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1、烟气二氧化碳捕集装置中气流分布板的数值模拟 院系环境科学与工程学院专业班级学生姓名指导教师 华北电力大学本科毕业设计 论文 目录第一章绪论第二章二氧化碳捕集技术中的化学吸收法第三章二氧化碳氨吸收系统的数值模拟第四章结论 第一章绪论由CO2等温室气体引起的温室效应 全球气候变暖是目前人类面临的最大的环境问题 我国的CO2排放量仅此于美国居世界第二 火电厂作为燃煤大户是重要的CO2集中排放源 世界上大约1 3的CO2是从电厂排放出来的 因此 控制和缓解电力生产中CO2排放对于解决全球变暖 温室效应问题具有重要意义 综观全球 火电厂限制全球气候变化的主要技术措施有 一是提高火电厂的运行效率 二是采用
2、先进的发电技术 三是烟气净化 本文是对烟气净化过程中二氧化碳捕集装置中的吸收塔进行模拟 第二章化学吸收法脱除二氧化碳 二氧化碳分离技术分为 物理法 物理吸附法 膜分离法 低温分离法等 化学法 吸收法 化学循环燃烧法 离子交换法等 和生物法 目前主要采用的是化学吸收法和物理吸附法 化学吸收法 其原理是原料气和化学溶剂在吸收塔内发生化学反应 CO2被吸收至溶剂中成为富液 富液进入解析塔加热分解出CO2从而达到分离回收CO2的目的 即利用CO2与吸收剂在吸收塔内进行化学反应而形成一种弱联结的中间体化合物 然后在还原塔内加热富CO2的吸收液使CO2解吸出来 同时吸收剂得以再生的方法 常见的化学吸收法
3、烷基醇胺溶液法 热钾碱溶液法 联合法工艺 氨水法本文采用氨水吸收法模拟二氧化碳捕集装置中的吸收塔 第三章氨吸收系统数值模拟 1 氨吸收塔研究图 2 边界条件的设定及假设 本文研究工况下 脱碳吸收塔塔进口烟气速度15m s 烟气温度330K 烟气入口边界条件设置为速度入口边界 烟气出口边界条件设置为压力出口 反应器壁和气流分布板边界条件设置为壁面 气流入口采用流速 流量 边界条件 出口采用压力边界条件 本文做以下假设 1 塔内烟气的流动为三维 定常 不可压缩流动 2 不考虑温度 传质 传热 相变及化学反应过程的影响 3 烟气流动处于旺盛紊流区 紊流区各向同性 4 忽略除雾器及喷淋梁的影响 本文仅
4、研究加装气流分布板后对气流分布的影响 所以脱碳塔内采用空气模拟实际的烟气 3 评定流场的方法 1 采用纵向截面流场 即脱碳塔沿进气方向的轴对称线上 z轴向上看 该截面能够反映塔内的纵向主流特征 2 横向截面流场 气流分布板上方一米处 4 加气流分布板前后数值模拟结果 1 速度场模拟 未加气流分布板前加气流分布板以后 模拟结果分析 由图可以看出 在未装气流分布板的情况下 经过喷淋后 在吸收区附近气体扰动非常强烈 烟气在进口贴近吸收区液面处产生一个逆时针的漩涡 同时在该漩涡的左上侧还产生一个顺时针的漩涡 并且贴浆液面处气速偏大 由于底部的回流与浆液接触时间较长会使烟气含水量增加 从而导致烟温降低
5、安装气流分布板之后 塔内只在进口右下角处存在一个逆时针的小漩涡 吸收区液面处的气体速度减小并且均匀 另外 在无气流分布板时 可以看出在低位喷淋层下有一区域速度很低 造成塔内速度的不均匀 而安装气流分布板之后 该低速区基本消失 塔内整体的速度比前者均匀 未加前加以后 在截面图上取相同位置点 3行 15点 的速度进行均方根偏差值计算 计算公式及计算数据结果如下 根据数据进行比较可知 加气流分布板以后均方根比未加时小 说明加气流分布板以后该截面气流分布更均匀 2 温度场模拟 未加前加以后 模拟结果分析 加了气流分布板之后 在低位喷淋层之上 低温区域范围比未装气流分布板时更宽 这主要是因为安装气流分布
6、板后 对烟气的流动产生了一定的阻力 烟气流速变慢 而在接近浆液池部分低温区域反而减小 主要是气流分布板对吸收剂的下落产生阻力的结果 因此可以通过提高喷淋液速度的方法来降低塔内温度 从而提高脱碳效率 3 压力场模拟 未加前加以后 模拟结果分析 对于吸收塔内的压力场 由图可以看出 安装气流分布板之后 进出口压降增加 同时可以看出 喷淋后吸收塔内压降增大 其中在气流分布板上下压差较明显 由于喷淋对气相带有强烈的整流作用 因此在同一高度层各点上的压力被均匀化 随着气流不断上升 气体的压能不断被耗散 因此 不同高度上的压力差异就显现出来 这种差异在安装气流分布板后变得更加明显 5 气流分布板不同角度 2
7、5 30 35 时的数值模拟结果 1 速度场 a 25 速度场 b 30 速度场 c 35 速度场 1 25 速度场 2 30 速度场 3 35 速度场 对三个截面进行取相同点 3行 15点 的速度数值进行均方根计算 速度及均方根偏差值如下表 根据计算结果可以看出 气流分布板倾斜30 时均方根最小 说明这时气流分布较25 35 均匀 2 温度场 a 25 温度场 b 30 温度场 c 35 温度场 3 压力场 a 30 压力场 b 35 压力场 模拟结果分析 气流分布板倾斜30 相对25 35 时 压力分布 温度分布以及速度分布更均匀 二氧化碳吸收效果较好 第四章结论 主要结论如下 1 数值模拟的结果显示吸收塔内加装气流分布板有利于吸收塔内流场均匀 2 力求分布板最佳倾斜角度在30 左右 此时塔内速度场 压力场 温度场都较其他角度时更均匀 致谢 首先我要感谢我的导师教授并向给过我帮助的老师和同学们致以最诚挚的感谢 最后 向各位不辞辛苦参加我论文答辩的老师表示衷心的感谢
