CFD技术脱硫喷淋塔阻力特性

根据燃煤电厂烟气中粉尘成分、来源及排放特性,对影响脱硫喷淋塔除尘效率的因素进行了分析,结果表明:粒径>0.3μm时,颗粒度越大,去除率越高,粒径<0.3μm时,则相反;烟气流速及浆液喷淋密度与除尘效率呈正相关性,优化各影响因素,喷淋塔除尘效率可高达84%,其处理后粉尘质量浓度<50mg/m3。

提出一个喷淋塔设计参数———平均容积吸收率,其可作为喷淋塔本体设计的控制指标,并据以确定塔的吸收区高度。运行和设计经验表明,一般喷淋塔的容积吸收率为(5.5～6.5)kg/(m3·h)。文中还讨论了容积吸收率、so2吸收量、吸收区高度等之间的关系。

利用fluent软件包,对300mw机组湿法烟气脱硫(wetfluegasdesulfurization,wfgd)系统喷淋塔内阻力特性进行了数值模拟,着重考察了不同塔径、喷淋层间距和喷淋层数等设计条件及不同负荷、液气比等运行工况下喷淋塔内阻力特性。结果表明,300mw机组wfgd系统喷淋塔内阻力在烟气量125×104m3/h、塔径13m、4层喷淋、层间距1.7m时约为950pa,与实际工程测量数据较为吻合;塔径、喷淋层数量、负荷和液气比是影响喷淋塔内阻力的重要因素;模拟计算值可作为喷淋塔设计与运行优化的依据。

对大型脱硫塔进行合理的模化和简化,采用国际流行的商用cfd(computationalfluiddynamics)软件fluent对湿法脱硫立式喷淋塔空塔进行了二维数值模拟。在计算中选取k-ε模型作为计算模型,用simple算法进行计算。计算结果表明,空塔流场气流速度分布不均。

利用fluent软件对喷淋塔空塔的流场进行三维数值模拟。在计算中选择k-ε模型作为计算模型,用simple算法进行计算。计算结果表明喷淋塔形状对流场有很大的影响,此结果对现场运行以及喷淋塔的优化设计有一定的指导作用。

?1994-2010chinaacademicjournalelectronicpublishinghouse.allrightsreserved.http://www.cnki.net 烟气脱硫喷淋塔的容积负荷与本体设计 thevolumeabsorbingloadanddesignofasprayscrubberforwetfgd 李荫堂,王双,刘艳华 (西安交通大学环境工程系,陕西　西安　710044) 摘要:提出了以喷淋塔的容积负荷———平均容积吸收率为控制指标的本体设计路线。在目前已有的设计、运行经 验基础上,根据烟气的so2进口浓度、要求的吸收效率等来确定喷淋塔容积。讨论了容积吸收率不同角度的定义, 给出了采用容积吸收率进行喷淋塔本体设计的步骤。 关键词:湿法烟气脱硫;吸收塔;喷淋塔;容积

对湿式烟气脱硫喷淋塔本体尺寸进行了分析,结合已有的工程设计经验,给出了确定喷淋塔本体尺寸的具体步骤,并讨论了设计应考虑的主要问题。

基于烟气湿法脱硫机理建立了喷淋塔内脱硫过程实时仿真模型。模型描述了脱硫效率与入口烟气二氧化硫浓度、喷淋浆液中二氧化硫浓度、烟气量、循环浆液量、钙硫摩尔比,浆液酸碱度(ph值)、操作压力、温度以及脱硫塔结构(截面积,吸收区高度等)的定量关系,并编制成算法。在star-90/windows2000一体化图形建模实时仿真支撑系统上,以某电厂600mw机组烟气脱硫喷淋塔为对象进行模型验证。在90%、75%与50%工况下仿真计算结果与实际运行值相比较偏差在1%以内,因此,模型具有较高的精度,为实现脱硫系统仿真奠定了基础。

提出了以喷淋塔的容积负荷———平均容积吸收率为控制指标的本体设计路线。在目前已有的设计、运行经验基础上,根据烟气的so2进口浓度、要求的吸收效率等来确定喷淋塔容积。讨论了容积吸收率不同角度的定义,给出了采用容积吸收率进行喷淋塔本体设计的步骤。

采用水-空气作为介质对湿法烟气脱硫(wfgd)筛板式喷淋塔阻力特性进行了试验研究,分析了筛板孔径、开孔率、厚度、安装位置以及液相喷淋量等因素对筛板喷淋塔内阻力特性的影响.结果表明:在wfgd系统筛板式喷淋塔中必须保证足够大的孔径与塔径比,以适合高速烟气条件;在烟气流速较低条件下,筛板孔径越小,压降越大,而烟气流速较高时则相反;筛板厚度对于压降影响较小;提高开孔率和筛板安装高度以及减少喷淋量均能降低塔内阻力.

