装有气流分布板的脱硫喷淋塔流场数值模拟
脱硫塔内旋流板流场数值模拟研究
NO.01 2020
节能基础科学
节能 ENERGY CONSERVATION
脱硫塔内旋流板流场数值模拟研究
王耀萱 牛苗任 鞠付栋 聂会建 孙永斌 （中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，北京 100120）
摘 要 ：对应用于脱硫塔内的标准旋流板进行建模，使用离散相模型对烟气和浆液液滴的气液两相流动进行 数值模拟。研究旋流板的直径、叶片数、重叠率等几何参数和塔内喷淋量等对塔内烟气流动的影响。结果表明， 烟气流过旋流板的压降随叶片数增加而降低，随叶片投影重叠率增加而增大，但增加叶片投影重叠率可避免浆液 过快流过旋流板，增加浆液与烟气的反应面积。旋流板直径对烟气压降影响较小。烟气流动阻力随浆液喷淋层数 增大而显著增大，空塔内烟气以旋转的方式上升至烟气出口，增加喷淋后，浆液液滴阻碍了烟气的横向流动，使 烟气旋转上升的高度降低，最后烟气以竖直向上的方式流动至烟气出口。
限于结构方面的原因，单块旋流板的直径不宜做得
作者简介：王耀萱，博士，工程师，研究方向为火力发电厂 设计。 收稿日期：219-11-19
太大，由于旋流塔板放大后，旋流板开缝增大，离心 力变弱，塔体流态、传热传质规律性变化较大。对于 300 MW等级电厂的脱硫塔，直径一般都在10 m以上。因 此，有必要开发一种大型化旋流板塔，克服旋流塔板放 大后气液接触吸收、传热等效果变差的问题。可将多个 标准型旋流板按矩形或三角形有规律地排列，构成一个 大型化旋流塔板装置，如图1所示。
学 者 们 对 脱 硫 塔 的 空 塔 内 的 数 值 计 算 研 究 较 多， 2007年，过小玲等[3]对600 MW机组装有多孔板的脱硫塔 内空塔和喷淋状态的流场进行了数值模拟，结果表明喷 淋液滴对塔内流场有强烈的整流作用，流场趋于均匀。 2016年，林瑜和陈德珍[4]对4层喷淋层的脱硫塔内烟气流 动进行了数值计算，2018年，马如等[5]以300 MW机组脱 硫塔内流场进行模拟，研究了喷淋塔塔身结构及运行参 数对塔内流场的影响。塔内阻力随着锅炉负荷、喷淋层 数增大而增大。但是对旋流塔板应用于脱硫塔的研究较 少。文中对应用于脱硫塔内的旋流板进行数值模拟，研 究其结构参数对烟气流动的影响。
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。
氨法烟气脱硫喷淋塔烟气流场的数值模拟
氨法烟气脱硫喷淋塔烟气流场的数值模拟洪文鹏;高天聪;张伟玲【摘要】Flow field in an ammonia desulphurization spray scrubber which to be part of some 600 MW unit has been simulated numerically by using the software of FLUENT 13 . To solve the governing equations for flow field,standard k-ε model and QUICK interpolation scheme are applied by SIMPLE algorithm. Without regard to the influence of spray liquid on flue gas,results are compared and analyzed at different entrance angles,tow-er diameter height ratio,the way of flue gas out and the position of optimize ring. Results show that the flow field is homogenized by the influence of the increase of entrance angle;the decrease of diameter height ratio;u-sing by top way flue gas out;more distance between optimize ring and spray liquid film zone separately. The numerical simulations provide the guidance for the design and operation in spray scrubber of ammonia flue gas desulphurization.%利用Fluent 13,采用标准k-ε模型和QUICK三阶差值的SIMPLE算法对某600 MW机组的氨法脱硫喷淋塔烟气流场进行数值模拟。
湍球塔气体流动的数值模拟
湍球塔气体流动的数值模拟0前言用湍球塔进行烟气脱硫，其脱硫效率在很大程度上取决于塔内发生的流体力学行为。
通过前一阶段的实验发现，空塔气速分布，支撑板、挡板、漩流板的压降及塔的总压降对湍球塔的高效连续运行有直接影响。
这些参数是湍球塔最基本的特性参数，反映出塔板结构的合理性及操作过程中所需消耗的能量[1，2]。
为减少实验次数并更详尽地了解湍球塔内气体流动状况，很有必要对湍球塔内的气体流动进行数值模拟。
1方法简介计算流体力学(简称CFD)是20世纪60年代伴随计算机技术迅速崛起的学科。
CFD的应用使实验次数减少，节省了大量资金和时间，并能解决某些由于实验技术所限难以进行测量的问题，它是研究各种流体现象，设计、操作和研究各种流动系统和流动过程的有利工具口“。
所以，尝试采用这种方法进行湍球塔内的气体流动模拟，分析塔内的气速分布及压力损失，为湍球塔的优化设计提供依据。
目前国外有很多发展成熟的商业CFD软件，这些软件一般包括3个主要部分：前处理器、解算器、后处理器。
现采用Fluent6．0进行计算，它的解算器采用完全的非结构化网格和控制体积法，适用于低速不可压流动、跨音速流动乃至可压缩性强的超音速和高超音速流动等各种复杂的流场，也完全适合于湍球塔内的气体流动模拟。
2几何建模与网格划分在Fluent中，求解区域是用网格分割成有限个控制体(ControlV olumes，CVs)。
同有限差分不同的是，网格为控制体积的边界，而不是计算节点。
为保证守恒，CVs必须是不重叠的。
因此网格生成质量对计算精度与稳定性影响极大，在几何形状复杂的区域上要生成好网格也是相当困难的。
现采用Gambit2．0进行几何建模与网格划分。
该软件包含全面的几何建模能力和功能强大的网格划分工具，可划分出包含边界层等CFD特殊要求的高质量的网格。
