Modelování procesu odsíření mokrou vápencovou vypírkou

Ing. Jan Novosád

Doctoral thesis

Wet flue gas desulfurization modelling

Abstract:

V disertační práci je řešena problematika technologického procesu odsíření spalin mokrou vápencovou vypírkou za kotlem v uhelných elektrárnách. Dílčím cílem práce je popis procesu odsíření s ohledem na fyzikální jevy a konstrukční a provozní parametry reálných zařízení. V rámci práce bylo provedeno studium současného poznání v oblasti odsiřování mokrou vápencovou vypírkou. Předchozí teoretické a experimentální výzkumy popisují většinu fyzikálních jevů při procesu absorpce SO2 ve vápenné suspenzi. Numerické výzkumy se zaměřují na modelování přenosu hmoty mezi plynnou a kapalnou fází, které se zpravidla omezuje na modelování vícefázového proudění spalin a suspenze. Chemické procesy, které se odehrávají uvnitř kapek suspenze, jsou do modelů zahrnuty na základě samostatných výpočtů. Cílem disertační práce je návrh a vývoj CFD nástroje, který umožňuje modelování procesu odsíření mokrou vápencovou vypírkou v průmyslovém zařízení. Odpovídající CFD řešič je navržen na základě balíku OpenFOAM, který byl vybrán z důvodu otevřenosti zdrojového kódu. Dílčí kroky při vývoji zahrnují postupné doplňování zdrojového kódu o potřebné modely dílčích jevů a procesů. Součástí validace kódu je u dílčích kroků porovnání výsledků simulací s experimentálními daty z laboratorních i průmyslových zařízení. Výsledkem práce je řešič, který je odladěn na použití pro simulaci záchytu SO2 v průmyslovém absorbéru. V závěru práce jsou shrnuty hlavní směry dalšího vývoje řešiče pro zajištění většího rozsahu aplikovatelnosti na aktuální problémy v oblasti čištění spalin.

Abstract:

The dissertation deals with the issue of the technological process of flue gas desulphurization by wet limestone scrubbing behind a boiler in coal-fired power plants. A partial goal of the work is to describe the desulfurization process with regard to physical phenomena and design and operating parameters of real equipment. Within the work, a study of current knowledge in the field of desulfurization by wet limestone scrubbing was performed. Previous theoretical and experimental research describes most of the physical phenomena in the process of SO2 absorption in lime suspension. Numerical research focuses on modeling the mass transfer between gas and liquid phase, which is usually limited to modeling the multiphase flow of flue gases and slurry. The chemical processes that take place inside the droplets of the suspension are included in the models on the basis of separate calculations. The aim of this dissertation is the design and development of a CFD tool that allows modeling of the desulfurization process by wet limestone scrubbing in an industrial facility. The corresponding CFD solver is designed based on the OpenFOAM package, which was selected due to the openness of the source code. Partial steps in development include the gradual addition of source code to the necessary models of partial phenomena and processes. Part of the code validation is to compare the results of simulations with experimental data from laboratory and industrial equipment in partial steps. The result of the work is a solver that is tuned for use to simulate the capture of SO2 in an industrial absorber. At the end of the work the main directions of further development of the solver are summarized to ensure a wider range of applicability to current problems in the field of flue gas cleaning.

Keywords

odsíření, mokrá vápencová vypírka, absorpce, SO2, CFD, OpenFOAM

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 11. 2021

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Tomáš Vít, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Mechanical Engineering / Applied Mechanics