托盤(pán)式煙氣脫硫噴淋塔空塔冷態(tài)流場(chǎng)數(shù)值模擬

以300mw機(jī)組濕法煙氣脫硫噴淋塔為研究對(duì)象,利用計(jì)算流體力學(xué)通用軟件對(duì)其內(nèi)部?jī)上嗔鲌?chǎng)進(jìn)行模擬。氣相湍流由標(biāo)準(zhǔn)k模型描述,噴淋液滴由拉格朗日顆粒軌道模型描述。預(yù)測(cè)了無(wú)噴淋和有噴淋2種條件下的氣相湍流流場(chǎng)分布、沿塔高方向不同截面上的氣速分布以及噴淋液滴的軌跡。模擬結(jié)果表明,引入噴淋液后,出口截面氣速分布明顯均勻化,其最大值由無(wú)噴淋時(shí)的12m/s降至6m/s。該最大值出現(xiàn)在靠近塔壁處,是由塔壁附近噴淋密度較低造成的,可通過(guò)改進(jìn)周邊噴嘴的布置方式及噴嘴型式進(jìn)行優(yōu)化。

以300mw機(jī)組濕法煙氣脫硫噴淋塔為研究對(duì)象,利用計(jì)算流體力學(xué)通用軟件對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行三維數(shù)值模擬。

提出在煙氣脫硫噴淋塔煙氣進(jìn)口設(shè)置導(dǎo)流板或采用切向進(jìn)口,使煙氣在塔內(nèi)螺旋流動(dòng),以延長(zhǎng)停留時(shí)間,加強(qiáng)氣液湍動(dòng)接觸,并可改善系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)適應(yīng)能力。對(duì)不同進(jìn)口結(jié)構(gòu)的塔內(nèi)流速分布、壓力損失進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,得出了旋流強(qiáng)度、壓力損失等隨導(dǎo)流板角度的變化關(guān)系,并將旋流情況與常規(guī)的直流進(jìn)行了比較。

以300mw機(jī)組濕法煙氣脫硫噴淋塔為研究對(duì)象,利用計(jì)算流體力學(xué)通用軟件對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行三維數(shù)值模擬.結(jié)果表明,模擬很好地預(yù)測(cè)出so2脫出效果.

以fluent軟件為計(jì)算工具,采用euler-lagrange方法模擬噴淋塔內(nèi)部氣液兩相流動(dòng).氣相用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型描述,噴淋液滴用顆粒軌道模型描述.綜合考慮顆粒受力分析、顆粒湍流擴(kuò)散以及氣液兩相耦合3方面影響因素對(duì)顆粒軌道模型進(jìn)行設(shè)置,從液滴粒徑分布、液滴出口速度、噴淋夾角3個(gè)方面對(duì)噴嘴射流源進(jìn)行精確定義.模擬結(jié)果表明:噴淋塔內(nèi)軸向氣速分布均勻;中空錐形的噴嘴設(shè)計(jì)使噴淋液形成傘狀雨簾,有效防止煙氣短流;塔內(nèi)液滴濃度分布存在中間高、邊緣低的問(wèn)題,可通過(guò)改進(jìn)噴嘴布置方案加以改進(jìn);顆粒軌道模型能夠較好地預(yù)測(cè)噴淋塔內(nèi)兩相流動(dòng).

對(duì)大型脫硫塔進(jìn)行合理的?；秃?jiǎn)化,采用國(guó)際流行的商用cfd(computationalfluiddynamics)軟件fluent對(duì)濕法脫硫立式噴淋塔空塔進(jìn)行了二維數(shù)值模擬。在計(jì)算中選取k-ε模型作為計(jì)算模型,用simple算法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明,空塔流場(chǎng)氣流速度分布不均。

利用fluent軟件對(duì)噴淋塔空塔的流場(chǎng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬。在計(jì)算中選擇k-ε模型作為計(jì)算模型,用simple算法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明噴淋塔形狀對(duì)流場(chǎng)有很大的影響,此結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行以及噴淋塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用。

提出一個(gè)噴淋塔設(shè)計(jì)參數(shù)———平均容積吸收率,其可作為噴淋塔本體設(shè)計(jì)的控制指標(biāo),并據(jù)以確定塔的吸收區(qū)高度。運(yùn)行和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明,一般噴淋塔的容積吸收率為(5.5～6.5)kg/(m3·h)。文中還討論了容積吸收率、so2吸收量、吸收區(qū)高度等之間的關(guān)系。

研究了噴淋空塔內(nèi)煙氣流速、液氣比和吸收區(qū)高度等因素對(duì)氣相阻力的影響,并在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上建立了噴淋塔流體力學(xué)數(shù)學(xué)模型,討論了煙氣流速、液滴直徑等工藝參數(shù)對(duì)液滴停留時(shí)間、吸收區(qū)阻力和塔內(nèi)傳質(zhì)面積的影響

