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循环流化床脱硫塔内气固两相流动速度及浓度分布规律研究

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循环流化床脱硫塔内气固两相流动速度及浓度分布规律研究

STUDY ON VELOCITY ANDCONCENTRATION DISTRIBUTIONS OFGAS-PARTICLE IN CFB-FGD TOWER

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.1.1 我国二氧化硫污染状况

1.1.2 二氧化硫污染控制法规政策及标准

1.2 国内外半干法烟气脱硫技术概况

1.2.1 半干法烟气脱硫技术原理

1.2.2 喷粉增湿型半干法烟气脱硫工艺

1.2.3 喷浆型半干法烟气脱硫工艺

1.3 循环流化床烟气脱硫技术概况

1.3.1 循环流化床技术基本原理

1.3.2 国内循环流化床技术研究进展

1.4 课题研究目的和主要内容

第2章 气固两相实验系统及测试方法

2.1 三维粒子动态分析系统(DualPDA)

2.1.1 速度测量方法

2.1.2 粒径测量方法

2.1.3 浓度测量方法

2.2 气固流动冷态模拟测试系统

2.3 实验参数测量方法

2.3.1 风量和系统阻力测量

2.3.2 玻璃微珠给入量计量

第3章 气固两相PDA实验及结果分析

3.1 示踪粒子的选择

3.1.1固相示踪粒子的选择

3.1.2 气相示踪粒子的选择

3.2 PDA实验测点布置

3.3 气固两相流体轴向速度沿径向分布

3.4 颗粒轴向速度沿轴向分布

3.5 塔顶出口处流动特征与结构优化

3.6 不同高度截面的颗粒浓度分布

3.7 本章小结

第4章 脱硫塔内气固流动数值模拟

4.1 数值模拟与脱硫塔内气固两相流动

4.2 本文采用的双流体模型及其主要方程

4.3 计算域网格划分

4.4 气固流动数值模拟边界条件及参数的确定

4.4.1 边界条件和参数

4.4.2 非稳态计算时间步长确定

4.4.3 弹性恢复系数确定

4.5 计算结果分析

4.5.1颗粒轴向速度场模拟结果与实验数据对比

4.5.2 顶部出口结构对模拟结果的影响

4.5.3 颗粒浓度分布模拟结果与实验结果对比

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢

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摘要

本课题来源于国家“十五”科技攻关项目:工业锅炉高效脱硫技术研究(课题编号:2004BA401A12-5)。
  本文通过实验和数值模拟的手段对循环流化床脱硫塔内气固两相流动的速度及浓度分布特征进行研究。气固两相流动速度及浓度的测定采用丹麦丹迪(DANTEC)公司生产的三维粒子动态分析仪(DualPDA),数值模拟以FLUENT商用软件(6.0版)为计算平台。
  首先选取符合实验要求的玻璃微珠做为示踪粒子。采用“BBO”方程对不同粒径玻璃微珠的跟随性进行计算,得到直径5μm玻璃微珠,达到气体速度89%的响应时间是157微秒,与气体的跟随性较好,最终确定为实验的气相示踪粒子。
  搭建了冷态气固两相实验台,采用三维粒子动态分析仪对塔内不同标高的8个断面的560个测点进行了测试,得到了气固两相流动的速度及浓度分布规律。并对气固轴向速度沿径向分布规律、颗粒轴向速度沿轴向分布规律,颗粒浓度沿径向分布规律等进行了分析。实验结果表明:循环流化床脱硫塔内气固两相轴向速度沿截面分布呈中间高、边壁低的分布趋势,壁面附近的颗粒速度为负值。在塔体中心颗粒轴向速度呈逐渐下降趋势,在壁面附近颗粒整体速度为负向,从塔顶向塔底呈逐渐增加的趋势分布。脱硫塔内颗粒轴向速度分布呈现中心向上减速运动,边壁向下加速运动的趋势说明脱硫塔内形成了稳定的环核流动规律。塔内主体流场颗粒浓度分布均呈边壁高中心低的趋势,颗粒浓度高的区域与壁面回流区域重合。
  通过对实验台塔体顶部气固两相流动的特殊性进行研究,针对塔体顶部出口具有一定气固分离作用的特点,提出了雨披型导流装置。该导流装置将顶部回流颗粒导流入塔体内部,有效减少了塔顶落入水平出口的颗粒损失,提高了塔内颗粒浓度。该装置在工程实践上的优化使用将有效提高脱硫剂的利用率,在钙硫比一定的情况下提高脱硫效率。
  采用欧拉双流体模型对脱硫塔进行了气固两相流动的模拟计算,最终确定模拟计算的关键参数:在选用分散湍流模型时,实间步长和弹性恢复系数的选取是关键。通过与实验数据的对比,时间步长取为0.001秒;弹性恢复系数e取为0.95,模拟结果与PDA实验结果趋势上吻合较好。冷态模型的建立为进一步开展气固双相流动速度及浓度分布规律的热态实验和数值模拟研究奠定了基础。

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