工業(yè)鍋爐小型濕法煙氣脫硫噴淋塔入口傾角優(yōu)化的數(shù)值模擬

本文以300mw機(jī)組噴淋塔為研究對象,利用fluent軟件對塔內(nèi)氣液兩相流場進(jìn)行三維數(shù)值模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)噴淋對塔內(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)果對噴淋塔的現(xiàn)場運行及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有一定的指導(dǎo)作用。

通過安裝流場優(yōu)化構(gòu)件,對濕法煙氣脫硫噴淋塔內(nèi)的流場進(jìn)行優(yōu)化,并通過試驗研究及計算流體力學(xué)模擬的方法考察流場優(yōu)化構(gòu)件及其幾何結(jié)構(gòu)對塔內(nèi)流場和so2吸收的影響。流場模擬基于reynolds時均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)雙膜理論編寫用戶自定義程序,作為相間作用的源項加載到fluent軟件中來實現(xiàn)的。結(jié)果表明,流場優(yōu)化構(gòu)件能夠防止煙氣沿塔壁逃逸,整流氣相流場,強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,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,塔內(nèi)壓降和脫硫效率隨通流截面的增大而減小。

利用fluent軟件包,對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)計條件及不同負(fù)荷、液氣比等運行工況下噴淋塔內(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時約為950pa,與實際工程測量數(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;模擬計算值可作為噴淋塔設(shè)計與運行優(yōu)化的依據(jù)。

1 工業(yè)鍋爐/爐窯濕法煙氣脫硫 工程技術(shù)規(guī)范 （征求意見稿） 編制說明 編制組 2007年11月 2 目錄 1前言....................................................................................................................................................1 2編制本技術(shù)規(guī)范的必要性和可行性................................................................................................1 2.1貫徹和實施國家環(huán)境保護(hù)政策的需要..............................................

本文闡述了以300mw機(jī)組為例,利用fluent軟件對單入口、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期穩(wěn)定運行。模擬結(jié)果對噴淋塔的現(xiàn)場運行及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有一定的指導(dǎo)作用。

建立了石灰石/石膏濕法煙氣脫硫噴淋塔實驗臺,實驗研究了重要的操作參數(shù)對噴淋塔脫硫效率的影響規(guī)律。實驗結(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,噴淋液滴的脫硫過程采用gerbec液滴脫硫模型計算,將塔壁液膜的流動分為層流和波動層流兩種狀態(tài),發(fā)展出了新的噴淋塔脫硫反應(yīng)模型。模型計算結(jié)果表明,相對于gerbec液滴模型,本文的模型計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合得更好。

采用fluent軟件對1000mw脫硫噴淋塔的內(nèi)部流場進(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對其內(nèi)部速度場、溫度場及壓力場分布的影響。研究發(fā)現(xiàn),入口角度θ為15°時,流場分布較均勻。

分析了現(xiàn)代大型噴淋塔為提高脫硫與除塵效率在設(shè)計上所作的改進(jìn)及存在的問題。通過一個曾經(jīng)設(shè)計過的噴淋塔實例,結(jié)合煙氣和吸收液兩相逆向流動和兩相間的化工傳質(zhì)過程,剖析了噴淋層覆蓋率的實質(zhì),提出弱效噴淋覆蓋和多重噴淋覆蓋對噴淋塔脫硫和除塵效率的影響,給出噴淋覆蓋率的選擇、噴淋層和噴嘴布置的設(shè)計方法,對改善煙氣脫硫和除塵效率均有明顯效果。

以300mw機(jī)組濕法煙氣脫硫噴淋塔為研究對象,利用計算流體力學(xué)通用軟件對其內(nèi)部兩相流場進(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)測了無噴淋和有噴淋2種條件下的氣相湍流流場分布、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,其最大值由無噴淋時的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象,利用計算流體力學(xué)通用軟件對其內(nèi)部進(jìn)行三維數(shù)值模擬.結(jié)果表明,模擬很好地預(yù)測出so2脫出效果.

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

以fluent軟件為計算工具,采用euler-lagrange方法模擬噴淋塔內(nèi)部氣液兩相流動.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個方面對噴嘴射流源進(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、邊緣低的問題,可通過改進(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)測噴淋塔內(nèi)兩相流動.

根據(jù)煙氣中二氧化硫的腐蝕特點、吸收劑的廉價性和來源廣泛性,借鑒了脫硫工藝的特性及在國內(nèi)的實際應(yīng)用,計算、設(shè)計了煙氣噴淋塔,實現(xiàn)石灰石濕法煙氣脫硫。

以600mw機(jī)組多孔合金托盤噴淋塔為研究對象,利用國際流行的商用cfd(computationalfluiddynamics)軟件fluent及其前處理軟件gambit對煙氣脫硫立式噴淋空塔的流場進(jìn)行二維數(shù)值模擬。計算中選用模型作為計算模型,用simple算法進(jìn)行計算。計算結(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塔內(nèi)流場分布有一定的影響,安裝托盤后氣速明顯均勻化,斜切式煙氣進(jìn)口流場分布較直進(jìn)式均勻,還獲得了合適的托盤安裝高度。

基于計算流體力學(xué)(cfd)技術(shù),采用fluent軟件平臺,針對典型300mw機(jī)組脫硫系統(tǒng)噴淋塔采用可視化技術(shù)對噴淋層間距、噴嘴壓降、噴淋角變化時噴淋層噴淋效果、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氣液傳質(zhì),同時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。

提出一個噴淋塔設(shè)計參數(shù)———平均容積吸收率,其可作為噴淋塔本體設(shè)計的控制指標(biāo),并據(jù)以確定塔的吸收區(qū)高度。運行和設(shè)計經(jīng)驗表明,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。

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)過程。為了較為全面地研究噴淋塔霧化性能,建立了試驗臺,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。試驗表明,霧化系統(tǒng)對塔內(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。

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,以延長停留時間,加強氣液湍動接觸,并可改善系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)適應(yīng)能力。對不同進(jìn)口結(jié)構(gòu)的塔內(nèi)流速分布、壓力損失進(jìn)行了實驗研究,得出了旋流強度、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,通過雙膜理論建立了系統(tǒng)的傳質(zhì)模型,對其運行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了定性的分析,闡明了這些因素對系統(tǒng)傳質(zhì)性能的影響。

采用水-空氣作為介質(zhì)對濕法煙氣脫硫(wfgd)篩板式噴淋塔阻力特性進(jìn)行了試驗研究,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,而煙氣流速較高時則相反;篩板厚度對于壓降影響較小;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.

研究了噴淋空塔內(nèi)煙氣流速、液氣比和吸收區(qū)高度等因素對氣相阻力的影響,并在實驗室研究的基礎(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)對液滴停留時間、吸收區(qū)阻力和塔內(nèi)傳質(zhì)面積的影響

以600mw機(jī)組噴淋塔為研究對象,利用fluent軟件,對裝有一定開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)流場數(shù)值模擬。計算中選用k—ε模型作為計算模型,并結(jié)合拉格朗日顆粒軌道模型,用simple算法計算。結(jié)果表明氣流分布板對塔內(nèi)流場、溫度場和壓力場都有一定的影響;引入噴淋液后,由于噴淋液滴對塔內(nèi)流場強烈的整流作用,內(nèi)部速度明顯趨于均勻化。