选择 7

2.2.2 吸收塔内径计算 7

2.2.3 喷淋塔循环量 8

2.2.4 喷淋层高度及喷淋层数 8

2.2.5 浆池容积设计 8

2.2.6 浆池液面高度 8

2.2.7 烟气进口底距浆液表面距离 8

2.2.8 气相段高度 8

2.2.9 除雾器距离烟气出口底部高度 9

2.2.10 烟道入口尺寸计算 9

2.3 喷淋吸收塔内部件设计 9

2.3.1 喷淋母管布置 9

2.3.2 喷嘴的布置 10

2.4 除雾系统设计 11

2.4.1 除雾器选择 11

2.4.2 除雾器冲洗系统 14

2.5 浆液制备系统 15

2.5.1 脱硫吸收剂的选择 15

2.5.2 脱硫剂制备工序 16

2.5.3 设计条件 16

2.5.4 脱硫计算 16

2.5.5 脱硫过程水平衡计算 17

第三章 湿法脱硫塔内流场模拟过程 18

3.1 模拟对象 18

3.2 流场模拟区域 18

3.3 脱硫塔模型参数及模型简化 19

3.3.1 脱硫塔模型 19

3.3.2 模型简化 20

3.4 烟气流场模拟控制方程 20

3.5 网格划分 21

3.6 边界条件 22

3.7 流动结果 22

3.7.1 空塔运行时塔内模拟结果分析 22

3.7.2 开启1～2层喷淋层情况计算 24

3.7.3 全部喷淋层开启情况 26

3.7.4 塔内速度场分布比较 27

3.7.5 塔内温度场分析比较 28

3.7.6 塔内压力场分布比较 30

3.8 本章小结 32

第四章 结论与展望 33

4.1 结论 33

4.2 展望 33

参考文献 34

致 谢 37

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

根据《2013年中国能源统计年鉴》的数据表明，中国已探明的煤炭储量占中国煤炭总储量的94.2%^[1]。中国以其煤炭资源丰富、石油储量贫乏、天然气资源缺少的现状使得中国必须把煤炭作为最主要能源的发展方向，因此，中国如今大部分电站主要以煤炭资源作为首要发电燃料。中国最近几年的煤炭年平均消耗量因为排放标准的提高而有所减少，但中国在2017年的消耗量有小幅上涨，达到了27.31亿吨。根据2019年的《BP世界能源统计年鉴》^[2]统计数据来看，煤炭目前的消费量增加量的两倍于近十年平均增速，达到了1.4%，图1-1为各类能源的全球年份消耗量。中国煤炭目前消费增长的主要原因是用于电厂焚烧发电量的增加。前几年工业发电所产生的酸雨、雾霾等问题越来越被广大城市居民所关注，中国人民对环境空气品质的要求提高，习总书记为此也提出青山绿水的口号，我们由此可见，煤炭的粗放型利用已经越来越不符合时代发展的要求，清洁利用、清洁排放已成为目前环境保护研究的主要方向，而实现锅炉电厂烟气的高排放标准是达成煤炭清洁利用、排放的重要手段。

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