針對(duì)680mw機(jī)組濕法煙氣脫硫噴淋塔內(nèi)煙氣速度分布和阻力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與系統(tǒng)幾何比例為1∶12,煙氣速度比例為1∶1。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),塔內(nèi)速度場(chǎng)沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向其均勻性變化呈先強(qiáng)后弱的2次明顯變化,負(fù)荷很低(35%負(fù)荷)時(shí),煙氣流動(dòng)均勻性很差,塔內(nèi)壓降隨著噴淋層運(yùn)行數(shù)量的增加而增大,隨著煙氣負(fù)荷的增加而增大。

基于煙氣濕法脫硫機(jī)理建立了噴淋塔內(nèi)脫硫過(guò)程實(shí)時(shí)仿真模型。模型描述了脫硫效率與入口煙氣二氧化硫濃度、噴淋漿液中二氧化硫濃度、煙氣量、循環(huán)漿液量、鈣硫摩爾比,漿液酸堿度(ph值)、操作壓力、溫度以及脫硫塔結(jié)構(gòu)(截面積,吸收區(qū)高度等)的定量關(guān)系,并編制成算法。在star-90/windows2000一體化圖形建模實(shí)時(shí)仿真支撐系統(tǒng)上,以某電廠600mw機(jī)組煙氣脫硫噴淋塔為對(duì)象進(jìn)行模型驗(yàn)證。在90%、75%與50%工況下仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行值相比較偏差在1%以?xún)?nèi),因此,模型具有較高的精度,為實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)仿真奠定了基礎(chǔ)。

本文以300mw機(jī)組噴淋塔為研究對(duì)象,利用fluent軟件對(duì)塔內(nèi)氣液兩相流場(chǎng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)噴淋對(duì)塔內(nèi)煙氣具有整合作用,可以有效地使氣體分布趨向均勻;塔內(nèi)靠近塔壁和中間部分噴嘴布置較少,導(dǎo)致氣流逃逸,降低了吸收效率。模擬結(jié)果對(duì)噴淋塔的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作用。

本文闡述了以300mw機(jī)組為例,利用fluent軟件對(duì)單入口、雙入口噴淋塔內(nèi)煙氣流程分別進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)雙入口噴淋塔內(nèi)煙氣流場(chǎng)更加均勻,脫硫效率高,有效降低低溫腐蝕有利于噴淋塔的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。模擬結(jié)果對(duì)噴淋塔的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作用。

利用商用cfd軟件fluent,采用k—ε模型和simple算法,針對(duì)濕法脫硫噴淋塔空塔內(nèi)部的三維流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析不同煙氣入口角度對(duì)噴淋塔內(nèi)部氣相流場(chǎng)的影響,獲得最佳的煙氣入口角度范圍。計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)踐所獲得的經(jīng)驗(yàn)值范圍基本吻合,因此對(duì)噴淋塔的設(shè)計(jì)及其改進(jìn)具有一定的參考價(jià)值。

?1994-2010chinaacademicjournalelectronicpublishinghouse.allrightsreserved.http://www.cnki.net 煙氣脫硫噴淋塔的容積負(fù)荷與本體設(shè)計(jì) thevolumeabsorbingloadanddesignofasprayscrubberforwetfgd 李蔭堂,王雙,劉艷華 (西安交通大學(xué)環(huán)境工程系,陜西　西安　710044) 摘要:提出了以噴淋塔的容積負(fù)荷———平均容積吸收率為控制指標(biāo)的本體設(shè)計(jì)路線(xiàn)。在目前已有的設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng) 驗(yàn)基礎(chǔ)上,根據(jù)煙氣的so2進(jìn)口濃度、要求的吸收效率等來(lái)確定噴淋塔容積。討論了容積吸收率不同角度的定義, 給出了采用容積吸收率進(jìn)行噴淋塔本體設(shè)計(jì)的步驟。 關(guān)鍵詞:濕法煙氣脫硫;吸收塔;噴淋塔;容積

根據(jù)煙氣中二氧化硫的腐蝕特點(diǎn)、吸收劑的廉價(jià)性和來(lái)源廣泛性,借鑒了脫硫工藝的特性及在國(guó)內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用,計(jì)算、設(shè)計(jì)了煙氣噴淋塔,實(shí)現(xiàn)石灰石濕法煙氣脫硫。

對(duì)濕式煙氣脫硫噴淋塔本體尺寸進(jìn)行了分析,結(jié)合已有的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),給出了確定噴淋塔本體尺寸的具體步驟,并討論了設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要問(wèn)題。

