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燃煤电厂二氧化硫排放造成的污染正受到我国政府的高度重视,减排二氧化硫也是我国"十一五"期间工作的重点之一,因此烟气脱硫行业有很大的市场和发展空间。烟气脱硫循环流化床技术由于其独特的优势,在干法烟气脱硫技术中应用最广,采用此技术的最大机组容量已达300MW。小型烟气脱硫循环流化床在放大过程中,容易出现如流场偏斜和流动的不均匀问题,它影响了浓度和温度分布的均匀性并使横向截面内脱硫反应不均,导致脱硫效率下降。而粘壁现象是脱硫系统无法长期稳定运行的主要原因之一。烟气脱硫循环流化床的直径已经增大到10余米,如何改善其均匀性是需要进行研究的重要课题。本文探讨了改善流化床均匀性的措施与方法,在传统文丘里管直流流化基础上增加旋流,构成了旋直复合流化方式。旋直复合流化是改善流动均匀性的有效措施。在单相冷态试验台上进行了旋直复合流化的流动特性研究;在此基础上研究了旋直复合流化技术塔内的气固相流动特性和均匀性,分析了旋直复合流化提高均匀性的原理;在145MW机组烟气脱硫循环流化床的脱硫塔上进行了工业应用研究,考察了旋直复合流化技术脱硫塔内流动与温度的分布特性及均匀性,对它的脱硫性能进行了研究。首先,研究了单相旋直复合流化冷态试验台塔体内的流场。旋直复合流化技术相比直流流化技术增加了脱硫塔主体内气流的切向动量;塔内有很高的紊流度,扰动十分强烈;剪切应力有了很大提高,湍流输运能力增强,所以脱硫塔主体横向截面内流动的对称性比直流流化技术有了非常明显的提高。脱硫塔主体内的旋流强度在轴向上以指数形式衰减,能量耗散加快,相比直流流化技术可以更快达到均匀的流动状态;而且仰角减小,流动更快达到均匀的分布。旋转叶片分别安装在文丘里管喉部和文丘里管渐扩段。虽然旋转叶片装在渐扩段的阻力比装在喉部增加了15%～46%,但其最大切向速度却有所降低。通过试验发现叶片仰角是影响阻力、旋流强度和流动规律的最主要因素;而叶片数量的改变对它们的影响比叶片仰角小很多:旋转叶片6片,它的遮盖度1.5时即有良好的导流作用。对流场的模拟采用了k-ε模型,模拟结果与试验数据吻合良好,反映了脱硫塔内的单相流动规律。综合阻力、流动规律以及截面内速度的均匀性,旋直复合流化的效果优于直流流化。其中旋转叶片装在喉部的旋流效果优于装在渐扩段,叶片装在喉部且仰角为42°时有最佳的流动效果。其次,在单相流动特性研究的基础上通过相似与模化理论建立了气固两相流动特性与均匀性试验台,选择了单相流动中最佳的旋转叶片结构进行试验,同时采用双流体模型对流场进行模拟,并对塔内气固两相的流动规律与均匀性进行研究。研究表明,双流体模型的模拟结果与试验数据吻合良好。旋直复合流化较强的旋流运动提高了横向截面内的平均切向速度,直流旋流之间较强的剪切作用增强了横截面内的湍流输运能力,加强了横向混合与扰动,因此采用旋直复合流化技术的脱硫塔主体内流场未出现水平入口造成的回流区,基本消除了流场的偏斜,横向和纵向截面内的流场呈对称分布,脱硫塔内流动的不均匀度系数比直流流化减小了22%以上,流动的均匀性得到明显改善;随着高度增加,复合流化的塔内流动更快达到均匀的分布状态。流化速度提高,流动的惯性增加,均匀性有所降低。虽然旋直复合流化技术比直流流化技术增加了12%～30%的阻力,但旋直复合流化脱硫塔内较高的滑移速度对增强传质有利;而且颗粒的停留时间增加了1.23～1.31倍,塔内颗粒浓度提高,内循环增强,浓度的均匀性也优于直流流化。最后,旋直复合流化技术应用到145MW机组的循环流化床烟气脱硫工程中。脱硫塔主体内的流场呈中心区域向上流动边壁区域向下流动的环-核流动特性。在脱硫装置的文丘里管喉部内安装旋流器后,其阻力比直流流化的脱硫装置增加了200～300Pa,占脱硫装置阻力的12%,但减轻了流动偏转,提高了流场与温度场的均匀性。在提高塔内物料浓度的同时带出量减小,降低了电除尘器入口灰浓度;而且复合流化脱硫装置出口的脱硫灰浓度只比入口增加了1.1～1.2倍,对电除尘器的影响不大。采用旋直复合流化技术的烟气脱硫塔的脱硫产物以CaSO3为主,CaSO4的生成量少。塔内强烈的扰动使钙利用率较高,所以旋直复合流化技术在运行成本低的同时有高的脱硫效率:钙硫摩尔比1.35,近绝热饱和温差11.6℃时,脱硫效率为93.6%。脱硫效率随钙硫摩尔比的增加或近绝热饱和温度的减小而提高。兼顾运行费用和脱硫效果,复合流化技术的脱硫装置钙硫摩尔比的推荐值～1.3,近绝热饱和温差在10～15℃之间。采用旋直复合流化技术,复合流化后脱硫塔壁面的物料浓度最高,由于高浓度、高速度的灰循环,增大的切向速度加强了冲刷作用;均匀性提高的同时传热传质增强,扰动强烈,促进了液滴干燥,脱硫塔内的粘壁现象大为减轻,基本解决了脱硫装置长期稳定运行所面临的一个难题。通过冷态试验、数值计算以及工业应用表明,旋直复合流化的烟气脱硫循环流化床技术有效改善了脱硫装置流场的均匀性,减轻粘壁现象的同时有高的脱硫效率。适应烟气脱硫循环流化床技术发展的要求,是烟气脱硫循环流化床领域中一项有前景的新技术。