湿法烟气脱硫雾化喷嘴的数值模拟
撞击流湿法脱硫雾化喷嘴内流场数值模拟
撞 击流 湿 法 脱硫 雾 化 喷 嘴 内流 场 数 值 模 拟
李 勤 ，徐 成海 。 ，伍 沅。 ，李 芳
（＿ １ 东北 大 学 机 械 工 程 与 自动 化学 院 ，辽 宁 沈 阳 ｌ０ ０ ；２ 沈 阳工 业 大 学 工 程 学 院 ，辽 宁 辽 阳 Ｉ １０ ； ｌ０ ４ ． Ｉ ０ ３
关键 词 ：喷嘴；烟气脱硫；流场；数值模拟
中图分 类号 ：Ｔ ０ ２ ７ ３ Ｑ ５ ． ０
文献 标 志码 ：Ａ
Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｉ ｌ ｔｏ ｆｔ ｅ Ｆｌ ｗ ｅ ｄ ｉ ｄｙ ｍ ｒｃ ｌＳ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｏ Ｆｉ ｌ ｎ Ｅｄ Ｐｒ ｓ ｕ ｅ Ｎｏ ｚ ｅ ｏ ｅ － ｐ ｓ ｌｕ ｉａ ｉ ｎ ｅ ｓ ｒ ｚ ｌ ｓｆ ｒ Ｗ ｔＴｙ ｅ Ｄｅ ｕ ｆ ｒｚ ｔ０ ＬＩＱｉ ，ＸＵ ｅ ｇ ｈ ｌ ｎ Ｃｈ ｎ — ａ ，Ｗ Ｕ ａ 。 Ｙｕ ｎ ，ＬＩＦａ ｇ ｎ
符
号
说
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（ ． ｏ ｌｇ ｆＭ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｎ ｔ ｍａ ｉａ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ， ｒｈ ａ ｔＵｎ ｖ ｒ ｉ ， ｈ ｎ ａ ｇ １ ０ ０ ， Ｃ ｉ ａ １ Ｃ ｌ ｅ ｏ ｃ ａ ｉａ ａ ｄ Ａｕ ｏ ｔ ｌ ｇ ｎ ｅ ｉ Ｎｏ ｔ ｅ ｓ ｉ ｅ ｓｔ Ｓ ｅ ｙ ｎ １ ０ ４ ｅ ｃ Ｅ ｎ ｙ ｈｎ ； ２ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｇ Ｃｏ ｌ ｅ Ｓ ｅ ｙ ｎ ｎｖ ｒ ｉ ｆＴ ｃ ｎ ｌｇ Ｌ ａ ｙ ｎ １ ０ ３，Ｃｈ ｎ ； ． ｇ ｎ ｅ ｉ ｌ ｇ ， ｈ ｎ ａ ｇ Ｕ ｉｅ ｓｔ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ， ｉｏ ａ ｇ １ １ ０ ｎ ｅ ｙ ｉａ
湿式烟气脱硫喷淋塔内部场数值模拟研究
收稿日期:2005-06-12作者简介:李铁军(1971-),男,河北承德人,硕士研究生.湿式烟气脱硫喷淋塔内部场数值模拟研究李铁军(华北电力大学能源与动力工程学院,北京 102206)摘 要:以300MW 机组湿法烟气脱硫喷淋塔为研究对象,利用计算流体力学通用软件对其内部进行三维数值模拟.结果表明,模拟很好地预测出S O 2脱出效果.关键词:烟气脱硫;喷淋塔;数值模拟中图分类号:X 70113 文献标识码:A 文章编号:1673-1603(2006)03-0214-04 长期以来,我国S O 2的排放量都在2000万t 左右,排在世界第一位.近年来,随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,我国开始加速对环境污染的治理.2002年11月,国务院批复了国家环保总局会同有关部门共同编制的《“两控区”酸雨和二氧化硫污染防治“十五”计划》.根据计划安排,“到2005年,‘两控区’内火电厂S O 2排放量在2000年的基础上削减20%…”.可以预见,未来的几年将是烟气脱硫技术飞速发展和应用的一个重要时期[1].“十五”期间,预计将有近30G W 的火电厂装设烟气脱硫(FG D )设施,并在“十一五”期间会有更大的发展[2].烟气脱硫国产化是降低工程造价、治理S O 2、发展环保产业的需要.烟气脱硫喷淋塔是湿法FG D 的核心设备,其内部两相流动状态直接影响压降、除雾效率、气液传质及脱硫效率等重要设计参数.因此,对塔内流场的模拟研究成为设计技术国产化的研究热点[2-5].目前,研究流体问题的方法有模型试验、理论分析和数值模拟3种[6].数值模拟方法具有经济、高效的特点,且排除了模型试验方法中存在的缩小误差的问题及安全问题[7].利用计算流体力学(CFD )通用软件对塔内流场进行数值模拟,在秉承数值模拟方法优点的同时回避了编程工作的复杂性,是研究流场的有力工具.1 模型设定及初始、边界条件1.1 物理简化CFD 模拟工作的第一步是建立脱硫塔物理模型,并对所模拟的问题作出物理上的简化.烟气由底部进口截面沿下倾烟道进入塔体,在上升过程中依次经过4个喷淋层.脱硫浆液由布置于喷淋层的雾化喷嘴引入,与烟气形成逆流接触.经过洗涤之后的烟气从出口截面进入除雾段,吸收S O 2之后的喷淋液下落至浆液池.在gambit 中建立物理原型的简化图如图1所示,处理模块对其进行网格化.计算区域选为浆液池表面以上、除雾器底面以下的区域.所选取的模拟截面为脱硫塔(包括进口烟道)对称纵截面.综合考虑计算量、网格生成难易程度以及收敛性3方面的因素,选用均匀、正交分布的结构化网格,网格尺度(interal size 013),整个塔体共326400个网格.图1 喷淋塔物理原型简化脱硫塔内的气液两相流动伴随着复杂的传质、传热、相变及化学反应过程,由于液相的体积分数仅占气相的114%,故将气相作为连续相考虑,液相作为离散相考虑,所以分别用不同的数学模型描述,并考虑两相之间的耦合.1.2 数学模型的设定对塔内流场进行物理简化后,需要从数学的角度建立控制方程组,并将其离散化、线性化以进行迭代求第2卷第3期2006年7月沈阳工程学院学报(自然科学版)Journal of Shenyang Institute of Engineering (Natural Science )V ol 12N o 13Jul.2006解.气相湍流的模拟,从雷诺时均NS方程组出发,选用标准k-ε湍流模型加以封闭.大量的模拟及校验结果表明,该模型可成功用于无旋及弱旋的二维回流流动[8].脱硫塔内存在回流,且计算区域较大,选取具有一定精度且计算量较小的k双方程模型是合理的[1].离散相喷淋液的模拟选用拉格朗日颗粒轨道模型.首先,由于脱硫塔内喷淋液滴平均直径较大(21 mm),气液两相之间的滑移不可忽略[9],该模型能够考虑颗粒与流体之间的大滑移,且认为滑移与扩散漂移无关[8].其次,该模型通过积分求解连续相流场中的颗粒受力微分方程,可以得到颗粒运动的确定轨道.此外,湍流扩散对颗粒轨道也产生影响,该模型采用随机轨道方法进行修正.在计算过程中,模型跟踪计算颗粒沿轨道的动量增加与损失,所得计算结果将作用于随后的连续相计算中.于是,在连续相影响离散相的同时,也考虑了离散相对连续相的作用.交替求解离散相与连续相的控制方程,直至两者均收敛,即可实现两相之间的双向耦合计算.至此,连续相与离散相的控制方程已建立,但由于其高度非线性特征及各变量间的相互耦合,需要进行线性化及变量分离,方能迭代求解.软件采用有限体积法对计算域进行离散,通过在离散的控制体上积分控制方程,得到可用于迭代求解的代数方程.1.3 初始条件与边界条件的设定建立起可用于离散求解的代数方程之后,在软件中设定初始、边界条件即可迭代求解.