大型濕法煙氣脫硫噴淋塔內(nèi)阻力特性數(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.結(jié)果表明,模擬很好地預(yù)測(cè)出so2脫出效果.

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)部進(jìn)行三維數(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。

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。

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。

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。

基于計(jì)算流體力學(xué)(cfd)技術(shù),采用fluent軟件平臺(tái),針對(duì)典型300mw機(jī)組脫硫系統(tǒng)噴淋塔采用可視化技術(shù)對(duì)噴淋層間距、噴嘴壓降、噴淋角變化時(shí)噴淋層噴淋效果、傳質(zhì)特性和阻力特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明噴淋層間距、噴嘴壓降與噴淋角度變化對(duì)覆蓋效果影響很小,噴淋層間距、噴嘴壓降和噴淋角增大均能增強(qiáng)氣液傳質(zhì),同時(shí)噴淋層阻力也隨之增大。提出典型300mw機(jī)組wfgd漿液噴淋系統(tǒng)噴嘴選擇與布置的推薦值。

采用水-空氣作為介質(zhì)對(duì)濕法煙氣脫硫(wfgd)篩板式噴淋塔阻力特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,分析了篩板孔徑、開孔率、厚度、安裝位置以及液相噴淋量等因素對(duì)篩板噴淋塔內(nèi)阻力特性的影響.結(jié)果表明:在wfgd系統(tǒng)篩板式噴淋塔中必須保證足夠大的孔徑與塔徑比,以適合高速煙氣條件;在煙氣流速較低條件下,篩板孔徑越小,壓降越大,而煙氣流速較高時(shí)則相反;篩板厚度對(duì)于壓降影響較小;提高開孔率和篩板安裝高度以及減少噴淋量均能降低塔內(nèi)阻力.

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。

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。

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。

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。

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).

以600mw機(jī)組多孔合金托盤噴淋塔為研究對(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安裝高度。

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

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。

把煙氣溫法脫硫工程中廣泛應(yīng)用的石灰石/石灰脫硫工藝和噴淋塔吸收設(shè)備相結(jié)合,探討該系統(tǒng)的傳質(zhì)機(jī)理,通過(guò)雙膜理論建立了系統(tǒng)的傳質(zhì)模型,對(duì)其運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了定性的分析,闡明了這些因素對(duì)系統(tǒng)傳質(zhì)性能的影響。

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。

通過(guò)對(duì)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝過(guò)程的分析,深入探討原煙氣參數(shù)的變化和工藝過(guò)程主要控制參數(shù)的改變對(duì)煙氣脫硫效率的影響規(guī)律,對(duì)脫硫裝置的運(yùn)行和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造有一定的指導(dǎo)意義。