利用fluent軟件包,對(duì)300mw機(jī)組濕法煙氣脫硫(wetfluegasdesulfurization,wfgd)系統(tǒng)噴淋塔內(nèi)阻力特性進(jìn)行了數(shù)值模擬,著重考察了不同塔徑、噴淋層間距和噴淋層數(shù)等設(shè)計(jì)條件及不同負(fù)荷、液氣比等運(yùn)行工況下噴淋塔內(nèi)阻力特性。結(jié)果表明,300mw機(jī)組wfgd系統(tǒng)噴淋塔內(nèi)阻力在煙氣量125×104m3/h、塔徑13m、4層噴淋、層間距1.7m時(shí)約為950pa,與實(shí)際工程測(cè)量數(shù)據(jù)較為吻合;塔徑、噴淋層數(shù)量、負(fù)荷和液氣比是影響噴淋塔內(nèi)阻力的重要因素;模擬計(jì)算值可作為噴淋塔設(shè)計(jì)與運(yùn)行優(yōu)化的依據(jù)。

通過(guò)安裝流場(chǎng)優(yōu)化構(gòu)件,對(duì)濕法煙氣脫硫噴淋塔內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化,并通過(guò)試驗(yàn)研究及計(jì)算流體力學(xué)模擬的方法考察流場(chǎng)優(yōu)化構(gòu)件及其幾何結(jié)構(gòu)對(duì)塔內(nèi)流場(chǎng)和so2吸收的影響。流場(chǎng)模擬基于reynolds時(shí)均navier-stokes方程,標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程模型和顆粒軌道模型,方程的離散格式選用二階迎風(fēng)差分格式,采用simple算法進(jìn)行壓力-速度耦合。so2吸收的模擬則是根據(jù)雙膜理論編寫(xiě)用戶(hù)自定義程序,作為相間作用的源項(xiàng)加載到fluent軟件中來(lái)實(shí)現(xiàn)的。結(jié)果表明,流場(chǎng)優(yōu)化構(gòu)件能夠防止煙氣沿塔壁逃逸,整流氣相流場(chǎng),強(qiáng)化氣液兩相在吸收區(qū)的混合,有利于so2的吸收。此外,通流截面一定時(shí),塔內(nèi)壓降和脫硫效率隨構(gòu)件與水平面夾角的增大而增大;構(gòu)件與水平面夾角一定時(shí),塔內(nèi)壓降和脫硫效率隨通流截面的增大而減小。

對(duì)于煙氣脫硫噴淋塔中的霧化漿液液滴在塔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)以及停留時(shí)間進(jìn)行了分析計(jì)算。給出了液滴下落速度隨時(shí)間的變化;計(jì)算了單個(gè)液滴及漿液總體的停留時(shí)間。結(jié)果表明,對(duì)于粒徑為dp=13～30mm的單個(gè)液滴,停留時(shí)間為t=30～13s;霧化液滴尺寸分布對(duì)總體停留時(shí)間影響顯著;合適的霧化液滴尺寸應(yīng)為dp=07～15mm。

以600mw機(jī)組噴淋塔為研究對(duì)象,利用fluent軟件,對(duì)裝有一定開(kāi)孔率氣流分布板的脫硫噴淋塔進(jìn)行了空塔和噴淋狀態(tài)下熱態(tài)流場(chǎng)數(shù)值模擬。計(jì)算中選用k—ε模型作為計(jì)算模型,并結(jié)合拉格朗日顆粒軌道模型,用simple算法計(jì)算。結(jié)果表明氣流分布板對(duì)塔內(nèi)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)都有一定的影響;引入噴淋液后,由于噴淋液滴對(duì)塔內(nèi)流場(chǎng)強(qiáng)烈的整流作用,內(nèi)部速度明顯趨于均勻化。

建立了石灰石/石膏濕法煙氣脫硫噴淋塔實(shí)驗(yàn)臺(tái),實(shí)驗(yàn)研究了重要的操作參數(shù)對(duì)噴淋塔脫硫效率的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,提高液氣比和漿液ph值、降低煙氣溫度和煙氣速度、降低入口煙氣的so2濃度以及強(qiáng)制氧化均可以提高脫硫效率。將噴淋漿液分成噴淋液滴和塔壁液膜兩種存在形式,并分別建模,噴淋液滴的脫硫過(guò)程采用gerbec液滴脫硫模型計(jì)算,將塔壁液膜的流動(dòng)分為層流和波動(dòng)層流兩種狀態(tài),發(fā)展出了新的噴淋塔脫硫反應(yīng)模型。模型計(jì)算結(jié)果表明,相對(duì)于gerbec液滴模型,本文的模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合得更好。