三维几何模型的建立及网格划分在整个模拟过程中是非常重要也是非常困难的一步。
图1为用Gambit2．0建立的湍球塔三维几何模型，基本上与实际实验装置在尺寸及结构上完全一致，仅湍球层塔板间距比实验装置中的间距要短些，实验装置中湍球层塔板间距为1．5 m，Gambit2．0建立的湍球塔几何模型中湍球层塔板间距为0．5 m。
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。
脱硫塔内气固流场数值模拟-稠密颗粒动理学方法
３＿ （ｅ １
固相脉 动能 量传递 系数 ：
［ 一 Ｏ＋ ， 丢 了 Ｕ １，
ｎ ２ ２ （ ｅ １＋ ） ，
（２ １）
［＋ （ １ １＋
其 中 ：。 向分 布 函数 按下 式计算 ： ｇ径
：
（ ３ １）
［ １一（ 旦
占
．
） － ∽］ １
， ｍ ８ ｘ
第２ 期
郑建祥等： 脱硫塔 内气固流场数值模拟一稠 密颗粒动理学方法
３ ９
其 中 ， 为气相压力 ； ｇ为重力加速度 ； 卢为气 固相 间曳力系数 ； 为气相应力张量 。 其中气相应力张量 为
７ 【 ＋（ ＿ ＝ Ｖｖ ） － 】 （ 。 ｇ ，， Ｖ） （） ３
ｇ
＞ ０． ８
： ｃ ｎ ｒｔ （
）＋０ ５， ．
ｃ ：
ｊ（ ｏ５０ Ｒ ｏ ， － ．Ｒ＿ ｅ ｏ ＋ ｅ） ｏ ６
【 ４４ ０
．
Ｒｅ ＞ １０ ０ ０
其中：ｅ Ｒ 为雷诺数，ｅ＝ａ ｌ ｌ 。 Ｒ ｔ 一 ，Ｕ
２ 进 出 口边 界及 初 始条 件
作用对气 固两相宏观流动特性 的影响。数值模拟喷动床 内气固流动特性。模拟结果可对脱硫塔结构的
，
，
优化设计提供参考 。
１ 数学 模 型
连续 性 方程 （ ＝ｇ时为气相 ， ｋ ｋ＝ｓ 时为 颗粒相 ）
杀ｓ ） （ ） ０ （ ＋ 占 ＝， ‘
其中， 为 ｋ Ｐ 相密度 ； 表示相体积浓度 ； 为相速度 ；为时间。 ｔ
８ Ｉ一 口 。首 ０茸０ 葛ｉ Ｉ 口 ０Ｕ
图 ３ 不同高度颗粒浓度分布 ■■蕊口吲 网 幽＿
Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０
喷淋脱硫塔内除雾器性能数值模拟
喷淋脱硫塔内除雾器性能数值模拟利用计算流体力学(CFD)方法，对不同叶片形式除雾器内的流场开展数值模拟，获得烟气流速、叶片间距、液滴直径等参数对除雾效率及压力损失的影响规律。
结果说明：除雾效率随烟气流速和液滴直径的增大而增大，随除雾器叶片间距的增大而降低;弧形板除雾器对液滴的脱除效率最低，但压力损失最小，其次是折形板除雾器，弧形板带单钩和双钩除雾器对液滴的脱除效率较高，但压力损失也较高;弧形板大间距板型，适合作为塔内一级除雾器，用来控制二级除雾器入口液滴质量浓度;弧形板带钩小间距板型，适合作为塔内二级除雾器，用来控制整个吸收塔液滴排放总量。
在电力工业应用最广泛的湿法烟气脱硫系统(FGD)中，经过喷淋层的烟气会携带出大量以硫酸盐、亚硫酸盐、碳酸盐及灰分为主的酸性液滴，这些液滴若不去除，不但会造成下游烟道及设备的堵塞、腐蚀以及烟囱雨等问题，同时也会造成烟气粉尘排放的增加。
除雾器是吸收塔内去除液滴的设备，随着国家对环保要求的提高，除雾器的运行特性也引起广泛关注。
除雾效率和压降是评估除雾器性能的重要参数，直接影响湿法脱硫系统的稳定运行。
许多研究者通过实验等方法对除雾器的除雾性能开展了研究。
但除雾器内流动状态十分复杂，影响其性能的因素较多，通过实验研究除雾器性能，成本高，开发周期长，很难设计出更高性能除雾器。
随着计算流体力学(CFD)的快速发展，利用数值模拟研究除雾器性能的方法备受关注，该方法可以克服实验研究的局限，模拟多种因素对除雾器性能的影响。
Verlaan等采用标准k-ε模型(STDk-ε)预测不同类型波纹板除雾器除雾效率。
Gil-landt等采用STD和低雷诺数k-ε湍流模型对折形板除雾器开展了研究，并与实验结果比照得出低雷诺数k-ε湍流模型更接近实验结果的结论。
James等对带有排液槽的除雾器开展了数值模拟研究。
国内一些研究者采用k-ε湍流模型，液相采用离散相模型，对折形板和弧形板除雾器内气液两相流动开展数值模拟。
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。
脱硫除尘一体化系统吸收塔数值模拟
脱硫除尘一体化系统吸收塔数值模拟摘要：随着国家经济的不断发展，大气污染问题越来越严重。
本文对脱硫除尘一体化技术的吸收塔进行数值模拟，分析塔内不同数量的托盘均布器，不同的烟气流速，不同的折流板间距对除雾器的除雾除尘效果影响。
得出结论：当除雾器折流板间距为24~26mm，烟气风速在3~3.5m/s之间时，托盘均布器数量越多，越有利于除雾器除尘除雾。
关键词：脱硫除尘；数值模拟；除雾器前言近年来，我国大气环境污染问题日益严峻，国家实施了一系列大气防治计划。
要求东部地区火力发电厂的排烟粉尘、SO2以及NOX，在2020年底达到10mg/Nm3、35 mg/Nm3和50 mg/Nm3的排放标准。
目前，电厂运行的环保设备功能单一，且效率低，无法满足人民群众对美好环境的需求。
因此，国内外学者开始研究脱硫除尘效率较高的一体化技术[1-2]，该技术的核心设备为吸收塔，本文针对托盘+高效除雾器的吸收塔进行数值模拟分析，模拟结果显示：首先，增加托盘数量可保证气流的均匀分布，为提高除雾器除尘效率奠定基础；其次，较大粒径的液滴在烟气中会受更大的曳力，有利于提升除雾器的除雾效率；当烟气流速在3~3.5 m/s时，除雾器折板间距为24~26 mm之间捕集液滴的性能最好。
1 工作原理如图1所示，吸收塔由进风口、出风口、喷淋层、托盘均布器、除雾器等部件组成。
烟气由底部进入吸收塔，然后流经托盘均布器，使得烟气在吸收塔的截面上均匀分布，与此同时，浆液由喷淋层喷淋下来与烟气直接接触，达到脱硫除尘的效果，最后烟气通过除雾器后进入烟囱排放。
托盘均布器可以使烟气与浆液充分均匀接触，提高脱硫效率；同时浆液在气液均布装置层上会形成一层液膜，烟气通过液膜，传质面积会增加，烟气与浆液的接触时间延长，脱硫效率和除尘效率会得到提高。
图1 吸收塔布置图2 数值模型2.1 除雾器装置模型使用一个子模型对除雾器的除雾效果进行模拟研究，模型初始条件：在液滴粒径5，8，10，15，18，20，25 um粒径下，烟气流速别为2.5，3，3.5，4 m/s的情况下，比较16，18，20，22，24，26 mm折板间隙除雾器的除尘效果研究，共计24组初始条件。
脱硫废水液滴旋转喷雾蒸发的数值模拟
