2006年我国二氧化硫排放总量达到2549万吨，其中近一半来自火电厂燃煤锅炉。目前大型火电厂中运用最多的脱硫工艺是采用喷淋塔的湿法烟气脱硫工艺。尽管我国脱硫技术在电力行业得到广泛应用，但为了降低脱硫系统投资和运行费用，进行了工艺和设备的改进和简化，导致多数系统的脱硫效率和设备可用率达不到设计要求。因此，深入研究系统的流动和反应规律，优化关键设备的结构参数，不仅有助于提高现有脱硫系统的脱硫效率和设备可用率，而且可望开发新的脱硫工艺，以实现低投资、低运行费用条件下的高效烟气脱硫。　　 本文首先研究了湿法烟气脱硫系统常用的单层喷嘴和螺旋喷嘴。建立了一个喷嘴雾化试验台，采用PDPA和快速CCD以及数码相机等实验设备研究喷嘴的雾化特性，考察了单层喷嘴和螺旋喷嘴液膜破裂长度、液滴形成的影响因素，并归纳了实验关联式。实验发现：在流量逐渐加大时，喷嘴出口液膜的流动呈现三种状态：稳定流动状态、抖动状态和散乱状态。对于单层喷嘴，在喷嘴出口平均流速小于1.6m/s时，连续液膜破裂主要以穿孔破裂为主；在喷嘴出口平均流速为1.6m/s～2.2m/s时，液膜的破裂包含波动破裂和穿孔破裂：当喷嘴出口流速大于2.2m/s时，连续液膜破裂为波动破裂。对于螺旋喷嘴，在本实验条件下，连续液膜破裂均为波动破裂。　　 在实验研究的基础上，建立了一套比较完整的能够预测液滴颗粒形成的液相喷嘴雾化数学模型，包括喷嘴内部流动模型和外部流动模型两部分。内部流动采用RNGk-ε模型，用Fluent软件进行模拟计算，获得的出口参数作为外部流动的入口条件。在外部流动模型中，通过假设边界条件简化N-S方程，导出了液膜的界面控制方程，在综合考虑液膜厚度、扰动波长及干扰波增长率后，采用液膜厚度与干扰波渗透厚度比较来判定液膜破裂位置，并根据线性稳态理论导出液膜破裂后形成液丝并进而确定液滴颗粒初始参数。模型预测结果与实验结果吻合较好。针对实验中无法测量的在有外界气流扰动下的液膜破裂和液滴形成情况，通过本模型进行了预测，模型计算结果显示：在液体流量不变的情况下，外界气流扰动越大，连续液膜维持长度越短，产生的液滴颗粒粒径越小。　　 在上述实验和数值模拟的基础上，本文提出了一种组合式浆液喷嘴，并进行了流动特性、雾化特性、受力特性的数值模拟和实验研究，依据实验和数值模拟结果对初型喷嘴进行了结构改进。研究结果表明：该喷嘴在20～120％设计流量下生成液滴粒径主要为100～1400μm，并且液滴粒径分布比较均匀，而螺旋喷嘴生成液滴粒径主要为50μm～600μm，并且分布偏向小粒径。由于小粒径液滴易跟随气流，使系统阻力增大，同时还造成后部除雾器工作压力增大，排烟带水量增加，因此该喷嘴可控制小液滴数量，降低系统阻力，减少排烟带水量。该喷嘴还具有结构简单，易于加工和维修的特点。　　 为研究喷嘴在塔内的雾化特性及塔内的气液流动和SO2吸附特性，建立了一个可视化试验台，考察了喷嘴结构型式、气液流量及比例、进气温度、各喷淋层喷淋液配比等条件下系统的阻力特性和二氧化硫的吸附特性。研究结果表明：在小尺度塔内，对于单层喷嘴，系统的主要阻力来自于液膜，而对于螺旋喷嘴，液膜对系统的阻力影响小于单层喷嘴；喷淋脱硫塔内不均匀流动区域主要集中在塔底入口处；采用单层喷嘴和螺旋喷嘴的系统脱硫效果基本相当。降低进气温度有助于二氧化硫吸附。　　 依据上述研究结果，本文构造了一个三维两相的喷淋脱硫塔数学模型，该模型导入了喷嘴雾化模型，并考虑气流流动、SO2与液滴化学反应以及烟气与液滴间动量、质量和能量的交换。首先，采用该模型对试验台进行数值模拟，通过与实验结果进行比较，修正了SO2吸附参数使模拟结果与实验结果相一致。然后，采用该模型对扬州电厂200MW机组脱硫塔进行了模拟，计算结果表明：在喷淋脱硫塔中，气流和液滴的相互作用非常明显，液滴对气流有强烈的整流作用，而气流对液滴也有夹带作用，当气流速度超过6m/s后，液滴夹带量明显增大，从而使运行阻力大大增加。在塔入口烟道中增加导流板使烟气分层流入塔内，可以改善塔内烟气与液滴的接触效果，从而提高脱硫效率。最后，采用该模型对太仓电厂2×300MW机组共用一个烟气喷淋脱硫塔进行了模拟计算，计算结果表明：采用本文研究的组合式浆液喷嘴，脱硫效率与螺旋喷嘴系统相当，并且组合式浆液喷嘴的系统阻力小，烟气带水量少。因此组合式浆液喷嘴在脱硫系统中可以完全取代螺旋喷嘴，采用该喷嘴的系统已经在太仓电厂投入运行。