固阀洗涤塔对煤气化飞灰的洗涤特性及机理研究

【摘要】：以多喷嘴对置式气流床气化技术为研究背景,合成气初步净化工艺中的关键设备-洗涤塔为研究对象,采用实验和数值模拟相结合的方法对固阀塔板上的多相流动、洗涤特性及洗涤机理等进行了系统研究。主要内容和研究结果如下： 1.利用电导探针从单孔固阀塔板鼓泡入手,重点研究了单孔和多孔固阀塔板上气液两相流动情况,得出固阀塔板轴向高度上气液界面参数-局部气含率、气泡速度、气液比表面积及气泡尺寸统计规律。 2.通过实验研究洗涤塔内气体流量、液体流量、颗粒粒径、颗粒浓度以及塔板数对洗涤效率的影响,发现15μm以上飞灰颗粒洗涤效率几乎为100%；3-15μm的飞灰颗粒,洗涤效率均随着气体流量的增加而增加；1μm以下飞灰颗粒随气体流量的增加洗涤效率逐渐降低。不同粒径飞灰颗粒的洗涤效率均随液体流量的增加而增加。随着气相中颗粒浓度的增加,5μm以上飞灰颗粒的洗涤效率会略有增加,3-5μm之间飞灰颗粒的洗涤效率受颗粒浓度影响不大,3μm以下颗粒随飞灰浓度的增加,洗涤效率显著降低。综合分析固阀塔板上气泡流体力学、系统特性及操作变量对洗涤效率的影响,根据固阀塔板上飞灰质量守恒原则提出预测固阀洗涤塔的洗涤效率模型： 3.通过矩估计方法对固阀塔板上洗涤除尘过程进行了深入研究,分析了气液流动特性对洗涤效率的影响、飞灰颗粒在洗涤过程中的粒径分布特性及颗粒润湿性对洗涤效率的影响。发现飞灰颗粒穿过塔板上密集鼓泡层的过程中,飞灰颗粒的几何标准偏差逐渐降低；扩散作用主导区域下的飞灰颗粒其几何平均粒径逐渐增加,惯性撞击占主导作用下的飞灰颗粒,其几何平均粒径迅速下降；但处于扩散作用向惯性撞击作用过渡区的飞灰颗粒,其几何平均粒径几乎没有变化。气泡速度,气泡尺寸和气含率等气液界面参数对固阀塔板的洗涤效率有较大影响。随气泡尺寸的降低和气含率的增加,各粒度级飞灰颗粒洗涤效率均明显提高；随气泡速度的增加,扩散作用占主区域下的飞灰颗粒其洗涤效率逐渐降低,但惯性撞击占主导作用下的飞灰颗粒其洗涤效率逐渐增加。 4.对固阀塔板上泡沫层中飞灰颗粒浓度分布及塔板上方分离空间颗粒夹带速率进行研究。发现塔板上泡沫层内悬浮颗粒浓度与泡沫层高度、颗粒粒径及气液流量等因素有关。对于给定的表观气速和泡沫层高度,悬浮颗粒百分含量与颗粒粒径成反比,但受灰水浓度影响不大。泡沫层上方颗粒夹带速率受板间距、表观气速和泡沫层表面颗粒浓度影响较大。随气体流量增加或泡沫层表面颗粒浓度增大,颗粒夹带量会增加；随泡沫层高度增加,颗粒夹带量减少。泡沫层表而颗粒浓度随着表观气速的增加和溢流堰高度的降低而增大。通过对飞灰颗粒在气泡尾涡内的受力分析,建立了泡沫层内飞灰颗粒浓度分布模型,并且结合塔板上方分离空间的雾沫火带速率,建立了固阀塔板上颗粒火带速率模型。 【关键词】：煤气化 洗涤塔 飞灰 洗涤效率 固阀塔板
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ546.5
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• 符号说明12-15
• 第1章 绪论15-20
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 合成气初步净化16-18
• 1.2.1 合成气初步净化的意义16
• 1.2.2 合成气初步净化过程16-18
• 1.3 研究内容18-19
• 1.4 创新点19-20
• 第2章 文献综述20-37
• 2.1 煤气化飞灰颗粒物20-23
• 2.1.1 煤中矿物质的空间分布及其转化机理20-21
• 2.1.2 亚微米颗粒的形成21-22
• 2.1.3 残灰颗粒的形成22-23
• 2.2 煤气化飞灰颗粒物的脱除与控制23-25