第 54 卷第 9 期2023 年 9 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.9Sep. 2023脱硫废水液滴旋转喷雾蒸发的数值模拟陈嘉玮1，陈海杰2，李飞2，詹凌霄1，陈沾兴1，杨林军1(1. 东南大学 能源热转换及其过程测控教育部重点实验室，江苏 南京，210096；2. 大唐环境产业集团股份有限公司，北京，100097)摘要：以江苏某燃煤电厂的脱硫废水旋转喷雾蒸发设备为研究对象，对液滴蒸发效果的影响因素开展数值模拟研究。
通过用户自定义函数(UDF)的方法将反应工程法(REA)编译到Fluent DPM 模型中，完善废水液滴蒸发过程的传热和传质数学模型；研究烟气分布器导流板偏转角度、雾化盘旋转方向等对液滴蒸发效果的影响。
研究结果表明：REA-DPM 模型能够准确地描述废水液滴的蒸发过程，与电厂现场测试结果的相对误差在5%以内，说明模型的可靠性较好；增大外导流板偏转角度，有利于增强烟气旋流强度，缩短液滴竖直蒸发距离，实现更好的液滴蒸发效果；液滴射流方向与烟气旋流方向相反时，液滴运动要克服烟气旋流，有利于避免液滴碰壁的发生，并且逆向流动的对流换热作用更强，能促进液滴的蒸发。
关键词：反应工程法；液滴蒸发；脱硫废水；旋转喷雾；数值模拟中图分类号：TK173 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）09-3421-11Numerical simulation of droplets of desulfurization wastewaterrotary spray evaporation processCHEN Jiawei 1, CHEN Haijie 2, LI Fei 2, ZHAN Lingxiao 1, CHEN Zhanxing 1, YANG Linjun 1(1. Key Laboratory of Energy Thermal Conversion and Control of Ministry of Education, Southeast University,Nanjing 210096, China;2. Datang Environmental Industry Group Co. Ltd., Beijing 100097, China)Abstract: Taking the rotary spray evaporation equipment of a coal-fired power plant in Jiangsu as the research object, the numerical simulation research on the influencing factors of droplet evaporation effect was carried out. The reaction engineering approach(REA) was compiled into the Fluent DPM model by user-defined function (UDF) to modify the mathematical model of heat and mass transfer. The effects of deflectors angle of the flue gas distributor and the rotation direction of the atomization disk were studied. The results show that the REA-DPM收稿日期： 2022 −11 −21； 修回日期： 2023 −02 −20基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(52076046)；大唐环境产业集团股份有限公司资助项目(DTEG-SJY-015-2018) (Project(52076046) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(DTEG-SJY-015-2018) supported by the Datang Environmental Industry Group Co. Ltd.)通信作者：杨林军，博士，教授，博士生导师，从事脱硫废水零排放等研究；E-mail ：***********.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.09.004引用格式： 陈嘉玮, 陈海杰, 李飞, 等. 脱硫废水液滴旋转喷雾蒸发的数值模拟[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(9): 3421−3431.Citation: CHEN Jiawei, CHEN Haijie, LI Fei, et al. Numerical simulation of droplets of desulfurization wastewater rotary spray evaporation process[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(9): 3421−3431.第 54 卷中南大学学报(自然科学版)model can accurately describe the evaporation of droplets, and the relative error is within 5%, indicating that the model is reliable. Increasing the deflection angle of the outer deflector is conducive to enhancing the intensity of the flue gas cyclone, shortening the vertical evaporation distance of the droplet, and achieving better droplet evaporation effect. When the direction of the droplet jet is opposite to flue gas cyclone, the droplet movement needs to overcome the flue gas cyclone. It is conducive to avoiding the droplet sticking the wall, and the convective heat transfer effect of the reverse flow is stronger, which can promote the evaporation of the desulfurization wastewater droplet.Key words: reaction engineering approach; droplet evaporation; desulfurization wastewater; rotary spray; numerical simulation目前，石灰石−石膏湿法脱硫工艺(wet flue gas desulfurization，WFGD)因其脱硫效率高、设备运行稳定、可靠性好的特点[1]，而被广泛应用于国内燃煤电厂的烟气脱硫处理过程。