针对680mw机组湿法烟气脱硫喷淋塔内烟气速度分布和阻力进行了实验研究。实验平台与系统几何比例为1∶12,烟气速度比例为1∶1。通过研究发现,塔内速度场沿烟气流动方向其均匀性变化呈先强后弱的2次明显变化,负荷很低(35%负荷)时,烟气流动均匀性很差,塔内压降随着喷淋层运行数量的增加而增大,随着烟气负荷的增加而增大。

对于烟气脱硫喷淋塔中的雾化浆液液滴在塔内的运动以及停留时间进行了分析计算。给出了液滴下落速度随时间的变化;计算了单个液滴及浆液总体的停留时间。结果表明,对于粒径为dp=13～30mm的单个液滴,停留时间为t=30～13s;雾化液滴尺寸分布对总体停留时间影响显著;合适的雾化液滴尺寸应为dp=07～15mm。

基于喷淋塔内脱硫过程中的流体力学数学模型,描述了湿式石灰石/石膏烟气脱硫法的脱硫效率与入口烟气so2浓度、喷淋浆液中so2浓度、烟气量、循环浆液量、钙硫摩尔比以及脱硫塔结构(截面积、吸收区高度等)的定量关系,重点分析了喷淋塔内液气比、烟气流速、吸收液的流量、喷嘴雾化性能、浆液ph值和烟气温度等参数,并阐述了这些因素对脱硫效率的影响。

提出一种可有效降低脱硫系统能耗的双入口喷淋塔烟道布置方案。阐述双入口塔在技术上的可行性与先进性,并从投资成本、运行成本、占地面积等经济指标方面对双入口塔烟道布置方案与单入口塔烟道布置方案进行了对比分析。对于2×660mw烟气脱硫装置,双入口塔烟道布置方案与单入口塔烟道布置方案相比,可使烟气压降降低400pa,年节约电耗500万kw.h,节约占地面积1500m2,成本与单入口塔烟道布置方案相当。双入口塔烟道布置方式是一种节能、节约土地资源的烟气脱硫技术,值得推广。

在建立的试验台上,以压力作为间接指标,采用旋流喷嘴和螺旋喷嘴,对喷淋塔单层喷淋工况下的雾化性能进行了试验。试验表明,塔断面压力、断面上雾化粒径及雾滴在喷淋段分散不均匀,对气流分布的作用不明显;随循环液流量或气体流量增大,断面平均静压、全压减小,喷淋段阻力增大,雾化粒径减小;喷嘴形式对喷淋塔的雾化系统影响较大。相比较而言,螺旋喷嘴单层布置喷淋段雾化较均匀,利于均匀分布气流。

以600mw机组多孔合金托盘喷淋塔为研究对象,利用国际流行的商用cfd(computationalfluiddynamics)软件fluent及其前处理软件gambit对烟气脱硫立式喷淋空塔的流场进行二维数值模拟。计算中选用模型作为计算模型,用simple算法进行计算。计算结果表明,喷淋塔的烟气入口角度以及多孔合金托盘的安装高度对塔内流场分布有一定的影响,安装托盘后气速明显均匀化,斜切式烟气进口流场分布较直进式均匀,还获得了合适的托盘安装高度。

在介绍喷射鼓泡塔烟气脱硫(fluegasdesulfurization,fgd)及带托盘的喷淋塔烟气脱硫工艺的基础上,详细对比和分析了两种不同塔型烟气脱硫技术的钙硫比、脱硫效率、水耗及电耗,得出结论:鼓泡塔的烟气脱硫率较高,可控性较强,但是工艺复杂,系统阻力比较大,烟气含尘量大的电厂不适用;带托盘的喷淋塔烟气脱硫率稍低,但能满足环保要求,工艺简单,便于检修,适用性较强。提出以下建议:电厂设计时,应根据现场不同情况和具体的要求,选择不同的烟气脱硫技术。

研究了喷淋空塔内烟气流速、液气比和吸收区高度等因素对气相阻力的影响,并在实验室研究的基础上建立了喷淋塔流体力学数学模型,讨论了烟气流速、液滴直径等工艺参数对液滴停留时间、吸收区阻力和塔内传质面积的影响

根据烟气中二氧化硫的腐蚀特点、吸收剂的廉价性和来源广泛性,借鉴了脱硫工艺的特性及在国内的实际应用,计算、设计了烟气喷淋塔,实现石灰石湿法烟气脱硫。

基于计算流体力学(cfd)技术,采用fluent软件平台,针对典型300mw机组脱硫系统喷淋塔采用可视化技术对喷淋层间距、喷嘴压降、喷淋角变化时喷淋层喷淋效果、传质特性和阻力特性进行了数值模拟研究。结果表明喷淋层间距、喷嘴压降与喷淋角度变化对覆盖效果影响很小,喷淋层间距、喷嘴压降和喷淋角增大均能增强气液传质,同时喷淋层阻力也随之增大。提出典型300mw机组wfgd浆液喷淋系统喷嘴选择与布置的推荐值。

采用fluent软件对1000mw脱硫喷淋塔的内部流场进行了数值模拟,考察了在120°双入口烟道形式下,不同入口角度θ对其内部速度场、温度场及压力场分布的影响。研究发现,入口角度θ为15°时,流场分布较均匀。

以300mw机组湿法烟气脱硫喷淋塔为研究对象,利用计算流体力学通用软件对其内部两相流场进行模拟。气相湍流由标准k模型描述,喷淋液滴由拉格朗日颗粒轨道模型描述。预测了无喷淋和有喷淋2种条件下的气相湍流流场分布、沿塔高方向不同截面上的气速分布以及喷淋液滴的轨迹。模拟结果表明,引入喷淋液后,出口截面气速分布明显均匀化,其最大值由无喷淋时的12m/s降至6m/s。该最大值出现在靠近塔壁处,是由塔壁附近喷淋密度较低造成的,可通过改进周边喷嘴的布置方式及喷嘴型式进行优化。