• 2.2.1 干法除尘23-24
• 2.2.2 湿法除尘24-25
• 2.3 板式塔除尘机理及应用现状25-36
• 2.3.1 板式洗涤塔概述25-28
• 2.3.2 板式塔除尘机理28-33
• 2.3.3 板式洗涤塔应用现状33-36
• 2.4 综述小结36-37
• 第3章 固阀塔板上局部气液流动特性研究37-65
• 3.1 引言37
• 3.2 实验部分37-41
• 3.2.1 实验设备及流程37-39
• 3.2.2 测量原理39
• 3.2.3 探针的设计与信号处理39-41
• 3.3 单孔固阀塔板实验41-47
• 3.3.1 实验条件41-42
• 3.3.2 结果与讨论42-47
• 3.4 多孔固阀塔板实验47-64
• 3.4.1 实验条件47-48
• 3.4.2 结果与讨论48-64
• 3.4.2.1 固阀塔板上气泡聚并、破碎过程48-50
• 3.4.2.2 多孔固阀塔板上气液两相流动特性50-64
• 3.5 本章小结64-65
• 第4章 固阀塔板洗涤效率试验研究及预测65-88
• 4.1 引言65-67
• 4.2 实验部分67-71
• 4.2.1 实验材料67-69
• 4.2.2 实验流程与实验装置69-71
• 4.2.3 采样系统及洗涤效率计算方法71
• 4.3 结果与讨论71-77
• 4.3.1 固阀塔扳洗涤前后飞灰粒度分布的变化71-72
• 4.3.2 气体流量对不同粒径飞灰洗涤效率的影响72-73
• 4.3.3 液体流量对不同粒径飞灰洗涤效率的影响73-74
• 4.3.4 飞灰浓度对洗涤效率的影响74
• 4.3.5 颗粒粒径对洗涤效率的影响74-75
• 4.3.6 塔板层数对洗涤效率的影响75-76
• 4.3.7 固阀塔板的洗涤效率经验式76-77
• 4.4 固阀洗涤塔洗涤效率理论模型77-83
• 4.4.1 基本假设77
• 4.4.2 质量平衡方程77-78
• 4.4.3 单个气泡内飞灰的洗涤效率78-81
• 4.4.4 气泡流体力学参数81-83
• 4.5 洗涤效率模型的验证83-87
• 4.6 本章小结87-88
• 第5章 固阀塔板洗涤除尘历程的矩估计分析88-102
• 5.1 引言88
• 5.2 固阀塔板洗涤效率理论模型与矩估计法88-95
• 5.2.1 固阀洗涤塔洗涤除尘机理89-92
• 5.2.2 固阀塔板上气液流动特性参数92
• 5.2.3 矩估计法92-95
• 5.3 结果与讨论95-101
• 5.3.1 气液流动特性对洗涤效率的影响95-98
• 5.3.2 逃逸飞灰颗粒粒径分布特性98-101
• 5.4 本章小结101-102
• 第6章 塔板上颗粒夹带速率及其对洗涤效率的影响102-120
• 6.1 引言102-104
• 6.2 颗粒夹带速率理论模型104-108
• 6.3 实验部分108-110
• 6.3.1 实验装置与流程108-109
• 6.3.2 实验介质109
• 6.3.3 采样方法109-110
• 6.4 结果与讨论110-119
• 6.4.1 固阀塔板上的雾沫夹带110-113
• 6.4.2 颗粒在塔板上泡沫层内的轴向分布113-116
• 6.4.3 塔板上方分离空间的颗粒夹带116-118
• 6.4.4 颗粒夹带对洗涤效率的影响118-119
• 6.5 本章小结119-120
• 第7章 全文总结与展望120-122
• 7.1 总结120-121
• 7.2 展望121-122
• 参考文献122-131
• 致谢131-132
• 附录 博士期间发表的论文132

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