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
装有旋流板的脱硫喷淋塔流场数值模拟研究
装有旋流板的脱硫喷淋塔流场数值模拟研究刘仲然;卢玫;薄佳燕【摘要】湿法脱硫喷淋塔内流场的分布对脱硫效果有着较大的影响,为解决脱硫塔内流场不均匀性问题,提出一种在脱硫塔内加装旋流板的方法,采用Realizable k-ε 模型、DPM模型进行数值模拟,比较分析内部无旋流板结构的喷淋塔以及塔内分别加装1~3层扰流板且喷淋层采用高位布置的情况.结果表明,无旋流板时,喷淋塔内烟气分布不均匀;加装旋流板后,喷淋塔内烟气流场改善效果明显:塔内横截面烟气速度标准差值从2.375最低可降到1.056.综合分析脱硫场内流场、温度场和压力场,发现加装2层旋流板后塔内流场及温度场分布较为理想,有助于提高脱硫效率.【期刊名称】《能源工程》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】6页(P48-53)【关键词】脱硫喷淋塔;旋流板;Realizablek-ε模型;DPM模型;数值模拟【作者】刘仲然;卢玫;薄佳燕【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院热工程研究所,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院热工程研究所,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院热工程研究所,上海 200093【正文语种】中文【中图分类】X511湿法脱硫是国内外实际运用比例最高的脱硫工艺，脱硫喷淋塔作为湿法脱硫工程中的核心设备，是火电厂烟气后处理中的主导塔型。
脱硫塔的脱硫效率受脱硫塔内气液两相流动的直接影响[1-2]。
由于工业湿法脱硫塔内的流场较复杂，传统的实验方法在脱硫喷淋塔的研究中，一般只限于某种塔内结构或者某种塔型。
对脱硫喷淋塔应用Fluent等软件通过数值模拟的方法，能更有效地分析其内部的流场及温度场[3-5]。
唐志永等[6]对某型脱硫喷淋塔空塔进行二维模拟，指出塔体形状对流场影响较大。
刘定平等[7]对某型切圆式喷淋塔流场进行数值模拟研究，结果表明喷嘴数量及其位置分布会影响塔内的气流分布状况。
丁开翔等[8]对某型喷淋塔进行数值模拟研究，提出不同淋层布置会对脱硫效果产生较大影响。
大型脱硫塔喷淋段气液两相流动与传热的数值仿真及验证
大型脱硫塔喷淋段气液两相流动与传热的数值仿真及验证摘要：对大型湿法脱硫塔喷淋段内部的气液两相流动和传热过程进行模拟，并将模拟结果同现场运行数据进行对比．结果表明：良好的喷淋层和喷嘴布置可对塔内烟气流动起到很好的整流作用；在烟气入口对面的浆液池上方存在一气相的最高压区；原烟气的高速冲入对浆液滴的运动轨迹产生明显的影响，使得烟气入口处形成了一个斜向下呈带状的液滴浓度高值区；喷淋塔内温度梯度变化较大的区域在靠近吸收塔入口的位置，且此区域随烟气量的增大而扩大——简单忽略塔内气相温度场的不均匀性势必将给计算带来误差；喷淋塔内的气相温度场和水蒸气浓度场分布有明显的一致性规律，证明了塔内的降温过程主要为蒸发冷却．关键词：大型喷淋塔；气液两相流；传热；温度场；水蒸气；数值仿真随着环保标准的日益严格，对烟气脱硫装置的设计和运行也提出了更高要求．当前，很多烧结脱硫装备投资巨大，但无法正常运行，或脱硫效果欠佳，主要原因就在于对脱硫塔内气液两相流动规律的认识不够，以及对烟气降温的控制效果不佳．因此，有必要对脱硫装备内部的流动、传热和传质过程做更深入的分析，从而为设计和运行的优化提供依据．计算流体力学CFD(computationalfluiddynam-ics)仿真是研究湿法脱硫过程的重要手段．针对脱硫塔内气相流场的模拟研究较多[1-3]，但未考虑离散相作用的模拟结果在实际应用上的价值有限．吸收塔内多相流模拟则为认识气液两相的相互作用和分布规律提供了重要帮助，但相关文献大多未涉及温度场的模拟[4-9]．此外，还有一些针对脱硫塔内化学反应的模拟研究，但基本上也都忽略了烟气降温过程和塔内的温度场变化，即不考虑温度场对反应的影响[10-12]；或将塔内温度变化简单假设为沿高度方向的一维函数，忽略其在径向的变化[13-14]．可见，对大型脱硫塔内温度变化规律的掌握还有待进一步深入研究．有学者在焚烧烟气急冷段内同时考虑了温度场、气液双膜理论和气固缩核反应模型[15]，但仅模拟了几个喷嘴．已有的文献大多受限于计算机的运算速度，故常常对模拟的脱硫塔几何尺寸进行缩减，或仅计算少量喷嘴以减少颗粒轨迹计算和两相耦合迭代的计算开销[15]，由此限制了研究结果在大型脱硫塔上的应用和推广．本文借助上海市超级计算机中心的硬件平台，采用计算流体力学仿真的方法，对某大型喷淋塔的全尺寸喷淋段进行研究，详细模拟了塔内的气液两相流场和上百个喷嘴的喷淋，充分考虑了气液两相间的耦合作用(传动量、传热和传质过程)，并将气相湍流脉动对颗粒运动的影响也考虑在内，从而获得较精确的塔内温度分布和烟气组分(主要是水蒸气)分布．以此揭示脱硫塔内气相和液滴颗粒相的分布特点，并讨论塔内传热、传质的规律及对脱硫过程的影响．模拟结果和现场实测数据进行对比，以进一步验证模拟的正确性．1数学模型及控制方程本文的气液两相流模拟采用欧拉-拉格朗日方下处理离散相(液滴)．对于气相，为了封闭Reynolds时均方程组中的二阶关联项，本文采用标准k-ε模型．离散相颗粒的轨道通过积分拉氏坐标系下的颗粒作用力微分方程来求解．文中还考虑了气相湍流扩散对颗粒相的分布和轨迹的影响，通过颗粒随机轨道模型来计算，即采用随机行走模型(discreteran-domwalkmodel)来考虑湍流脉动对颗粒相的作用．为了更全面地模拟气液两相间的传递过程，本文考虑了能量方程．由于气液间的传热伴随着蒸发乃至沸腾，因此还要加入液滴气相的组分输运方程．因此，当计算离散相的液滴颗粒轨道时，将同时跟踪计算颗粒沿轨道的热量、质量、动量的损益，这些物理量将用于随后的连续相(气相)的计算中去．