计算中所用到的脱硫塔设计参数均来自实际火电厂脱硫工程,运行参数为典型工况下的数据,如表1所示.表1 脱硫塔设计、运行参数项目数值烟气量(m3/h)1098662塔径(m)1116塔高(m)3912吸收区塔高(从浆液池表面到除雾器底面)(m)20入口截面积(宽×高)(m2)6×4单层喷嘴个数(个)10入口烟温(K)405汽液比(L/m3)161651.3.1 连续相初始边界条件由于进口烟道上游有布气板,故可认为气速大小在进口截面均匀分布,方向与烟道轴线平行.除雾段不包含在计算域之内,但除雾器产生的压降使出口截面的压力分布均匀化,故可近似认为出口截面压力均匀分布.浆液池液面简化为固体壁面处理,忽略浆液池液面波动对烟气的影响.1.3.2 离散相初始边界条件离散相初始条件根据喷嘴生产商提供的喷淋实验参数设定,主要包括喷淋液出口速度、喷射角和喷淋液滴粒径分布等.为准确描述喷嘴的雾化性能,将厂家提供的粒径分布拟合为R osin Rammler分布曲线,并用自定义函数的方法导入模型.在计算过程中,颗粒轨迹无论与塔壁相交或到达浆液池表面,或是从进口、出口截面逃逸均终止计算.2 结果分析与讨论2.1 塔内气相湍流流场分布首先,在无喷淋的情况下对烟气的湍流运动进行三维模拟,得到如图2所示的速度场,箭头代表气体速度矢量,其长短正比于速度的大小.每个箭头都是多个计算网格节点上速度矢量的合成,即箭头的数目远小于计算网格节点的数目.图2 无喷淋情况下塔内气相流场分布可以观察到,高速烟气进入塔体后直接冲击与进口烟道相对的塔壁,受阻后被迫改变方向向上偏折,依次经过4个喷淋层(此时未喷淋),到达出口截面,在整个塔体之内,形成一个明显的高气速带,其宽度约占塔径的1/3.由于出口截面的压力约束,导致部分到达出口截面的烟气沿右侧塔壁回流,向下依次穿过4个喷淋层之后与进口高速烟气汇合,这样,在整个塔的上半部分形成一个顺时针方向的大涡.另有一部分进口烟气在冲击塔壁受阻后向下偏折,沿浆液池表面回流至进口段,沿右侧塔壁向上偏折,之后与进口处高速烟气形成合流,也构成一个完整第3期李铁军:湿式烟气脱硫喷淋塔内部场数值模拟研究・215 ・的涡.这2个大尺度的涡即为空塔湍流流场的主要特征.加入喷淋之后,塔内气体湍流速度场模拟结果如图3所示.最明显的变化在于,塔内高气速带消失,高气速区域被限制于进口段附近.图3 加喷淋后塔内气相流场分布在烟气进口至第一喷淋层之间,由于喷淋液的引入,气液两相之间发生强烈的相互作用,气相迅速过渡至强烈的湍流流动状态.强烈湍动有助于气体动量的输运,故在到达第一喷淋层时,气速沿塔径方向的分布已基本均匀,且截面最大气速相对于无喷淋时明显降低.烟气依次通过4个喷淋层到达出口截面,在此过程中,气速沿塔径方向的均匀性始终保持较好,这就保证了塔内的持液量及液滴在塔内的停留时间,从而在整体上增强了气液两相之间的传质.另一方面,局部范围内气速矢量方向的不一致性说明,在塔内普遍存在小范围的掺混与强烈的湍流脉动,这对增强局部的气液传质及化学反应是十分有利的.从整体上看,加入喷淋之后,占据塔体上半部分的大涡消失,沿右侧塔壁的区域性回流也随之消失,取而代之的是进口段上方的一个尺度较小的顺时针的涡,这个涡的保持是由进口段突扩作用决定的.同样,进口段下方逆时针方向的涡也是由突扩作用形成的.2.2 各截面气速分布无喷淋、有喷淋2种条件下出口截面的气速分布如图4所示.无喷淋时出口截面气速从1m/s 到13m/s 不等,变化范围很大.加入喷淋后,出口截面气速集中处于4m/s 以下,两端靠近塔壁处气速稍高,是由于塔壁附近相对于塔主体部分喷淋密度较低造成的.出口截面气速分布的均匀性,可以保证除雾器进口气速保持在设计限值之内,有效防止雾沫夹带.塔壁附近气速较高的问题,可以通过在塔壁附近加大喷嘴布置密度、改进喷嘴型式来解决.图4 出口截面的气速分布2.3 离散相轨迹跟踪离散相液滴的轨迹跟踪结果如图5所示.图中曲线代表了喷淋液滴的运行轨迹,该轨迹由液滴受力及气相湍流脉动2方面作用决定的.图5 离散相液滴轨迹在三维模拟中共设置了64个喷嘴,为清晰显示,仅选取第1喷淋层中的2个喷嘴进行示例.由于喷淋液的粒径从011mm 至5mm 不等,较小的颗粒被烟气夹带至塔的上部,其中一部分可到达出口截面,大部分液滴在冲刷烟气之后落至浆液池.由轨迹跟踪结果可知,中空锥形的喷嘴设计,可形成伞状的水帘,有效防止烟气短流.2.4 塔内S O 2分布烟气流速为8m/s 时,采用一层喷嘴低位喷淋时塔内S O 2分布如图6所示.从图中可以看出靠近塔出口处S O 2脱出的结果和实际符合得很好,模拟是可行和正确的.另外,从图中可以看出,由于塔壁边缘喷淋密度较低,总的脱出效果稍差,可以通过改变喷嘴布置来解决.・216 ・沈阳工程学院学报(自然科学版)第2卷图6 脱硫塔内SO 2分布2.5 校 验数值模拟的可靠性必须经过模型试验(或现行脱硫装置)的验证[5].通过将预测的截面气速分布、压力损失数据以及喷淋液滴浓度分布与实验数据进行对比,两者吻合较好,数值模拟的结果是可靠的.3 结 论应用CFD 通用软件对湿法烟气脱硫喷淋塔内部流场进行数值模拟,得出以下结论.1)k -ε模型用于预测脱硫塔内气相湍流流场适用性较好,能够保证精度并获得较快的收敛.颗粒轨道模型不仅考虑了颗粒在气相湍流场中的受力,同时也能考虑颗粒与连续相之间的大滑移,对描述脱硫塔内液滴的轨迹跟踪是适用的.2)在无喷淋的条件下,烟气在塔内形成2个大尺度的涡,出口截面气速分布非常不均匀,最大值高达12m/s. 3)有喷淋的条件下,气速在整个塔体内的均匀性保证了塔内的持液量及液滴停留时间,加之局部区域内强烈的掺混作用与湍流脉动,增进了塔内气液传质及化学反应过程.4)有喷淋的条件下,出口截面气速最大值约为6m/s ,出现在接近塔壁处,这是由于塔壁附近喷淋密度较小所致,可通过改善喷嘴型式及布置方式加以优化.5)模拟可以很好地预测出S O 2的脱出效果,与实际很好符合,可以用于指导运行和设计.参考文献[1]曾 芳,陈 力,李晓云.湿式脱硫塔流场数值计算[J ].华北电力大学学报,2002,29(2):106.[2]王志轩.日本烟气脱硫设备指南的内容及对我国的启示[J ].电力环境保护,2003,19(1):1-8.[3]唐志永,仲兆平,孙克勤,等.湿法脱硫喷淋塔空塔流场数值模拟[J ].能源研究与利用,2003(2):10-12.[4]李仁刚,管一明.烟气脱硫喷淋塔流体力学特性研究[J ].电力环境保护,2001,17(4):4-8.[5]孟令杰,徐凤刚,王小明.大型燃煤锅炉湿法烟气脱硫吸收塔冷态实验模型流体力学研究[J ].电力环境保护,2001,17(4):1-3.[6]周光.流体力学[M].2版.北京:高等教育出版社,2000.[7]Dudek S A ,R ogers J A ,G ohara W F.C omputational Fluid Dy 2namics (CFD )M odel for Predicting T w o Phase Flowina Flue G as Desulfurization Wet Scrubber[J ].EPRI DOE EPAC ombined Utili 2ty Air P ollutant C ontrol Symposium ,1999.