大型濕法脫硫噴淋塔空塔流場(chǎng)數(shù)值模擬

以計(jì)算流體力學(xué)為基礎(chǔ),在三維坐標(biāo)系下采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程模型求解動(dòng)量、能量和組分方程,結(jié)合漿滴蒸發(fā)模型及簡(jiǎn)化的漿滴脫硫反應(yīng)模型,以euler-lagrange方法建立了噴淋塔內(nèi)煙氣脫硫的數(shù)值計(jì)算模型,模型計(jì)算結(jié)果與孔華的試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合較好。模型計(jì)算結(jié)果表明,對(duì)于粒徑小的噴淋液滴,其煙氣脫硫反應(yīng)和液滴蒸發(fā)主要發(fā)生在煙氣進(jìn)口附近,而隨著液滴粒徑的增大,液滴在塔內(nèi)蒸發(fā)和脫硫反應(yīng)的過(guò)程延長(zhǎng)。同時(shí),增加煙氣溫度、降低煙氣中so2的入口質(zhì)量濃度以及增加液氣比均有利于提高脫硫效率。文中模型相對(duì)于一維柱塞流模型,能夠直觀地顯示出噴淋塔內(nèi)的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和組分質(zhì)量濃度場(chǎng)的空間分布。

以600mw機(jī)組多孔合金托盤(pán)噴淋塔為研究對(duì)象,利用國(guó)際流行的商用cfd(computationalfluiddynamics)軟件fluent及其前處理軟件gambit對(duì)煙氣脫硫立式噴淋空塔的流場(chǎng)進(jìn)行二維數(shù)值模擬。計(jì)算中選用模型作為計(jì)算模型,用simple算法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明,噴淋塔的煙氣入口角度以及多孔合金托盤(pán)的安裝高度對(duì)塔內(nèi)流場(chǎng)分布有一定的影響,安裝托盤(pán)后氣速明顯均勻化,斜切式煙氣進(jìn)口流場(chǎng)分布較直進(jìn)式均勻,還獲得了合適的托盤(pán)安裝高度。

通過(guò)國(guó)際流行的商用cfd(computationalfluiddynamics)軟件fluent及其前處理軟件gambit對(duì)濕法脫硫立式噴淋空塔的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬.計(jì)算中選用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,噴淋塔的煙氣入口角度對(duì)流場(chǎng)內(nèi)煙氣分布具有較大的影響,通過(guò)分析比較找出最佳角度范圍.得到的結(jié)論和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行所出現(xiàn)的問(wèn)題基本吻合,這說(shuō)明應(yīng)用k-ε模型用于脫硫塔流場(chǎng)的計(jì)算,從理論上對(duì)脫硫塔流場(chǎng)做出預(yù)報(bào)是可行的.此結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行及噴淋塔的改進(jìn)具有一定的指導(dǎo)作用.

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。

石灰石/石膏濕法煙氣脫硫是控制so2排放最常用的方法,目前國(guó)內(nèi)新建的600mw及以上機(jī)組幾乎全部運(yùn)用石灰石/石膏濕法脫硫,而且濕法脫硫中的吸收塔基本采用噴淋塔和鼓泡塔2種塔型。該文主要對(duì)噴淋塔和鼓泡塔在工藝和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行比較,介紹了2種塔的實(shí)際應(yīng)用,并分析2種塔的優(yōu)缺點(diǎn)。

以600mw機(jī)組噴淋塔為研究對(duì)象,利用fluent軟件,對(duì)脫硫噴淋塔進(jìn)行了空塔和噴淋狀態(tài)下熱態(tài)場(chǎng)的數(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算法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明,多孔板對(duì)塔內(nèi)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)都有一定的影響,小孔徑時(shí)流場(chǎng)明顯均勻化;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。

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。

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。

采用fluent軟件對(duì)1000mw脫硫噴淋塔的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,考察了在120°雙入口煙道形式下,不同入口角度θ對(duì)其內(nèi)部速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的影響。研究發(fā)現(xiàn),入口角度θ為15°時(shí),流場(chǎng)分布較均勻。

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。

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).

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)。

在建立的試驗(yàn)臺(tái)上,以壓力作為間接指標(biāo),采用旋流噴嘴和螺旋噴嘴,對(duì)噴淋塔單層噴淋工況下的霧化性能進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)表明,塔斷面壓力、斷面上霧化粒徑及霧滴在噴淋段分散不均勻,對(duì)氣流分布的作用不明顯;隨循環(huán)液流量或氣體流量增大,斷面平均靜壓、全壓減小,噴淋段阻力增大,霧化粒徑減小;噴嘴形式對(duì)噴淋塔的霧化系統(tǒng)影響較大。相比較而言,螺旋噴嘴單層布置噴淋段霧化較均勻,利于均勻分布?xì)饬鳌?/p>

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.

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。

基于計(jì)算流體力學(xué)(cfd)平臺(tái)的fluent軟件,針對(duì)某工業(yè)鍋爐小型濕法煙氣脫硫噴淋塔進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)值模擬。采用歐拉-拉格朗日(e-l)方法分別描述煙氣和液滴的運(yùn)動(dòng),計(jì)算分析了不同煙氣入口角度下的速度場(chǎng)、塔中軸線壓力及溫度變化,同時(shí)分析了不同截面上加權(quán)平均so2摩爾分?jǐn)?shù)分布,依據(jù)模擬結(jié)果提出噴淋塔煙氣入口角度選取10°左右較為合理。

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。

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。

根據(jù)燃煤電廠煙氣中粉塵成分、來(lái)源及排放特性,對(duì)影響脫硫噴淋塔除塵效率的因素進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:粒徑>0.3μm時(shí),顆粒度越大,去除率越高,粒徑<0.3μm時(shí),則相反;煙氣流速及漿液噴淋密度與除塵效率呈正相關(guān)性,優(yōu)化各影響因素,噴淋塔除塵效率可高達(dá)84%,其處理后粉塵質(zhì)量濃度<50mg/m3。

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

噴淋塔是濕法煙氣脫硫工藝中應(yīng)用最廣泛的塔型,霧化系統(tǒng)是噴淋塔的關(guān)鍵技術(shù),影響脫硫傳質(zhì)過(guò)程。為了較為全面地研究噴淋塔霧化性能,建立了試驗(yàn)臺(tái),以壓力作為間接指標(biāo),采用濕法脫硫中常用的旋流噴嘴和螺旋噴嘴,對(duì)單層/雙層旋流噴嘴布置、單層/雙層螺旋噴嘴布置、旋流噴嘴和螺旋噴嘴組合布置的噴淋塔霧化性能進(jìn)行了比較。試驗(yàn)表明,霧化系統(tǒng)對(duì)塔內(nèi)氣流分布的作用不甚明顯,相比之下,上旋流下螺旋的組合布置方式既可滿足工藝氣液比的要求,斷面上霧化粒徑分布的均勻性及霧滴在噴淋段分散的均勻性又較好,可作為塔內(nèi)霧化系統(tǒng)優(yōu)選布置方式。