交替求解离散相与连续相的控制方程，直到二者均收敛为止，此即双向耦合计算．通过积分流场中颗粒的运动、能量以及组分方程，得到颗粒的速度、轨迹、温度和组分分布．以下略去气相控制方程，仅列出离散相方程和气液两相耦合的有关方程．1.1离散相方程颗粒作用力平衡方程在笛卡尔坐标系下的形式为式中：FD为颗粒驰豫时间；Re为颗粒的相对Reynolds数；ui为流体相速度；upi为液滴颗粒相速度；μ为流体相动力黏度；ρp为液滴颗粒密度；dp为颗粒直径；gi为外力对液滴颗粒的加速度．式(1)右边依次为流体对液滴颗粒的曳力项、重力项(包括浮力作用)和其他作用力项．气相湍流对颗粒相的分布和轨迹的影响通过颗粒随机轨道模型来计算．设流体湍流各向同性，认为流体速度脉动值iu′符合高斯分布．当颗粒穿过湍流主气流中的蒸汽浓度由水蒸气的组分输运方程求解得到，即2模拟对象及模型简化本文以某实际运行的大型喷淋塔为模拟研究对象，采用ANSYSFluent12.0计算平台进行模拟．喷淋塔设计烟气量120万m3/h，原烟气入口温度130,℃，原烟气湿度7%(体积分数)．共4层喷淋，最上层与最下层喷淋层及喷嘴的布置方式相同．各喷淋层的位置高度为8,m、10,m、11.75,m和13.5,m，底层喷淋距吸收塔入口顶部1.5,m．每层有41个实心锥喷嘴，单喷嘴流量56.6,t/h，喷射角度90°．喷射液滴颗粒的平均直径为1.7,mm，液滴颗粒服从Rosin-Rammler分布．喷淋层结构和喷嘴布置见图1．吸收塔的模拟范围从浆液池的顶部开始，直至除雾器的入口为止，目的是充分模拟吸收塔内喷淋段的气液两相流动和传热过程．吸收塔入口尺寸为8,m×4.5,m，吸收塔直径11,m，模拟段高度15.5,m，如图2所示；烟气入口在第1层下的入口处，烟气出口在上方，各喷淋层的位置也标示其中．边界条件：入口条件为速度入口，出口条件为压力出口．采用Launder和Spaleding提出的标准壁面函数法来进行壁面处理．模拟过程中不考虑浆液管路和喷嘴本体对流动的影响．模型总共划分网格数170万，采用六面体网格．由于采用随机颗粒轨道模型，在整个计算过程中，离散相迭代更新一次总共需跟踪656,000条颗粒轨迹线．因迭代计算量大，所以本文的模拟借助于上海市超级计算机中心的公共平台．根据工程实际情况，本文的计算模型对脱硫塔内的烟气-浆液两相流动做如下的简化和假设．(1)将烟气视作不可压缩牛顿流体．(2)忽略气液两相与塔壁面间的传热；忽略塔内化学反应热和烟气组分在水中的溶解热．(3)将烟气视为理想气体，将液滴视为刚性球体考虑．(4)计算中不考虑液滴颗粒之间的碰撞、破碎及聚并效应．不考虑因为液滴蒸发、变形和传质过程导致的烟气流速和曳力系数的变化．(5)液滴碰壁后便中止液相对气相源项的计算．3数值模拟结果与分析3.1气液两相流动的模拟结果图3为纯气相模拟(不考虑液相)情况下的纵向中心截面的速度矢量场图．可见在没有浆液喷淋的情况下，由于原烟气的刚性和惯性，高速冲入吸收塔后，势必向入口对面的塔壁冲去并折流向上．由于高处仍有较大的气流速度差异．并且由于烟气刚性造成的偏流，使得在吸收塔的左上部和右下侧形成了两个明显的大旋涡．图4 为底层喷淋和顶层喷淋的模拟结果，其中忽略了烟气流动的影响．很明显，图4(b)所示顶层喷淋下来浆液的停留时间更长，因此气液接触时间也更长．从图4(a)可以看出，喷嘴排布设计达到了很好的截面覆盖率．并且各层喷嘴交错布置(如图1所示)，这样可以照顾到最大的截面覆盖率，强化气液接触效果，为烟气的快速降温和高效洗涤创造了很好的条件．图5为气液两相流情况下的纵向中心截面的气相相场流线图(坐标用气流速度m/s表征)．与图3纯气相时塔内明显偏流相比，在上百个实心锥喷嘴的大喷淋下，烟气偏流的情况得到了很好的克服，而且各层喷嘴互相交错、弥补了前一层可能的气流“短路”，因此气液接触效果很充分．可以看出，高温烟气起初以高速的刚性气流冲入吸收塔，但水平速度分量在大喷淋的作用下急剧衰减，还不到塔中心水平动量就消减得很小了，烟气转而垂直向上，和喷淋液呈逆向流动．与图3相比，图5中底层喷淋上部的烟气速度已趋向一致，烟气偏流导致的高速区也消失，气相在塔中的“充满度”明显提高，消除了大部分旋涡；并且吸收塔出口处的气流速度也非常均匀．烟气在截面上分布均匀，在塔内的停留时间也越长，使气液接触效果趋好．图6 为气液两相流情况下纵向中心截面的压力分布图．可见，由于整流效果良好，因此烟气入口轴线以上的区域基本可视作平推流，即截面上的速度差异已经很小，可以认为基本只有垂直向上的速度分量．此时，压力分布云图上的等压线和烟气流动方向基本垂直．随着烟气向上流动，静压逐渐降低．图6中在吸收塔的右下侧有个压力最高区，对比图5可知，这是由于一部分烟气进入吸收塔后转而向下，朝浆液池冲去，受阻后又向上运动，致使在烟气入口对面的浆液池上部产生一个高压区．图7 为纵向中心截面的离散相浆液滴浓度分布(4 层喷淋)．图中红色区域为纵向中心截面正好经过的喷嘴的出口浓度，由于恰为喷嘴的中心，因此离散相浓度最高．而对各喷嘴来说，沿喷射方向离散相浓度逐渐降低(这在图7最上两层喷嘴表现得尤为明显)，这显然是喷嘴雾化和液滴扩散的体现．由图7可见，底层喷淋以下的浆液高质量浓度区域范围最大，因为各层喷淋的浆液最终都叠加到喷淋塔下部；沿轴向向上则逐层降低，顶层喷淋的浆液滴质量浓度最低，这和实际情况是吻合的．由图7还可发现，在烟气入口处形成了一个斜向下呈“带状”的液滴质量浓度高值区．这主要是由于原烟气的高速冲入，使得浆液滴改变原先垂直下降的轨迹，而产生一个水平侧向的动量；同时，也因为高温烟气将一部分浆液蒸发，使得对应高温区域的离散相质量浓度降低．3.2气液两相传热的模拟结果图8为纵向中心截面和塔体入口水平中心截面的气相温度分布图．由图8可见，高温烟气冲入吸收塔后，在浆液大喷淋的作用下，被快速冷却到接近饱和温度(52,℃)．吸收塔中大部分区域都处于冷却后的温度(冷却终温)，只有靠近吸收塔入口处的区域有明显的温度梯度．基本在第1层喷淋以下就完成了烟气冷却过程．在计算过程中，对温度梯度变化明显的地方采取了网格加密．图9为纵向中心截面的水蒸气质量分数分布图．将其与图8对比可发现，温度场分布和水蒸气浓度场分布非常相似．即喷淋液蒸发冷却的过程就是烟气的降温增湿过程，水滴的蒸发相变最终使烟气中的水蒸气浓度达到接近饱和，净烟气温度和大喷淋浆液的温度基本一致．可以近似认为，喷淋浆液的蒸发量和烟气的增湿量是相等的(不考虑烟气出口少量的细液滴夹带)．m3/h时(烟气初始温度、湿度同前)、经过4层喷淋后的纵向中心截面的气相温度分布．可见随着烟气量增大，温度梯度变化的区域不断扩大．6×105m3/h烟气量时，温度梯度变化区域在塔体径向仅为吸收塔的1.4倍直径；而在1.4×106,m3/h烟气量时，温度梯度变化区域在塔体左下部已经扩大到吸收塔的中轴线．