[8]周力行.湍流两相流与燃烧的数值模拟[M].北京:清华大学出版社,1991.[9]Jacek A ,Michalski.Aerodynamic characteristics of FG D spraytowers[J ].Chem Eng T echnol ,1997,20:108-117.[10]韩占忠,王 敬,兰小平.F LUE NT 流体工程仿真计算实例与应用[M].北京:北京理工大学出版社,1999.Numerical simulation for internal field of w et flue gas desulfurization of spray tow erLI T ie -jun(Department of Power Engineering ,North China E lectric Power University ,Beijing102206,China )Abstract :T aking spray tower of 300MW unit ’s flue gas desulfurization as study object ,makes the 3D numerical simulation by general s oftware of C om putational Fluid Dynamics (CFD ).Results show simulation forecasts the desulfurization effect better.K ey w ords :flue gas desulfurization ;spray tower ;numerical simulation第3期李铁军:湿式烟气脱硫喷淋塔内部场数值模拟研究・217 ・。
脱硫湿烟气喷淋冷凝过程数值模拟研究
脱硫湿烟气喷淋冷凝过程数值模拟研究大中型燃煤电厂多采纳湿法脱硫技术，脱硫过程导致大量水分蒸发，600 MW机组经湿法脱硫后排放的烟气中携带水蒸气超过200 t/h。
脱硫湿烟气中的水蒸气及低温余热是燃煤电厂水资源和能量损耗的重要局部。
讨论说明，脱硫后烟气中的液滴含量越少，烟囱出口烟尘含量越低，因此削减脱硫系统出口含湿量是提高脱硫系统协同除尘力量的关键。
正确理解湿烟气喷淋冷凝过程的传热、传质及相变规律，对于提高喷淋冷凝效果，降低水资源铺张具有重要意义。
前人讨论大多为喷淋方向及喷淋层组合方式，但喷淋冷却系统设计优化还不完善，如因喷淋层布置高度、喷嘴角度设置不合理而达不到抱负的冷却效果；或因喷淋水流量和温度不适宜导致水资源和能量的铺张；或因雾化程度过低，导致液滴粒径过大，造成气液接触面积小。
本文对湿法脱硫后烟气的冷凝过程进展数值模拟讨论，采纳双层喷淋布置，为增加气液接触时间在烟气入口上方布置填料，从冷凝室装置构造以及气液两相参数等方面进展了数值模拟和性能分析。
讨论喷淋层不同间距、喷嘴角度、液滴直径、液气比、液滴温度、烟气流速对于冷凝效果的影响，从而确定脱硫湿烟气冷凝优化条件，以期为工程实践供应参考，进而到达节水节能、消白、除尘一体化的目的。
1 模型建立及验证采纳双层喷淋布置，顶层喷淋距烟气入口截面3.2 m，底层喷淋距烟气入口截面2.2 m。
填料层高度为0.6 m，布置在烟气入口截面上方0.4 m 处。
图1 冷凝室简化模型气相与颗粒之间的耦合模型，本文采纳的是双向耦合模型。
离散相与连续相的双向耦合是通过求解连续相掌握方程和离散相运动方程来实现，直到两相不再随着迭代的进展而变化为止。
在5次转变液气比中，试验均重复3次，并采纳多个测点，故试验值为屡次试验的平均值。
模拟值与试验值最大肯定误差为 4.29 K，最大相对误差为9%；模拟值与试验值最小肯定误差为2.73 K，最大相对误差为3.61 %。
两者总体相差不大，故认为建模合理。
湿法烟气脱硫系统模型模拟
湿法烟气脱硫系统模型模拟M.Gerbec,A.Stergarsek,R .Kocjancic （南斯拉夫共和国）摘要：本文建立的关于石灰石-石膏湿法烟气脱硫的非稳态模型可用于描述烟气脱硫过程中发生的化学和物理现象。
模型中包含了与烟气逆流接触下落的浆滴液相吸收SO 2过程，浆液中硫酸根（IV ）、硫酸根（VI ）、碳酸根、钙离子的化学平衡反应过程，硫酸根（IV ）到硫酸根（VI ）的氧化过程，CaSO 3和CaSO 4的沉淀和溶解过程，以及中和剂石灰石的溶解过程。
根据各种边界条件和输入参数（如设备尺寸），模型可以计算所需的参数。
模型可以预测SO 2的去除效率，吸收浆液的化学组份，等等。
该模型已在Šoštanj 电厂3MWe 燃煤机组示范烟气脱硫工程上得到了验证。
模型可以用于设计及优化技术，并可以用于推断电厂的测试数据。
关键字：烟气脱硫（FGD ）；非稳态模型；SO 2吸收；石灰石溶解；过程优化1 液滴吸收SO 2过程首先，将浆滴作为喷淋塔的基本吸收单元来描述吸收过程。
在浆滴表面被吸收，传质通量的方程式为：2SO 2SO N )(222i SO SO G SO P P K N −=；1/[122LSO SO G G k H k K ⋅+=β （1），（2） 其中，和分别为气相主体和相界面的分压，单位为Pa 。
2SO P i SO P 22SO β是化学反应增强因子（Altwicker ，1981），是亨利常数。
由Frössling 方程得到2SO H G k 33.05.0Re 55.02Sc PD RTd k Sh G D G +== （3） 式中R 是气体常数，T 是温度（K ），d D 是浆滴粒径，D G 是SO 2气相扩散常数，P 是总压（Pa ），Re,Sc 为我们所熟知的无量纲数。
k L 可由Higbie （1935）提出的方程（4）计算得到。
暴露时间（t exp ）由浆滴内部的流体动力学特性决定。
湿法烟气脱硫塔内折形板除雾器优化的数值模拟
湿法烟气脱硫塔内折形板除雾器优化的数值模拟杨玮;曲江源;齐娜娜;任杰;王瑞;杨凤玲;张锴【摘要】采用欧拉-拉格朗日方法模拟了湿法烟气脱硫塔内折形板除雾器单通道二维流场的气液两相流动特性,气相采用SSTk-ω模型封闭的雷诺时均N-S方程,液滴采用颗粒随机轨道模型.在对无构件除雾器流场分析基础上,提出一种加装于除雾器叶片的构件,并分析了优化构件高度及顶角对气相流动特性、液滴运动轨迹及除雾器性能的影响.模拟结果表明,所提出的新型构件可增强除雾器的捕集性能,构件高度由3mm增大至5 mm或顶角由120°减小至60°均可进一步提高除雾效率,而高度的影响比顶角更加明显;综合考虑除雾效率与压降,对于高度为3mm或4mm的构件顶角适宜范围为90°至120°,而对于高度为5mm的构件,顶角减小使压降增加明显,其适宜角度为120°.