噴淋塔氨法脫碳的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬.pdf

1、碳捕集和封存技術(shù)(CCS)是減少電廠煙氣CO2排放的重要手段。氨法脫碳技術(shù)具有脫除效率高、擔(dān)載量大、不易被煙氣中的氧氣降級(jí)、腐蝕性小、再生能耗低以及副產(chǎn)品可資源化利用等特點(diǎn)，成為一種有發(fā)展前景的脫碳技術(shù)，但也存在著氨揮發(fā)造成二次污染等問題。
　　本文自行設(shè)計(jì)并建造了氨水脫除煙氣中CO2的噴淋塔實(shí)驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行了對模擬煙氣中CO2連續(xù)脫除的實(shí)驗(yàn)，研究了氨水濃度、氨水流率、煙氣流率、CO2濃度、溫度以及噴嘴流率及其組合方式等參數(shù)對CO2脫

2、除效率、出口氨濃度以及脫除單位摩爾CO2的氨揮發(fā)量的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用噴淋塔，CO2脫除效率可以高達(dá)93％;提高氨水濃度和增大氨水流率均可以顯著提高CO2脫除效率，但出口氨濃度均顯著增加，對脫除單位摩爾CO2的氨揮發(fā)量的影響規(guī)律均不是單調(diào)的;當(dāng)氨水濃度從6％增加到8％，脫除單位摩爾CO2的氨揮發(fā)量減小，當(dāng)氨水濃度從8％增加到12％時(shí)，脫除單位摩爾CO2的氨揮發(fā)量明顯增加;而當(dāng)氨水流率從1L/min增大到2L/min時(shí)，脫除單位

3、摩爾CO2的氨揮發(fā)量減小，當(dāng)氨水流率從2L/min增大到3L/min時(shí)，脫除單位摩爾CO2的氨揮發(fā)量略有增加;增加入口煙氣流率和CO2濃度會(huì)使出口氨濃度和脫除單位摩爾CO2的氨揮發(fā)量均降低，但CO2脫除效率也降低;氨水溫度小于35℃時(shí)，氨水溫度和煙氣溫度對CO2脫除效率和出口氨濃度的影響很小。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析了上述參數(shù)對體積總傳質(zhì)數(shù)的影響規(guī)律，擬合得到體積總傳質(zhì)數(shù)與氨水摩爾濃度、氨水通量和煙氣通量的關(guān)聯(lián)式。
　　此外，本文基于雙

4、膜理論建立了氣液兩相流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)相耦合的噴淋塔內(nèi)氨水吸收CO2的模型，在FLUENT軟件平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，預(yù)測了噴淋塔內(nèi)氣液兩相的流場、溫度場、壓力場和CO2濃度場，并將數(shù)值模擬結(jié)果和上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而驗(yàn)證模型。研究發(fā)現(xiàn):CO2濃度在塔內(nèi)的徑向分布不均勻，這是氣相速度在徑向的偏差引起的局部湍流和局部液氣比變化共同作用的結(jié)果;在本文建立的模型上，噴嘴霧化角度選擇40°較宜;隨著液滴粒徑的增大，CO2脫除效率和體積總傳質(zhì)數(shù)逐漸