因此，烟气量越大，同一塔体内的高温区范围也越大．一般来说，塔内烟气温度越高越不利于脱硫效率的提高，由此也说明了为什么大烟气量下要保持、提高脱硫效率就更困难的事实．已有文献[10-12]往往以脱硫塔内温度均一为前提进行模拟计算，本文的模拟则证明塔内的温度不均匀性恰恰是无法忽略的．因为气液间传质的关键参数，如扩散系数、平衡浓度、亨利系数等都和温度密切相关，故忽略温度场的不均匀性就势必会导致传质计算的偏差和不精确性．图10(b)与10(a)的工况相对应，为纵向中心截面的气相水蒸气质量分数分布图．与图10(a)的温度梯度变化相仿，随着烟气量的增大，塔内的湿度梯度变化区域范围也不断增大．可见随着烟气量的增大，气液两相最终完成降温增湿过程的空间区域是不断扩大的．吸收塔内烟气降温的过程实则就是烟气-浆液之间的热湿交换过程，烟气温度降得越低，浆液蒸发总量就越大，烟气的增湿程度也就越大．这种传热与传质的耦合关联，使得可以用脱硫后净烟气的湿度大小来印证烟气降温的效果．图12即为数天内现场吸收塔的排烟湿度(净烟气中水蒸气的体积分数)的截屏曲线和模拟数值的对比．实测数据对应的现场工况虽略有波动，但原烟气参数基本上为：烟气量1.2×106m3/h，原烟气温度130,℃，原烟气中水蒸气的体积分数7%；数值模拟也按照这个工况进行仿真.由图12可见，脱硫后净烟气中水蒸气的体积分数从7%增至12%～13%，已基本达到饱和．图中的模拟数值略低于实际运行曲线，原因可能是模型中在0～100℃之间取了10个温度点来给定水的饱和蒸汽压，模拟过程中其余温度点的蒸汽压通过插值的方法自动计算得到，由此可能会引起一些偏差．但总体来说，数值模拟结果和现场实测的运行曲线相吻合，模拟结果的正确性得到了现场实测数据的检验．4结论本文采用计算流体力学方法对大型脱硫塔的喷淋段进行仿真，模拟过程中充分考虑了气液两相间的耦合作用(传质、传动量和传热过程)，得出了详细的气液两相流场和温度场、水蒸气组分场的分布规律，并和现场实际运行数据进行对比．(1)良好的喷淋层设计和喷嘴布置能极大地消除刚性烟气高速冲入吸收塔后形成的旋涡区，从而对烟气流动起到很好的整流作用；防止烟气短路的同时，强化了气液接触的效果．(2)吸收塔内采用实心锥喷嘴喷淋时，烟气入口轴线以上(或底层喷淋层以上)的区域基本可视作平推流，气相压力等势线和纵轴线基本垂直．(3)原烟气的高速冲入对浆液滴的运动轨迹产生了明显的影响，由此在烟气入口处形成了一个斜向下呈“带状”的液滴浓度高值区．(4)高温烟气冲入喷淋塔后，由于多层浆液大喷淋的洗涤，使烟气冷却过程在较短的时间内得以完成．喷淋塔内温度梯度变化较大的区域靠近吸收塔的入口，随着烟气量逐渐增大，温度梯度变化区域不断扩大．由此证明，以往文献中将塔内视为等温条件来进行计算或模拟将会带来误差，结果不精确．(5)喷淋塔内的气相温度场梯度变化和水蒸气浓度场梯度变化有明显的一致性规律，证明了塔内的主要降温过程为蒸发冷却．。
脱硫吸收塔空塔流场的简单数值模拟
技术前沿224丨电力系统装备 2019.6Technology Frontier2019年第6期2019 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment火力发电凭借其技术成熟、投资少、受天气影响小的优点，仍占据全国3/4的发电量，随着环保形式的日益严峻。
火电厂高大的烟囱成了明显的标志物，由此国家对火电厂的污染物排放有着严格要求。
近日河北省下发《钢铁、焦化、燃煤电厂深度减排攻坚方案》规定燃煤电厂二氧化硫排放不得超过25 mg/Nm 3，较之前的35 mg/Nm 3更加严格。
脱硫塔作为火电厂脱硫的主要设备，其内部流场的分布，对脱硫效率有着重要影响。
导流板，均流装置等设备就是通过影响吸收塔内部烟气流场的分布，提高脱硫效率。
所以，了解和分析吸收塔内的流场，可以帮助我们理解影响脱硫效率的因素。
本文运用fluent 软件，从吸收塔入口烟道与水平方向的夹角入手，模拟角度不同的情况下，对吸收塔内部的流场产生什么样的影响，说明为何现在的吸收塔入口烟道与水平方向都是有夹角的。
1 数值模拟1.1 模型本文模拟对象以FGD 湿法脱硫喷淋塔空塔为模型，烟气由吸收塔中部入口烟道进入，通过吸收塔顶出口烟道流出，石灰石浆液通过浆液循环泵由塔上部向下喷淋，气液两相物质逆流接触，脱去烟气中的二氧化硫。
在俯视图角度吸收塔出口烟道轴线与入口烟道轴线呈90°夹角，此布置方式增加烟气的回流和湍流度，有利于提高脱硫效率，也是现在脱硫常用的形式。
本次模拟不考虑吸收塔下部浆液池部分，故在模型中省略。
设计吸收塔塔径12.8 m ，吸收塔高44.7 m ，入口烟气流速10 m/s 。
1.2 数学模型吸收塔内的脱硫反应是复杂的反应，本次模拟不涉及化学反应，运用fluent 软件，从流体力学的角度，对吸收塔内的流场进行模拟。
Fluent 软件是基于流体力学的理论上的数值模拟软件，是国际上比较流行的CFD 软件。
脱硫喷淋散射塔仿真分析报告
脱硫喷淋散射塔仿真分析第一节脱硫喷淋散射塔简介1.1脱硫喷淋塔简介图1.脱硫喷淋散射塔SO2的排放会给人类带来严重的环境问题和生态问题，所以对排放到空气中的烟雾要进行脱硫处理。
在整个脱硫系统中，吸收塔是最核心的设备。
现今国内外常用的吸收塔主要有喷淋塔、液柱塔、鼓泡塔和填料塔四种。
喷淋塔是目前应用最成熟也是最有优势的塔型。
在喷淋塔中，吸收液与烟气的接触一般采用逆流方式。
喷淋塔结构如图1-1 所示，将塔由下至上按功能分成氧化反应区、SO2 吸收区和洁净烟气除雾区。
除雾区设置在塔顶部，一般布置有除雾器；SO2 吸收区在塔体中部，该区包含着 2～6 个喷淋层，每个喷淋层的构件为一根带多个雾化喷嘴的喷淋管，喷淋管的主要作用是将吸收液输送至塔内，同时为保证吸收液的覆盖率高于200%，各喷淋管还需要错开成一定角度布置；氧化反应区指位于塔下部的浆液池，在池中需要布置一定数量的氧化空气管和几台搅拌器以保证氧化反应进行得够充分。
对烟气进行脱硫处理时，烟气从距浆液池液面一定距离的入口烟道引进吸收塔内，逆流向上运动，被喷淋管上的喷嘴雾化喷射成的微小液滴接触，发生 SO2 吸收反应。
脱硫处理后的烟气继续向上流经除雾器，分离掉烟气中所夹带的液滴，而吸收液则滴至浆液池，与氧化空气经搅拌器搅拌后发生氧化反应。
第二节脱硫喷淋塔的物理模型2.1 二维设计图2.1 脱硫塔草图表2.1脱硫塔主要数据2.2三维模型运用CAD软件建立脱硫塔的三维模型，如图2.2所示图2.2 脱硫塔的三维模型第三节脱硫喷淋塔的数学模型3.1模型分析脱硫塔内的气液分布严重影响系统的脱硫效率、阻力损失以及除雾器的除性能，而影响脱硫塔内气液分布的因素主要有烟气进口方式和进口烟气与液面的倾角、喷淋装置的布置和喷嘴的特性（喷射角度、半径等）等。