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2017(033)007【总页数】9页(P43-51)【关键词】湿法烟气脱硫;除雾器;数值模拟;结构优化;除雾效率【作者】杨玮;曲江源;齐娜娜;任杰;王瑞;杨凤玲;张锴【作者单位】晋能长治热电有限公司,山西长治046011;山西省煤炭清洁燃烧发电工程技术研究中心,山西太原030006;华北电力大学热电生产过程污染物监测与控制北京市重点实验室,北京102206;山西省煤炭清洁燃烧发电工程技术研究中心,山西太原030006;华北电力大学热电生产过程污染物监测与控制北京市重点实验室,北京102206;晋能长治热电有限公司,山西长治046011;山西省煤炭清洁燃烧发电工程技术研究中心,山西太原030006;晋能长治热电有限公司,山西长治046011;山西省煤炭清洁燃烧发电工程技术研究中心,山西太原030006;山西省煤炭清洁燃烧发电工程技术研究中心,山西太原030006;山西大学资源与环境工程研究所,山西太原030006;山西省煤炭清洁燃烧发电工程技术研究中心,山西太原030006;华北电力大学热电生产过程污染物监测与控制北京市重点实验室,北京102206【正文语种】中文【中图分类】X701.3湿法烟气脱硫(Wet Flue Gas Desulfurization，WFGD)技术已广泛应用于燃煤电厂SO2脱除，在我国已投运燃煤脱硫机组中石灰石－石膏法占90%以上［1］。
脱硫塔烟气流场优化数值模拟
1前言电厂脱硫装置的稳定运行是减少SO2排放的重要保障，而喷淋塔作为湿法烟气脱硫系统的核心设备，其复杂的速度场是影响脱硫除尘效率的关键因素［1］。
神头第二发电厂的一期脱硫系统于2006年建成，采用石灰石/石膏湿法、一炉一塔全烟气脱硫装置技术。
系统自运行以来，脱硫塔存在严重的烟气带浆问题，引发净烟气出口烟道严重腐蚀，并出现不同程度的“烟囱雨”或“石膏雨”问题，严重影响电站的稳定运行和周边居民的生活环境。
形成烟气带浆的主要原因也是由于塔内烟气流场的不均匀性，本文基于上述背景，将采用数值模拟的方法，探究脱硫塔内流场分布特性及规律，对神头第二发电厂脱硫系统运行时存在的“烟气携带浆液”问题进行专题技术攻关研究，最终提出解决问题的可行性方案，以提高脱硫系统的可靠性和可用率，保证机组运行的安全性、经济性和环保效益。
2简介2.1模拟对象本文以神头第二发电厂一期500MW燃煤机组湿法烟气脱硫喷淋塔为研究对象，分别模拟了不同的净烟气出口方式、除雾器布置方式以及加高塔体这三种情况下喷淋塔的内部流场。
2.2数值模拟方法烟气在脱硫塔内的流动方式是湍流流动，选取标准的κ-ε湍流模型来模拟塔内湍流。
该模型是基于“湍流动能”和“扩散率”两个参量，入口κ-ε值：κin=0.005u in，εin=0.062u in［2］。
除雾器部分采用多孔介质模型来模拟，通过定义多孔介质的粘性和惯性阻力系数，模拟烟气流过除雾器前后的压降损失，同时可获得除雾器对喷淋塔内烟气流场分布的影响结果。
网格采用多面体网格（poly⁃hedral），网格数量约为80万，网格划分结果如图1所示。
离散格式采用二阶迎风，精度达到二阶。
求解方法采用基于压力求解的SIMPLE算法［3］。
图1入口截面的网格边界条件：①入口边界速度。
u in=Q/A，式中Q为入口烟气量；A为入口截面积。
求得u in=14.57m/s。
②入口κ-ε值。
κin=0.005u in，εin=0.062u in。
脱硫吸收塔除雾器性能的实验研究和数值模拟
第2卷 第11期环境工程学报Vol .2,No.112008年11月Chinese Journal of Envir on mental EngineeringNov.2008脱硫吸收塔除雾器性能的实验研究和数值模拟王 霄1 闵 健1 高正明13 王 昕2 陈智胜2(1.北京化工大学化学工程学院,北京100029;2.中国大唐集团科技工程有限公司,北京100089)摘 要 实验研究了不同操作条件、板片型式及板间距对除雾器除雾效率及压降的影响规律,并采用计算流体力学(CF D )方法对除雾器内流场进行了数值模拟与分析。
研究结果表明,操作条件对压降和流场影响较小,而板片型式特别是迎风面的几何结构是影响流场与压降的关键因素;随着气速的增大,除雾效率增高,但当气速增到某一临界值(4～5m /s )后,除雾效率随着气速的增大而迅速减小;除雾器压降的数值模拟结果与实验值吻合良好;除雾器内存在2个回流区,回流区是产生除雾器临界气速的重要原因之一。
研究结果可为除雾器优化设计提供指导。
关键词 除雾器 除雾效率 压降 计算流体力学(CF D ) 流场中图分类号 X70113 文献标识码 A 文章编号 167329108(2008)1121529206Exper i m en t a l study and nu m er i ca l si m ul a ti on of character isti csof dem ister of absorb i n g tower i n desulfur i za ti on systemW ang Xiao 1 M in J ian 1 Gao Zheng m ing 1 W ang Xin 2 Chen Zhisheng2(1.College of Che m ical Engineering,Beijing University of Che m ical Technol ogy,Beijing 100029;2.China Datang Technol ogies &Engineering Co .L td .,Beijing 100089)Abstract The effects of operati on conditi ons,blade ty pes,blade s pacing on the separati on efficiency and p ressure dr op of de m ister have been ex peri m entally investigated .Meanwhile,the fl ow field was numerically si m 2ulated by using computati onal fluid dyna m ics (CF D )app r oach .The results show that the operati on conditi ons have little effect on the p ressure dr op and fl ow field .The blade type,es pecially the structure of blade,has a sig 2nificant effect on the fl ow field and p ressure dr op.The separati on efficiency of de m ister increases as the gas ve 2l ocity increasing until the vel ocity reaches a critical gas vel ocity (about 4～5m /s ),then it rap idly decreases with the increase