Schwefeldioxid ist die Hauptquelle der Luftverschmutzung und bildet leicht einen Schleier, der die Luftqualität verschlechtert. Daher wurden verschiedene Studien zur Reduzierung von Sulfidemissionen durchgeführt, die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen. Unter ihnen gilt die Technologie der halbtrockenen Rauchgasentschwefelung in Pulver-Partikel-Strahlschichten (PPSBs) als zuverlässige und effektive Entschwefelungsmethode.
Mit der Entwicklung von Methoden der Computational Fluid Dynamics (CFD) führten immer mehr Forscher numerische Simulationen der Entschwefelung von halbtrockenem Rauchgas in einer Strahlschicht durch. Ein solches Bett beinhaltet eine Mehrphasenströmung und Wärme- und Stoffübertragung, einschließlich einer Gas-Feststoff-Zweiphasenströmung, einen Wasserverdampfungsprozess und eine Entschwefelungsreaktion. Die derzeit in Simulationen verwendeten homogenen Luftwiderstandsmodelle (wie die von Gidaspow und Wen-Yu) berücksichtigten jedoch nicht den Einfluss der mesoskaligen Struktur während der Berechnung des Luftwiderstandsbeiwerts, was zu einer starken Überschätzung des Luftwiderstands führte, was sich negativ auf auswirkte Simulationsgenauigkeit. Um dieses Problem zu lösen, modifizierten Feng Wu und sein Team das heterogene Gas-Feststoff-Widerstandsmodell und wendeten es auf die Simulation des zweidimensionalen Strahlschichtbetts an. Die entsprechende Arbeit wurde online veröffentlicht in Grenzen der chemischen Wissenschaft und Technik am 9. Dezember 2021.
In dieser Studie stellten sie durch Simulation und Analyse des Gas-Feststoff-Zweiphasenfluss-gekoppelten Wasserverdampfungs- und Entschwefelungsprozesses der Strahlschicht fest, dass das angepasste mesoskalige Luftwiderstandsmodell den halbtrockenen Rauchgasentschwefelungsprozess genau und effektiv beschreiben kann geschwungenes Bett. Es besteht eine Strukturaktivitätsbeziehung zwischen dem Widerstandsmodell und der Wärmeübertragung, Stoffübertragung und Entschwefelungsreaktion.
Die erhaltenen Ergebnisse zeigten, dass die durch das modifizierte Mesoskalenmodell simulierte Teilchengeschwindigkeit besser mit den experimentellen Daten übereinstimmt. Die durch das angepasste Mesoskalen-Widerstandsmodell simulierte Ausgussmorphologie war ein instabiler und diskontinuierlich sprudelnder Ausguss im Gegensatz zu dem stabilen kontinuierlichen Ausguss, der unter Verwendung des Gidaspow-Modells erhalten wurde. Der sprudelnde Ausgusszustand entspricht der physikalischen Realität.
Die durch das EMMS-Widerstandsmodell simulierte Wasserverteilung in der Strahlschicht war gleichmäßig, und ihre Wasserverdampfungsrate war größer als die durch das Gidaspow-Widerstandsmodell bestimmte. Der durch das heterogene Luftwiderstandsmodell erhaltene Massenanteil von Wasser im Gas am Auslass war 1,5-mal größer als der durch das homogene Luftwiderstandsmodell während der Simulation der Wasserverdampfung geschätzte.
Für die Entschwefelungsreaktion betrug die experimentelle Entschwefelungseffizienz 75,03 %, während die simulierten Entschwefelungseffizienzen, die durch das Gidaspow- und das angepasste Mesoskalenwiderstandsmodell erhalten wurden, 47,63 % bzw. 75,08 % betrugen, was auf eine viel höhere Genauigkeit der letzteren Technik hinweist.
Feng Wu und sein Team werden das angepasste mesoskalige Widerstandsmodell weiter auf drei Dimensionen erweitern, um mehr Beziehungen zwischen Widerstandsmodellen und Wärme- und Stoffübertragung zu erhalten.
Xinxin Che et al, Wirkung eines angepassten mesoskaligen Widerstandsmodells auf die Rauchgasentschwefelung in Pulver-Partikel-Strahlschichten, Grenzen der chemischen Wissenschaft und Technik (2021). DOI: 10.1007/s11705-021-2100-8
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