以煤化工气化炉出口粗煤气脱灰问题所开发的文丘里洗涤器+环流水洗塔组合净化技术为研究背景,采用实验研究和计算流体力学数值模拟相结合的方法,对关键设备环流水洗塔的水力学特性和飞灰洗涤性能开展了系统研究。在水力学研究阶段,以空气和水为实验体系,考察了表观气速、导流筒上清液层高度和液体流量对Φ1200mm环流水洗塔水力学性能的影响,发现总气含率、升流区气含率、降流区气含率、降流区局部气含率以及液体循环速度均随表观气速的增加而增加,改变导流筒上清液层高度和液体流量对气含率的影响不明显,但适量增加导流筒上清液层高度有助于提高液体的循环速度。依据动量平衡原理推导了环流水洗塔降流区液体循环速度的数学模型,考虑导流筒顶部转角处的局部流动阻力的影响,对降流区循环液速模型进行了修正,模型修正后的预测值与实验结果吻合良好,模型的最大误差为±4.52%,平均误差为2.15%。结合CFD模拟,以气含率为基准将本文研究与文献数据进行了对比,并分析产生偏差的原因。在除尘实验阶段,首先使用Matersizer2000型激光粒度仪和SEM扫描电镜获得了原料飞灰的粒径分布和表面形态。其中,颗粒的平均粒径约为14.94μm,0~30μm占总颗粒质量的66.67%。粒径在5μm以上的颗粒物基本呈现不规则形状,粒径在5μm以下的颗粒中既有球形颗粒物又有不规则形状飞灰颗粒物,1μm以下的飞灰基本呈球形,并以颗粒物团聚体的形式存在。主要考察了“一器一塔”除尘工艺操作变量,即气体流量、液体流量对洗涤效率的影响,结果表明环流水洗塔在含尘液滴与气相主体两相分离方面具有良好的应用效果,1μm以上飞灰的总脱除效率≥99.99%,远高于工程精度要求。此外,还考察了各种操作条件下飞灰的粒级洗涤效率,发现“一器一塔”联合工艺对1~20μm尤其是1~5μm范围内的微尘也具有良好的洗涤效果,解决了微颗粒的脱除难题。