of gas vel ocity .Good agree ment can be f ound bet w een the numerical si m ulati on results and ex 2peri m ental values of p ressure dr op in the de m ister .There are t w o recirculati on fl ow regi ons in the de m ister .The critical gas vel ocity is mainly caused by these t w o regi ons .The results are of i m portance t o the op ti m um design of de m ister .Key words de m ister;separati on efficiency;p ressure dr op;computati onal fluid dyna m ics (CF D );fl ow field收稿日期:2008-03-28;修订日期:2008-05-21作者简介:王霄(1982～),男,硕士研究生,主要从事流体混合与计算流体力学研究工作。
200601湿法脱硫后烟囱腐蚀环境的数值预测
三：冷凝速度模拟模型
１．模型的建立 烟囱中烟气流动雷诺数在０．５×１０ｓ～１５×１０４，属于层流流动１４１，因此本文采用层流模 型，传质模型采用ｓｐｅｃｉｅｓ模型。收敛判据为所有变量的残差绝对值和小于１０～。模型的 控制方程形式可参见ＦＬＵＥＮＴ手册或其他文献。 控制方程采用一阶逆风格式离散，采用ＦＬＵＥＮＴ６．１．２２的耦合算法求解。松弛因子选 用０．７。采用ＣＤＦ（用户自定义函数）定义烟囱壁面硫酸冷凝沉积速度为：
采用逸度方程和修正的Ｇｒａｅｔｚ解法模拟了层流烟气中硫酸的沉积速度【７】，Ｖｏｒｇｅｌｅｇｔ Ｖ采
男，Ｆｌｕｅｎｔ商业软件对烟气中的硝酸和硫酸的冷凝速度进行模拟，证明了用该软件模拟烟
气旁硫酸沉积速度的可行性嗍。
ｒ’本文首次采用修正的逸度方程和热力学相平衡理论，利用ＣＦＤ软件平台，建立预测 湿法脱硫后烟囱腐蚀环境的理论模型，对湿法脱疏后电站烟囱的冷凝酸浓度、沉积速度 进行数值预测，为电站烟囱的安全运行、寿命预测和防腐设计提供可靠依据。
¨，蛳，ｌ一硫酸蒸汽挣凝沉积速度ｌ ：ｎ０ｎ１ⅢⅢ１６｛嬲７—４｛｛—ｊ—Ｌ—二—．——二—Ｊ—型——盟—一邋——一邂——粤—型—＝：一。一＝＝一一Ｐ一．一４
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一０ｉ．ｓｋⅡ／ｌ｜ｇ一世埔藤器舞虫 。～ｌ——，—，——．——．—、——＋——，—，——．——一 烟气流速（Ｈ池）
——一望堡苎壅皇兰查堕憋芝
（二）废气治理技术
湿法脱硫后烟囱腐蚀环境的数值预测
唐志永。金保升。孙克勤＠仲兆平。 （东南大学动力工程系 南京２１００９６）＠ （苏源环保工程股份有限公司 南京２１００２４）＠
摘要：湿法脱硫后烟囱腐蚀环境是影响烟囱腐蚀速率和寿命的关键因素。基于ＣＦＤ 软件平厶，该文首次采用了修正的选度方程和热力学相平衡理论，建立理论模型对 烟囱腐蚀环境进行数值预测。研究结果表明：（１）随着烟气中水蒸气含量的增加， 冷凝酸液浓度呈线性降低，硫酸蒸气冷凝沉积速度几乎不变，而水蒸气冷凝沉积速 度线性增加；（２）壁面温度对冷凝酸液浓度有决定性影响，随着壁面温度的升高， 冷凝酸液浓度随之升高，硫酸冷凝沉积速度略微下降，而水蒸气冷凝沉积速度下降 幅度很天；（３）随着硫酸蒸气含量的增加，硫酸蒸气和水蒸气冷凝沉积速度线性增 加，硫酸蒸气浓度为控制因素；（４）烟气流速对硫酸蒸气和水蒸气的沉积速度的影
湿法烟气脱硫旋流喷嘴雾化特性研究_李兆东
收稿日期:2005-04-14; 修订日期:2005-08-23基金项目:国家高技术研究发展计划(836)基金资助项目(2001AA642020)作者简介:李兆东(1973-),男,安徽来安人,东南大学工程师,博士研究生.文章编号:1001-2060(2006)01-0066-04湿法烟气脱硫旋流喷嘴雾化特性研究李兆东1,王世和1,王小明2(1.东南大学市政工程系,江苏南京210096;2.国电环境保护研究所,江苏南京210031)摘 要:雾化喷嘴是湿法烟气脱硫喷淋塔内的关键部件,雾化的优劣直接影响脱硫效率和脱硫剂的利用率。
试验以湿法烟气脱硫工艺中常用的空心锥偏心旋流喷嘴为对象,研制了几何相似的系列喷嘴和仅出口直径变化的系列喷嘴,系统研究了空心锥偏心旋流喷嘴的体积流量、雾化粒径、雾化角、雾化粒度分布等特性。
试验得到体积流量随压力和喷嘴结构的变化、雾化粒径随压力、流量和喷嘴结构的变化、雾化角随压力的变化等规律,并用平均径跨表示分散度衡量雾化粒度分布,得到随着出口直径的增加平均径跨减小的变化规律。
关键词:湿法脱硫;旋流喷嘴;雾化特性中图分类号:X701.3 文献标识码:A1 引 言石灰石Π石灰-石膏湿法脱硫是目前的主流烟气脱硫工艺,其核心设备是脱硫吸收塔,较常用的塔型是喷淋塔[1]。
雾化喷嘴是喷淋塔内的关键部件,雾化的优劣直接影响脱硫效率和脱硫剂的利用率。
通常多用旋流压力式喷嘴,其中空心锥旋流喷嘴最为常见,系统地研究旋流喷嘴雾化特性对湿法烟气脱硫工艺的国产化具有重要的现实意义。
2 试验系统与工作原理 试验系统由地下水池、潜水泵、管路、阀部件、流量计、激光液滴分析仪和数据处理系统等组成(见图1)。
潜水泵将地下水池内的喷淋液(清水)经由电磁流量计打入喷嘴,经喷嘴雾化后汇流返回水池。
喷嘴前的液体压力由每个喷嘴前的压力传感器测量,流量由总管路上的电磁流量计计量,雾滴直径由英国马尔文公司生产的MAM5005激光粒径分析仪分析,雾化角由数码成像后分析。
湿法烟气脱硫喷淋塔不同喷嘴布置雾化性能比较试验
收稿日期:2007-03-23; 修订日期:2007-04-17基金项目:国家高技术研究发展计划(863)基金资助项目(2001AA642020)作者简介:李兆东(1973-),男,安徽来安人,南京审计学院工学博士.文章编号:1001-2060(2008)03-0303-03湿法烟气脱硫喷淋塔不同喷嘴布置雾化性能比较试验李兆东1,鄢 璐2,王小明3,王世和2(1.南京审计学院,江苏南京210029;2.东南大学市政工程系,江苏南京210096;3.国电环境保护研究院,江苏南京210031)摘 要:喷淋塔是湿法烟气脱硫工艺中应用最广泛的塔型,雾化系统是喷淋塔的关键技术,影响脱硫传质过程。
为了较为全面地研究喷淋塔雾化性能,建立了试验台,以压力作为间接指标,采用湿法脱硫中常用的旋流喷嘴和螺旋喷嘴,对单层/双层旋流喷嘴布置、单层/双层螺旋喷嘴布置、旋流喷嘴和螺旋喷嘴组合布置的喷淋塔雾化性能进行了比较。
试验表明,雾化系统对塔内气流分布的作用不甚明显,相比之下,上旋流下螺旋的组合布置方式既可满足工艺气液比的要求,断面上雾化粒径分布的均匀性及雾滴在喷淋段分散的均匀性又较好,可作为塔内雾化系统优选布置方式。