喷淋塔内脱硫过程中烟气与浆液的吸收过程是一个典型的气液两相流动过程。
Euler-Lagrange 方法中的颗粒轨道模型（DPM）是著名的颗粒流体两相流模型之一，它用 Euler 方程描述气体湍流的连续相，用Lagrange 方程进行粒子跟踪来描述颗粒离散相，该模型优于其它两相流模型的地方是：它是在拉格朗日坐标系中模拟颗粒之间碰撞过程的，通过将离散相分成颗粒，将描述运动的方程分成颗粒间相互碰撞的作用力方程和流体对每一个颗粒的作用力方程两部分进行模拟的。
脱硫废水旁路塔雾化蒸发数值模拟
脱硫废水旁路塔雾化蒸发数值模拟所属行业: 水处理关键词：脱硫废水雾化蒸发烟道蒸发脱硫废水成分复杂难以回用，一些电厂已开始采用烟道雾化蒸发处理技术对其进行处理。
脱硫废水直接喷入烟道会带来腐蚀、积灰、堵塞等问题，设置旁路蒸发塔对脱硫废水进行干燥是一种较好的选择。
为研究此项技术，以某330MW机组为例，通过计算脱硫废水与烟气的热质平衡，确定了烟气抽取量，建立了物理模型，利用数值模拟的方法对烟气流场进行优化，对喷嘴布置方式、液滴直径、烟气温度等的选择进行稳态模拟。
结果表明：抽取烟气量仅占总烟气量的2.27%，烟气流场即能够充满整个蒸发塔;三喷嘴的雾化蒸发效果可以使蒸发塔出口温度达到设计值120℃;液滴直径80μm以下，液滴颗粒无贴壁，液滴直径60μm 时蒸发效果好。
为延长颗粒停留时间，使颗粒无贴壁、少团聚，宜采用烟气旋流方式、三喷嘴、60μm雾化粒径以及600K以上的入口烟气温度。
火力发电厂是工业耗水和排水大户，节水潜力较大。
当前燃煤电厂脱硫废水“中和-沉降絮凝”三联箱处理方法已越来越难以满足未来中国对废水零排放的要求。
脱硫废水主要通过预处理、浓缩、固化3个环节实现零排放，膜法浓缩加蒸发器结晶虽然技术成熟，但系统设计复杂，流程冗长，预处理要求高且能耗高，一般电厂难以承受;直接烟道蒸发，利用空气预热器(空预器)后的余热蒸干废水的方法已在中国多家电厂进行试验，但也存在烟道约1/3的通流面积堵塞及导流板腐蚀积灰严重等问题。
鉴于烟道蒸发实现起来比较困难，为达到更好的蒸发结晶效果，可布置废水蒸发塔对脱硫废水进行雾化干燥，即将浓缩后的脱硫废水送至蒸发塔顶部的雾化装置并喷洒到蒸发塔内，雾化粒径在40~120μm之间;从空预器前端抽出体积分数为2%~5%烟气通入蒸发塔，烟气与雾化的废水充分混合后一并进入除尘器之前的烟道，使废水蒸发结晶。
此装置利用烟气的热量，能耗低，易改造;流程简单，操作方便，投资小、运行维护费用低;对于抽取空预器前端约340℃的烟气对机组本身供电煤耗的影响和粉煤灰的综合利用还有待更进一步研究。
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装有气流分布板的脱硫喷淋塔流场数值模拟过小玲1金保升孙志翱（东南大学热能工程研究所，江苏南京210096）摘要以600 MW机组喷淋塔为研究对象，利用Fluent软件，对装有一定开孔率气流分布板的脱-模型作为计算模型，并结合拉硫喷淋塔进行了空塔和喷淋状态下热态流场数值模拟。
计算中选用kε格朗日颗粒轨道模型，用SIMPLE算法进行计算。
计算结果表明，气流分布板对塔内流场、温度场和压力场都有一定的影响；引入喷淋液后，由于喷淋液滴对塔内流场强烈的整流作用，内部速度明显趋于均匀化。
关键词喷淋塔Fluent软件数值模拟气流分布板Flow simulation for FGD spray scrubber with gas distributing board Guo Xiaoling, Jin Baosheng, Sun Zhiao (Department of Power Engineering, Southeast University, Nanjing Jiangsu 210096) Abstract: The research was based on a spray scrubber with a gas distributing board in a capacity of 600 MW unit, using software of Fluent to simulate the field in the spray scrubber. Both under spray and without spray conditions were simulated. The gas flow was described using standard kε-model and SIMPLE algorithm. Lagrange particle trajectory model was used to imitate the initial condition of the slurry droplet. The results showed that the gas distributing board had a significant influence on the interior field. When spray was introduced, the gas velocity became uniform. This was because the slurry droplets bring huge influence on the flue gas flow by cutting down the scale of the eddy of the flue gas.Keywords: Spray scrubber Fluent Numerical simulation Gas distributing board喷淋塔是湿法烟气脱硫工程中的核心设备，其内部复杂的两相流动直接影响着喷淋塔的设计及其脱硫效率。
对于脱硫喷淋塔，仅靠试验难以揭示塔内的各种参数[1]。
而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[2]特别是利用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)通用软件之后，还避免了复杂的编程工作，已经成为研究塔内流场的有力工具[3]。
目前国内数值模拟基本上为二维的冷态模拟[4]，或者是三维空塔的模拟；而国外学者的研究主要集中在脱硫机理或浆液液滴的运动方面[5-7]，很少针对脱硫塔进行流场等研究。
本文以600 MW机组带气流分布板的喷淋塔为研究对象建立三维模型，用Fluent软件对喷淋塔空塔和喷淋状态下的热态流场进行了数值模拟。
采用kε-模型，并结合浆液液滴随机生成模型，用SIMPLE算法进行计算。
