噴淋塔氨法煙氣脫硫模型與實驗

基于煙氣濕法脫硫機(jī)理建立了噴淋塔內(nèi)脫硫過程實時仿真模型。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時仿真支撐系統(tǒng)上,以某電廠600mw機(jī)組煙氣脫硫噴淋塔為對象進(jìn)行模型驗證。在90%、75%與50%工況下仿真計算結(jié)果與實際運(yùn)行值相比較偏差在1%以內(nèi),因此,模型具有較高的精度,為實現(xiàn)脫硫系統(tǒng)仿真奠定了基礎(chǔ)。

以計算流體力學(xué)為基礎(chǔ),在三維坐標(biāo)系下采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程模型求解動量、能量和組分方程,結(jié)合漿滴蒸發(fā)模型及簡化的漿滴脫硫反應(yīng)模型,以euler-lagrange方法建立了噴淋塔內(nèi)煙氣脫硫的數(shù)值計算模型,模型計算結(jié)果與孔華的試驗數(shù)據(jù)符合較好。模型計算結(jié)果表明,對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)的過程延長。同時,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。文中模型相對于一維柱塞流模型,能夠直觀地顯示出噴淋塔內(nèi)的流場、溫度場和組分質(zhì)量濃度場的空間分布。

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(yùn)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。

針對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)行了實驗研究。實驗平臺與系統(tǒng)幾何比例為1∶12,煙氣速度比例為1∶1。通過研究發(fā)現(xiàn),塔內(nèi)速度場沿?zé)煔饬鲃臃较蚱渚鶆蛐宰兓氏葟?qiáng)后弱的2次明顯變化,負(fù)荷很低(35%負(fù)荷)時,煙氣流動均勻性很差,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(qiáng)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。

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.

0前言氨法煙氣脫硫技術(shù)是一種可實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的綠色脫硫工藝,尤其適用于燃用中高硫煤、有穩(wěn)定氨源的電站鍋爐。對因燃煤含硫量增大、原脫硫裝置不能滿足環(huán)保要求的脫硫裝置可選用氨法進(jìn)行脫硫裝置改造。河南心連心化肥有限公司二分廠(以下簡稱心連心二分廠)4×75t/h煙氣脫硫裝置于2008年投產(chǎn),經(jīng)過實際論證和改造,現(xiàn)以空塔噴淋對煙氣中的so2進(jìn)行回收。該脫硫裝置采用氨法煙氣脫硫工藝,能夠適應(yīng)在負(fù)荷50%~110%運(yùn)行,凈化后煙氣中氨體積分?jǐn)?shù)≤10×10-6,硫酸銨回收率達(dá)到95%以上。

?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 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)計路線。在目前已有的設(shè)計、運(yùn)行經(jīng) 驗基礎(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)計的步驟。 關(guān)鍵詞:濕法煙氣脫硫;吸收塔;噴淋塔;容積

對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)計經(jīng)驗,給出了確定噴淋塔本體尺寸的具體步驟,并討論了設(shè)計應(yīng)考慮的主要問題。

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)計路線。在目前已有的設(shè)計、運(yùn)行經(jīng)驗基礎(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)計的步驟。

在介紹噴射鼓泡塔煙氣脫硫(fluegasdesulfurization,fgd)及帶托盤的噴淋塔煙氣脫硫工藝的基礎(chǔ)上,詳細(xì)對比和分析了兩種不同塔型煙氣脫硫技術(shù)的鈣硫比、脫硫效率、水耗及電耗,得出結(jié)論:鼓泡塔的煙氣脫硫率較高,可控性較強(qiáng),但是工藝復(fù)雜,系統(tǒng)阻力比較大,煙氣含塵量大的電廠不適用;帶托盤的噴淋塔煙氣脫硫率稍低,但能滿足環(huán)保要求,工藝簡單,便于檢修,適用性較強(qiáng)。提出以下建議:電廠設(shè)計時,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場不同情況和具體的要求,選擇不同的煙氣脫硫技術(shù)。

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

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.

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。

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。

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(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,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。

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

根據(jù)煙氣中二氧化硫的腐蝕特點(diǎn)、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。

該發(fā)明公開了一種整體玻璃鋼氨法煙氣脫硫吸收塔。該煙氣脫硫吸收塔包括塔體、塔體上的煙氣進(jìn)口和煙氣出口、塔體內(nèi)的填料層、填料層上方的噴淋裝置，塔體由玻璃鋼制造，煙氣進(jìn)口置于塔頂，煙氣出口置于填料層下方的中部塔體上，塔體煙氣進(jìn)口外圍置有一環(huán)形水封槽，水封槽的高度高于塔體煙氣進(jìn)口圓筒壁，煙氣進(jìn)口圓筒壁上均勻布設(shè)有溢流堰，該設(shè)備采用上進(jìn)下出的煙氣走向，煙氣一進(jìn)入塔內(nèi)即用噴淋液進(jìn)行冷卻，

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(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了定性的分析,闡明了這些因素對系統(tǒng)傳質(zhì)性能的影響。

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。