CFD技術(shù)脫硫噴淋塔阻力特性

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。

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。

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)。

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。

?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。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

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。

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%以內(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)。

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。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。

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(kāi)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(kāi)孔率和篩板安裝高度以及減少?lài)娏芰烤芙档退?nèi)阻力.

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。

基于噴淋塔內(nèi)脫硫過(guò)程中的流體力學(xué)數(shù)學(xué)模型,描述了濕式石灰石/石膏煙氣脫硫法的脫硫效率與入口煙氣so2濃度、噴淋漿液中so2濃度、煙氣量、循環(huán)漿液量、鈣硫摩爾比以及脫硫塔結(jié)構(gòu)(截面積、吸收區(qū)高度等)的定量關(guān)系,重點(diǎn)分析了噴淋塔內(nèi)液氣比、煙氣流速、吸收液的流量、噴嘴霧化性能、漿液ph值和煙氣溫度等參數(shù),并闡述了這些因素對(duì)脫硫效率的影響。

提出一種可有效降低脫硫系統(tǒng)能耗的雙入口噴淋塔煙道布置方案。闡述雙入口塔在技術(shù)上的可行性與先進(jìn)性,并從投資成本、運(yùn)行成本、占地面積等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面對(duì)雙入口塔煙道布置方案與單入口塔煙道布置方案進(jìn)行了對(duì)比分析。對(duì)于2×660mw煙氣脫硫裝置,雙入口塔煙道布置方案與單入口塔煙道布置方案相比,可使煙氣壓降降低400pa,年節(jié)約電耗500萬(wàn)kw.h,節(jié)約占地面積1500m2,成本與單入口塔煙道布置方案相當(dāng)。雙入口塔煙道布置方式是一種節(jié)能、節(jié)約土地資源的煙氣脫硫技術(shù),值得推廣。

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。

在介紹噴射鼓泡塔煙氣脫硫(fluegasdesulfurization,fgd)及帶托盤(pán)的噴淋塔煙氣脫硫工藝的基礎(chǔ)上,詳細(xì)對(duì)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(pán)的噴淋塔煙氣脫硫率稍低,但能滿足環(huán)保要求,工藝簡(jiǎn)單,便于檢修,適用性較強(qiáng)。提出以下建議:電廠設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同情況和具體的要求,選擇不同的煙氣脫硫技術(shù)。

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

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。

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.

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。