关键词:烟气脱硫;喷淋塔;雾化性能;断面压力分布中图分类号:X701.3 文献标识码:A引 言脱硫吸收塔是石灰石/石灰-石膏湿法脱硫工艺的核心设备,较常用的塔型是喷淋塔[1~3]。
雾化系统是喷淋塔的关键技术,影响脱硫传质过程[4~7],目前国内这方面的研究严重滞后于工业应用。
喷淋塔的雾化特性主要指,塔内断面的雾化均匀性,雾化粒径的分布,雾化对气流的影响等。
但在喷淋段气体速度和液滴粒径等指标难以测定,制约着喷淋塔雾化性能的研究。
本文认为,塔内断面的雾化越均匀,其塔内断面的气体压力分布也越均匀;液体雾化得越细,雾化粒径越小,气体绕流阻力越大,雾化段气体压力损失也越大;塔内截面气流分布的越均匀,表明断面雾化粒径分布及雾滴在喷淋段的分散都较为均匀。
湿法烟气脱硫系统喷淋塔喷嘴特性与布置研究
小液滴, 提供足够的气液传质接触面积, 从而有效 脱除烟气中的 SO 2。 喷嘴的性能与布置将影响塔内 气液传质, 因此开展针对喷嘴性能参数及喷嘴布置 对气液传质影响的研究具有重要意义。
对吸收塔研究和设计的传统方法是基于模化实 验台试验得到一些参量间经验或半经验的宏观关联 式, 然后放大到实际工程中的〔1〕。但此法存在着试验 量大、 费用高和周期长等不足, 且所获得的数据比
第 27 卷 2007 年第 5 期
湖 南 电 力
研究与试验
湿法烟气脱硫系统喷淋塔喷嘴特性与布置研究
张 力1, 钟 毅2, 施平平3 (1. 湖南省电力勘测设计院, 湖南 长沙 410007; 2. 浙江大学能源清洁利用国家重点实验 室, 浙江 杭州 310027; 3. 浙江蓝天求是环保集团有限公司, 浙江 杭州 310012)
证系统性能与运行可靠性至关重要。进行W FGD 的 喷嘴设计时应考虑如下问题〔3〕:
a. 根据工程实际情况确定喷嘴类型与材料; b. 根据所需的雾化液滴尺寸来确定喷嘴特性 参数; c. 选择合理的喷嘴间距, 一般水平间距取 0. 7 ～ 1. 2 m , 垂直间距取1. 5～ 1. 7 m〔4〕, 可确保覆盖率 和覆盖的均匀性; d. 在确定入口烟气量及根据工程具体情况选 定合适的塔内烟气流速、 液气比之后, 塔径、 浆液 喷淋量随即确定, 在塔截面内根据选定的喷嘴特性 及确保气液有效传质所需的水平间距确定合理的喷 嘴数量。 2. 2 喷嘴特性参数 喷嘴的特性参数主要有喷嘴压降、 喷雾角、 喷 嘴流量等。 a. 喷嘴压降是指浆液通过喷嘴通道时所产生的 压力损失, 主要与结构参数和浆液粘度等因素有关。 压降越大, 系统能耗也越大。一般W FGD 喷淋系统 喷嘴压降典型值为 0. 05～ 0. 1M Pa〔7, 8〕。 b. 喷雾角是指浆液离开喷嘴口后形成的液膜 锥的锥角, 主要受喷嘴孔半径、 旋转室半径和浆液 入口半径等因素影响。 选择喷雾角时, 必须与喷嘴 在塔内布置相结合, 保证塔内覆盖均匀度与覆盖率, 通常要求喷淋角为 90～ 120°〔3〕。 c. 喷嘴流量是指单位时间内通过喷嘴的体积流
湿法烟气脱硫塔的优化数值模拟分析
湿法烟气脱硫塔的优化数值模拟分析本文采用FLUENT软件，对于某300MW机组的湿法烟气脱硫塔的流动特性开展了计算机数值模拟。
模拟过程中采用标准k-ε湍流模型来模拟系统内烟气的湍流运动，喷淋液滴采用拉格朗日随机颗粒轨道模型，开展气液两相流动的模拟。
通过模拟和分析入口烟道流场分布、脱硫塔内气-液两相流场分布及脱硫塔内液相分布情况，最终优化烟道导流板、塔内传质构件参数、喷淋层及除雾器布置，保障气液分布均匀，减少烟气逃逸，降低系统压力损失，对其类似项目的设计和实施提供了一定的指导价值。
石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺是国内外主流的燃煤电厂烟气脱硫技术，该技术属于气-液-固三相反应过程，包括了SO2和石灰石在液体中的溶解传质过程以及溶解物在液相中的反映过程。
脱硫塔中，浆液由塔顶喷淋层通过液相喷嘴自上而下喷入脱硫塔，烟气由吸收塔底部区域自下而上通过吸收区域，脱硫浆液在吸收塔内不断循环，完成烟气中SO2的吸收过程。
影响脱硫效率的关键因素是塔内的流动情况，例如脱硫浆液的空间分布、烟气在脱硫塔内的流场及烟气与脱硫浆液的接触情况等。
对于湿法脱硫吸收塔这类大型的气液两相反应器，如通过物理实验很难对塔内的流动情况开展测试，实验工作量十分巨大，实验周期较长；另外，受到实验测量手段及实验方法的限制，很难对现场的工程设计提供指导。
随着计算机计算能力的不断提高，采用计算流体力学（ComputationalFluidDynamics，CFD）软件来开展三维流动的研究已经成为一种重要手段。
合理利用计算机开展仿真数值模拟，不仅能缩短研制周期，降低设计成本，而且能明显提高设计质量，相对于传统的物理实验方法具有优越性。
通过数值模拟可以深入认识吸收塔内烟气和浆液流动规律，这对指导吸收塔的设计起着重要的作用。
而且，随着国家日益严格的燃煤电厂超低排放标准，要求对脱硫塔的设计及运行开展精细化研究。
本文采用FLUENT软件，对于某300MW机组的烟气脱硫塔的流动特性开展了计算机数值模拟，通过模拟和分析入口烟道流场分布、脱硫塔内气-液两相流场分布及脱硫塔内液相分布情况，最终优化烟道导流板、塔内传质构件参数、喷淋层及除雾器布置，保障气液分布均匀，减少烟气逃逸，降低系统压力损失，对其类似项目的设计和实施提供了一定的指导价值。
湿法烟气脱硫装置喷淋塔内烟气流场模拟
图 4 空塔时吸收塔内烟 气流动迹线
图 2 吸收塔网格划分
5 模拟结果及讨论
5. 1 100%烟气负荷时模拟结果 100% 烟气负荷时模拟结果见图 3~ 图 5。 从图 3 和图 4 可见, 空塔时烟气存在冲壁现象, 塔
内存在 2 个较大的涡旋流。 图 5 中右图为距第 3 层喷淋层上面 1. 5 m 处的速
度截面( 下同) 。从图 5 可见, 喷淋层喷淋使烟气冲壁 现象消失, 且塔内 2 个较大的涡旋不复存在。
( 第 3 层喷淋层上面 1. 5 m 处的截面速度标准偏差= 0. 41 m/ s) 图 5 100%负荷 3 层喷淋时模拟结果
采用 拉 格 朗 日 法 来 描 述 液 滴 的 运 动, 即 选 用 DPM Discret e Phase M odels 模 型来 跟踪液 滴运 动。
吸收塔内的浆液液滴受到诸如重力、曳力、浮力等力的
作用, 本文主要考虑重力和曳力对液滴的作用, 液滴颗 粒的运动方程可表示为[ 2] :
du p dt
湿法烟气脱硫装置喷淋塔内烟气流场模拟
李兴华, 何育东
西安热工研究院有限公司, 陕西 西安 710032
[摘
要]
[ 关 键 词] [ 中图分类号] [ 文献标识码] [ 文 章 编 号] [ DOI 编 号]
结合某电厂 600 M W 机组湿法烟气脱硫装置( 吸收塔为 3 层喷淋塔) , 借助 F L UENT 软件, 对多种烟气负荷下不同浆液循环泵组合方式也即不同喷淋层组和方式下的塔内 烟气流场进行模拟研究。结果表明, 75% 及 50% 烟气负荷下 3 层喷淋层全部投运时吸 收塔内烟气流场最均匀; 70% 烟气负荷下停运 1 层喷淋层时, 第 1 层和第 3 层喷淋层组 合时塔内烟气流场相对较均匀; 50% 烟气负荷下停运 1 层喷淋层时, 第 1 层和第 2 层喷 淋层组合时塔内烟气流场相对较均匀。 600 MW 机组; 湿法烟气脱硫( WF GD) ; 喷淋层; 烟气流场; 数值模拟 X 701 A 1002 3364( 2010) 05 0042 04 10. 3969/ j. issn. 1002 3364. 2010. 05. 042