1 喷淋塔模型的建立1.1 烟气流动的物理模型1.1.1 物理模型简化烟气脱硫塔结构如图1(a)所示。
烟气沿水平下倾烟道进入塔体，在上升过程中先通过气流分布板，再依次经过3个喷淋层。
脱硫浆液由均匀布置于喷淋层的雾化喷嘴引入，与1第一作者：过小玲,女，1981年生，硕士，研究方向为烟气脱硫技术。
烟气形成逆流接触。
经过洗涤之后的烟气进入除雾段，吸收SO 2之后的喷淋液下落至浆液池。
本文工作的第一步是建立脱硫塔的物理模型，并对所模拟的问题做出物理上的简化。
在计算中不考虑除雾器以及浆液池的影响，简化后的模型如图1(b)所示。
(a) 示意图 (b) 模型图1 脱硫塔示意图及其模型Fig.1 Wet FGD spray tower and model将图1(b)所示的脱硫喷淋塔模型导入CFD 软件的前处理模块进行网格化。
计算区域选为浆液池表面以上至出口烟道的区域。
在模拟中用空气代替烟气，用水代替浆液进行研究。
1.1.2 模拟中用到的参数脱硫塔高度:34 m ；脱硫塔直径:17.5 m; 烟气入口尺寸:14 m ×4.5 m; 烟气出口尺寸:φ8.5 m; 浆液面至出口烟道中心线高度:30.8 m; 烟气流量：2.376 037×106 m N 3/h; 进口烟气温度: 130℃; 循环浆液量：4.12×104 m 3/h; 浆液温度：45℃; 浆液液滴平均粒径：2.1 mm 。
1.2 烟气流动的数学模型对吸收塔进行物理上的简化之后，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解。
1.2.1 气相数学模型从雷诺时均N S -方程组出发、选用标准k ε-湍流模型对气相湍流进行模拟。
气体流动模型包括三维的连续性方程、动量方程和k-ε的两个输运方程，它们可统一表达为以下形式：()()()p u v S S x y z x x y y z z φφφφφρφρφρωφφφφ∂∂∂⎛⎫∂∂∂∂∂∂⎛⎫⎛⎫++=Γ+Γ+Γ++ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭ （1） 式中：φ分别代表速度u 、v 、ω、湍流动能k 、湍流动能耗散率ε、压力p 、混合分数f 及其脉动均方值g 和焓h ，当1φ=时为连续性方程；S φ 是由气相引起的源项或汇项；p S φ是由固体颗粒引起的源项，对连续性方程而言，该项是颗粒的质量变化项，对动量方程而言，是由颗粒和气体之间的相互阻力以及颗粒的热解挥发而引起的动量源项。
1.2.2 离散相数学模型目前，拉格朗日颗粒轨道模型是应用最广泛的两相流模型。
该模型无需构造颗粒湍流模型，且考虑颗粒与流体之间的大滑移,认为滑移与扩散漂移无关，还能够得到颗粒运动的确定轨道。
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。
颗粒的运动方程可用式(2)表示:()()p g pD g p p g du k u u dt ρρρ-=-+ （2）式中:()D g p k u u -为颗粒与烟气相互作用的单位质量曳力,其中 21824D e D p p C R k d μρ= （3） p p p g e d u u R ρμ-= （4）式中:u 、ρ、μ、p d 和μ分别为速度、密度、动力粘度及浆液颗粒粒径；D C 的取值可参阅文献[7]。
2 结果与分析2.1 塔内气相湍流流场分析由图2(a)和2(b)可以看出，未装气流分布板之前，烟气进入脱硫塔后，由于塔壁的影响，一部分烟气沿脱硫塔左侧向上流动，另一部分烟气形成一个顺时针的漩涡，造成塔内强烈的湍流区；由于脱硫塔出口面积缩小，导致烟气流速增大，特别是烟道左侧拐角处气速比周围都高，可以对此进行改进。
安装气流分布板后，脱硫塔内顺时针回流区明显减小。
从该图中还可以看出未加气流分布板时烟气进入塔内后,部分烟气受到塔壁限制后产生向下的速度，在脱硫塔底部浆池附近形成逆时针的漩涡；安装气流分布板后在脱硫塔底部浆池附近的逆时针漩涡几乎消失。
由图3(a)和3(b)可以看出，在未装气流分布板的情况下，经过喷淋后，在浆液池附近气体扰动非常强烈，烟气在进口贴近浆液面处产生一个逆时针的漩涡，同时在该漩涡的左上侧还产生一个顺时针的漩涡，并且贴浆液面处气速偏大。
由于底部的回流与浆液接触时间较长会使烟气含水量增加，从而导致烟温降低，不仅增加除雾器负担而且容易形成低温腐蚀，对脱硫产生不利影响。
安装气流分布板之后，塔内只在进口右下角处存在一个逆时针的小漩涡，浆液面处的气体速度减小并且均匀，对于控制烟气从浆液面带水起到了一定的作用。
另外，在无气流分布板时，可以看出在低位喷淋层下有一区域速度很低，造成塔内速度的不均匀；而安装气流分布板之后，该低速区基本消失，塔内整体的速度比前者均匀。
(a) 喷淋塔内速度分布图(b) 喷淋塔内速度矢量图图2 未喷淋时塔内加气流分布板前后流场图Fig.2 Flow field of scrubber without spray(a) 喷淋塔内速度分布图(b) 喷淋塔内速度矢量图图3 喷淋时塔内加气流分布板前后流场图Fig.3 Flow field of scrubber with spray同时比较图2 (a)和图3 (a)，可以看出喷淋后塔内总体气体速度降低，最高气速从19 m/s左右降到17 m/s左右，从而使得出口拐角处气速过大的现象有所改进。
比较图2 (b)和图3 (b)可以看出，喷淋浆液液滴对烟气流场具有强烈的整流作用，喷淋后，右上侧顺时针的大漩涡都消失，气体速度明显均匀化。
2.2 塔内温度场和压力场的分析对于塔内的温度场，未喷淋时，塔内温度基本没有什么变化。
当喷淋后，由图4可以看出，流体的温度在塔入口处变化较剧烈，这主要是由于塔入口流场的不均匀性造成的。
随着烟气与浆液传热的进行，气流温度下降迅速，超过一定高度后气流与液滴颗粒的温差变得很小，温度基本保持不变。
脱硫塔出口温度都在50℃左右[8]，这与实际运行的情况比较相符。
图4 烟气进入脱硫塔内加气流分布板前后温度场Fig.4 The temperature field of scrubber with and without tray(a)未喷淋(b)喷淋图5 烟气进入脱硫塔内加气流分布板前后压力场Fig.5 The pressure field of scrubber with and without tray从图4还可以看出，加了气流分布板之后，在低位喷淋层之上，低温区域范围比未装气流分布板时更宽，这主要是因为安装气流分布板后，对烟气的流动产生了一定的阻力，烟气流速变慢，脱硫浆液与烟气的接触时间变长，传热过程进行的较充分；而在接近浆液池部分低温区域反而减小，主要是气流分布板对浆液的下落产生阻力的结果。