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在我国经济快速发展、煤炭消耗量持续增加而SO2减排任务重的严峻形势下,WFGD作为主流烟气脱硫工艺在大型燃煤锅炉SO2减排中扮演了重要角色。中小型燃煤锅炉因负荷变化大、脱硫系统易结垢腐蚀、湿法除尘脱硫一体化脱硫效率偏低等,通过改进WFGD工艺或研发新型脱硫反应器,改善反应器内气液流场和接触传质性能,优化工艺运行参数,提高烟气脱硫效率,为现有中小型燃煤锅炉湿法烟气脱硫提供技术支持。本论文设计的双循环多级水幕反应器,基于钙基脱硫反应动力学原理,采用双循环运行模式和pH值分段控制,反应器内以双圆锥和导流堰组合生成多级水幕代替常规喷淋塔的多层喷淋;运用AUTOCAD、GAMBIT和FLUENT流场模拟软件对塔内构件和流场进行正交模拟优化,得到塔内流场和气液接触最佳的双圆锥和导流堰组合结构参数。反应器采用下段较低pH值有利于石灰石的溶解和上段较高pH值保证SO2的吸收的双循环运行模式,协调了石灰石利用率与脱硫效率之间的矛盾,研发的反应器具有运行稳定、脱硫效率高、无结垢腐蚀等性能。以脱硫效率和石灰石利用率为指标,通过正交试验和综合平衡法分析,得出冷态最优试验方案,即空塔风速为3.0 m/s,预处理循环和吸收循环浆液pH值分别为4.8-5.0和5.9-6.1,L/G均为20 L/m3,SO2浓度为1000mg/m3。在最优试验方案条件运行,脱硫效率为98.2%,石灰石利用率为95.2%, Ca/S为1.03。当预处理循环浆液pH值低至4.0、吸收循环浆液pH值在5.4-5.6时,吸收段内壁易出现软垢。当上、下循环浆液pH值均为7.0时,塔内出现大量硬垢。冷态脱硫性能试验表明:双循环多级水幕反应器在进口SO2浓度为1000-5000 mg/m3时,脱硫效率高于91.3%;不仅为低浓度SO2治理提供有效的技术支持,而且突破了常规脱硫技术难以处理高浓度SO2的限制。添加剂强化脱硫试验结果表明,添加剂的加入改善了浆液条件,促进了石灰石的溶解,有效提高了石灰石利用率和脱硫效率,防止塔内结垢,确保脱硫系统运行的稳定性。己二酸和MgSO4组合的复合添加剂强化脱硫试验结果证明二者间存在协同效应,脱硫效率和石灰石利用率比空白试验、MgSO4强化和己二酸强化分别高出19.6%、14.32%、8.11%和11%、8%、5%。热湿交换性能试验结果表明,循环浆液温度变化对出口烟气状态的影响大于进口烟气本身的影响;上段循环浆液对烟温、湿度的影响程度要大于下段循环浆液的影响。运用Matlab优化工具箱中的lsqnonlin函数,建立进口烟气状态和工艺参数与出口烟气温度和湿度之间关系的热湿交换数学模型,该模型客观反映了脱硫塔下段进出口烟气状态间的关系,不仅可预测进口烟气温度和湿度的变化对脱硫系统和出口烟气状态的影响,而且可有效调控脱硫反应器的运行。通过正交试验和综合平衡法分析,得出热态烟气条件的最优试验方案,即空塔风速3.0m/s,入塔烟温为105℃,预处理循环和吸收循环浆液pH值和L/G分别为4.5、6.0和18 L/m3、15 L/m3。最优试验方案运行对应的脱硫效率达到88.3%,石灰石利用率为82.2%,钙硫比Ca/S=1.07。当预处理循环浆液pH值为6.0时,反应器入口处极易结垢。L/G对脱硫效率的影响试验表明,吸收循环浆液L/G对脱硫效率的影响要远大于预处理循环浆液L/G的影响。本文利用Eviews软件建立脱硫效率与6种运行参数之间关系的数学模型: 426.44T/Y2-2778.24/Y=4.69V+0.45LGD+0.87LGU+2.67PHD+4.57PHU-100该模型的各项评价指标值均处于精确水平,预测值均值和实际值均值无显著差异。模型的建立有助于从理论角度理解反应器脱硫性能,指导反应器工艺运行参数的调整。该论文有图54幅,表13个,参考文献146篇。