湿法脱硫旋流喷嘴体积流量变化规律及数值模拟
防 堵 性 能 。 本 试 验 按 几 何 相 似 理 论 研 制 了 系 列 空 心 锥 旋 流 喷 嘴 （ ０ － ０、 ０ ７ Ｄ ０ ５ Ｄ５ － ５ 和 Ｄ１ ０ ９ Ｄ８ － ２、 ６ － ４、 ０ ４ Ｄ４ － ６） ０ ３ ，旋 流 腔 不 变 仅 减 小 出 口 直 径 设 计 了 系 列 喷 嘴 （ ６ ５ Ｄ６ － ５ 和 Ｄ６ － ６ ， 选 择 实 心 锥 Ｄ ０－ ４、 ０ ４ ０ ３）并 喷 嘴 （ Ｘ１ ０ ５ 入 口 直 径 １ ０ｍｍ ， 口 直 径 ５ Ｓ ０ － ０， ０ 出 ０ｍｍ） 和 螺 旋 喷 嘴 （ ｘ８ 入 口 直 径 ８ ） 比 较 研 究 。 Ｌ ０， ０ｍｍ 作 试 验 喷 嘴 结 构 如 图 ２所 示 。
０ 引言
烟 气 脱 硫 是 减 少 二 氧 化 硫 排 放 最 经 济 、最 有 效
的 Ｔ－ ｌ。目 前 的 主 流 烟 气 脱 硫 工 艺 是 石 灰 石 ／ 灰 一 段 １ ］ 石
石 膏 湿 法 脱 硫 ， 核 心 设 备 是 脱 硫 吸 收 塔 ， 常 其 最
电 磁 流 量 计
用 的 塔 型 是 喷 淋 塔 ０ 。 雾 化 喷 嘴 是 喷 淋 塔 内 的 关 ］
键 部 件 ，其 性 能 的优 劣 直 接 影 响 脱 硫 效 率 和脱 硫 成本 。
在 综 合 评 价 喷 嘴 雾 化 性 能 的参 数 中 ，体 积 流 量 表 示一 定 压力 下单 位 时 间 内流 经 喷 嘴 的液 体 体 积 ， 是 最基 本 、 重要 的参 数之 一 ， 是影 响能 耗 和脱硫 最 也 剂 利 用 率 的 主 要 因 素 。 其 进 行 系 统 地 研 究 ， 喷 嘴 对 对
返 回 水 池 。 喷 嘴 前 装 有 压 力 传 感 器 用 于 测 量 喷
船用烟气脱硫塔喷淋系统数值模拟研究
石油化工设备 !"#$%&'"()&*+ ",-)!(".#
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船用烟气脱硫塔喷淋系统数值模拟研究
陈建华 !"# 豆少刚 !"# 李金波 !"# 王丽娟 !"# 孙冬来 !"# 何义明 !"# 陈萌萌 !"#
&!$' YH=L ; &ZN [ &3OH=L 5 & AP HD2 \A>AH@RO C= EH<DP KNHL=C>N> AVUA@P >J>PA? SH>AK C= POA =A<@HD =APWC@G H=K POA EH<DP P@AA PARO=CDCLJ&%'2]@CRAKNH A=LN=AA@N=L& #'!#")!.!#'*:!#!'2
定量计算各底部事件和顶部事件的失效概率"得 到了各底事件在离心泵系统的重要度" 估算了零 部件和系统的可靠度"可为化工离心泵常见故障 的处理提供参考%
参考文献 &!' 高迎平"李洋"常文韬"等$ 基于模糊动态故障树的化工设备
#'!/&,,+/-.9,2 &1' ;<=<> 4?@A BA=CD& ;<><E FCDGH= IJKCLK<& MAGN@
湿法烟气脱硫喷淋塔的实验与反应模型研究
图 8 Gerbec 模型计算与本文实验比较
3. 1 塔壁液膜脱硫模型
3. 1. 1 塔壁液膜的流动状态
国内外学者通过对垂直壁面上液膜流动的实验
观察得出, 液膜流动具有多种状态。一般来说, 初始
状态 为层 流。在 液膜 下降 一段 时间后, 当 雷诺 数
ReN 大于 25 时, 液膜流动由层流转化为波动层流。
关 键 词: 烟气脱硫; 喷淋塔; 脱硫效率; 塔壁液膜; 反应模型
中图分类号: X701. 3
文献标识码: A
1 实验系统
实验系统由模拟烟气部分、喷淋塔反应器、浆液 制备与循环系统、氧化空气系统以及烟气测量等几 部分组成, 如图 1 所示。浆液循环池中的 CaCO3 吸 收剂浆液由循环浆泵送入喷淋塔内经喷嘴喷出, 喷 淋浆液形成由细小液滴组成的液幕, 与逆流而上的 模拟烟气进行气液传质- 反应, 从而达到去除烟气 中 SO2 的目的。
4 个主要的区域构成[ 11~ 12] 。Maron 给出了每个区域 内波长、液 膜平均厚度、平均速度等参 数的计算公 式[ 11] 。在本文研究中, 为了计算方便, 将波前、波背 和波尾做为一个整体考虑, 即将一个波分为孤波和 波底两个区域。同时, 按照一个波动层流波的长度 lw 将喷淋塔壁面的液膜分成 n 个体积单元, 如图 9 所示。
石为 200 目的细粉, 其化学成分如表 1 所示。喷淋
塔的实验参数范围如表 2 所示。
表 1 实验采用的石灰石的化学成分 ( % )
CaCO3 MgCO3 SiO2 Fe2O3 Al2O3 MnO
S
其它
96. 6
1. 3
0. 9 0. 09 0. 27 0. 01 0. 02 0. 81
由图可知, 脱硫效率随着浆液 pH 值的降低而减小。
湿法烟气脱硫吸收塔烟气流场数值模拟研究
湿法烟气脱硫吸收塔烟气流场数值模拟研究高原【摘要】介绍了湿法烟气脱硫系统吸收塔的结构特点,并对某项目燃用设计煤种时不同负荷条件下吸收塔内烟气流场的分布进行了模拟研究和分析.验证了该项目吸收塔设计的合理性及实际运行时对负荷的适应性,为吸收塔的优化设计和稳定运行奠定了理论基础.%The structure features of absorber in wet - FGD system have been introduced in this paper. According to a certain project, simulation study and analysis on flue gas flow distribution in the absorber has been conducted under different circumstances when burning design coal. Design feasibility and load a-daptability have been verified in this paper, which lays a good foundation for optimization design and safe operation of the absorber.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2012(030)001【总页数】4页(P66-69)【关键词】烟气脱硫;吸收塔;流动特性;数值模拟【作者】高原【作者单位】哈尔滨电气股份有限公司环保事业部,黑龙江哈尔滨150046【正文语种】中文【中图分类】X701.3石灰石—石膏湿法烟气脱硫是目前国内外烟气脱硫所采用的主流工艺方法。
此脱硫技术中的核心设备为喷淋吸收塔［1－2］。
脱硫的主要传质、传热及化学反应均在吸收塔内发生。
相对于其它反应设备，喷淋吸收塔除了具有脱硫效率高的优点外，还具有压阻小，内构件相对较少且不易结垢等优势［3－4］。
切圆喷雾式湿法脱硫塔内流场数值模拟及优化分析
CD引D言 脱除工 业 废 气 中 MC# 常 用 技 术 是 湿 法 脱 硫 技
术*"+ ( 该技术通 常 采 用 喷淋 脱 硫 塔"而 常 规 喷淋 方 式在脱硫塔内易形成烟气流动死区或烟气走廊"烟气 极容易沿塔壁逃逸*#+ ( 脱硫塔中喷淋方式的选择直 接影响着烟气在脱硫塔中的流动状况"烟气流动均匀 性对脱硫塔脱硫效率影响十分显著 *$^&+ (
曾芳等 *8^a+ 基于 气 液 两 相 流 模 型"对 一 种 简 易 的 湿法脱硫喷淋塔进行三维数值模拟"对脱硫塔内流场 分析和优化( 其研究结果表明"烟气入口角度)喷嘴
环!境!工!程
/-
W:R<,I:0>:P9@W:1<:>>,<:1
布置高度对脱硫塔流场湍流强度有明显影响#喷嘴的
喷射方向也会对流场产生影响"且混流布置比顺流及
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力小 ， 流边缘压力大 ， 旋 中心 线 附 近 形 成 空 腔 ， 体 旋 转 形 成 液 环 形 薄 膜 。图 ３是 模 拟 流 体 质 点 从 人 口 到 出 口 的 迹 线 轴 侧
求解 方 法 采 用 ＳＭ Ｌ Ｉ Ｐ Ｅ算 法 ， 力 、 量 、 量 的 松 弛 因 压 动 能
子均取默认值 。 ３ ５ 计 算 ．
把 迭 代 次 数 设 为 ３０ 计 算 经 ２ ２步 收 敛 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ０， ５
４ 计 算 结 果 及 其 分 析 图 ２显 示 物 化 压 力 喷 嘴 的竖 直 中 心 断 面 ， 口处 中心 压 出
一
式 ， 而 标 准 一 然 ￡模 型 使 用 的 是 用 户 提 供 的 常 数 。 ④ 标 准
一 模 型是 一 种 高 雷 诺 数 的 模 型 ， Ｎ ￡ Ｒ Ｇ理 论 提 供 了 一 个 考 虑 低 雷 诺 数 流 动 粘 性 的解 析 公 式 ， 些 公 式 的效 用 依 靠 正 确 这
图 。图 中显 示 ， 体 在 喷 嘴 内 作 旋 流 ， 锥 形 旋 流 腔 旋 转 喷 流 经 出 ， 线 图 中显 示 空 腔 形 成 均 匀 良好 ， 腔 有 拉 长 的 趋 势 ， 迹 空 靠
３ ３ ３ ２ ２ ２ ２ ２ ， ， １ ９ ７ Ｉ ２ ５ 一 一 ５ ３ ２ Ｏ Ｂ ７ ５ ３ ２ Ｏ ９ ７ ５ ４ Ｏ ４ ｅ ， Ｂ Ｂ ７ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ２ ｅ
的应 用 也 愈 加 广 泛 。 （） 准 一 ２标 ￡模 型 。 最 简 单 且 完 整 的 湍 流 模 型 ， 是 ２ 它
个 方 程 的模 型 ． 解 ２ 变 量 ， 速 度 和 长 度 。 在 Ｆｕ ｎ 中 ， 要 个 即 Ｉ ｔ ｅ
标准 一 ￡模 型 自从 被 Ｌｕｄｒ Ｓａ ｉｇ 出 后 ， 变 成 了 ａｎｅ 和 ｐｌ ｎ 提 ｄ 就 工程 流场 计算 中 的 主要 工 具 了。 （ ） 准 一 模 型 。基 于 Ｗｉｏ 一 的 模 型 ， 为 了 ３标 ｌｘ ｃ 是 考虑 低 雷 诺 系 数 、 压 缩 性 和 剪 切 流 变 传 播 而 修 改 的 。 可 Ｗｉｏ — 模 型 预 测 了 自由剪 切 流 传 播 速 率 ， 尾 流 、 合 ｌｘ ｃ 如 混
流 动 、 板 绕 流 和放 射 状 喷 射 ， 而 可 应 用 于 墙 壁 束 缚 流 动 平 因
和 自 由剪 切 流 动 【 。
（） 准 一 ４标 ￡模 型 用 于 强 旋 流 、 曲壁 面 流 动 或 弯 曲 流 弯 线 流 动 时 ， 产 生 一 定 的 失 真 。本 文 采 用 的是 标 准 一 会 ￡模 型 的 改进 模 型一Ｒ Ｇ 一 Ｎ ￡模 型 。Ｒ Ｇ 一 Ｎ ￡模 型 显 现 出 比标 准 一 ￡模 型 在 强 流 线 弯 曲 、 涡 和 旋 转 有 更 好 的 表 现 。 Ｒ Ｇ 漩 Ｎ 一 ￡模 型 来 源 于 严 格 的 统 计 技 术 ， 和标 准 一 它 ￡模 型 很 相 似 ， 是 有 以下 改 进 ： Ｒ Ｇ模 型 在 Ｅ方 程 中加 了 １ 条 件 ， 但 ① Ｎ 个 有 效 地 改 善 了 精 度 。② 考 虑 到 了湍 流 漩 涡 ， 高 了 在 这 方 面 提
强度 ５ ； ％ 压力 出 口 Ｐ＝０ 温 度 Ｔ＝２ ８ Ｋ 湍 流 强 度 １ ％ ； ， ９ ， ０ 采 用 无 穿透 、 滑 移 壁 面 边 界 条件 。 无 ３ ４ 定 义 松 弛 因 子 和 离 散 方 程 格 式 ．
要 是 墙 壁 束 缚 流 动 ， 已显 示 出很 好 的效 果 。在 透 平 机 械 中 且
可直接选取 。
Ｆｕｎ 提 供 了 以下 湍 流 模 型 ： ｌｅｔ （ ）ｐｌ ｔ ｌ ａａ 模 型 。是 设 计 用 于 航 空 领 域 的 ， １Ｓ ａ ｒ—Ａｌ ｒ ａ ｍ ｓ 主
３ ３ 定 义 边 界 条件 值 ． 在 Ｇ ｂ 中 定 义 好 了 速 度 人 口及 压 力 出 口 ， Ｆ ｅｔ ｍｉ ｔ 在 ｌ ｎ 中 ｕ 找 到 相 应 的面 ， 度 人 口 Ⅱ ＝１ ／ ， 度 Ｔ：２ ８Ｋ， 流 速 ０ ０ｍ ｓ温 ９ 湍
门
七
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则 雾 锥 ， 利 于 塔 内 的 ｓ 收 。 数 值 模 拟 在 脱 硫 喷 嘴 的 开 更 Ｏ吸
发 上 应 用 ， 以改 变 设 计 值 而 减 少 实 验 次 数 ， 值 模 拟 加 上 可 数 有 效 的 有 限 次 实 验 ， 以 开 发 出我 国 自己 的 产 品 ， 值 模 拟 可 数 对 降 低 设 计 投 入 ， 低 产 品 研 发 成 本 起 到 了很 好 的 作 用 ， 降 对 我 国脱 硫 设 备 国产 化 提 供 了 有 意 义 的 参 考 。
近 壁 面 的 液 膜 在 出 口速 度 较 大 ， 体进●＿ 出 形 成 液 雾 。 图 液 裂而 ●● —■●■■■＿ ■■ ４显示 速 度 矢 量 ， 体 在 喷 嘴 内 的 漩 流 均 匀 ， 利 于 形 成 规 液 有
２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２
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２７ ・
Ｆ ｅｔ ｌ ｎ 边界条件的设置 主要 涉及 以下 方面。 ｕ
３ １ 定 义 所 求 解 的 模 型 方 程 ．
３ ２ 定 义 流 动 介 质 属 性 ．
本 模 型 中碱 性 吸 收 剂 为 液 氨 ，ｌｅｔ 料 库 中 有 其选 项 ， Ｆｕｎ材