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、來源及排放特性,對影響脫硫噴淋塔除塵效率的因素進行了分析,結(jié)果表明:粒徑>0.3μm時,顆粒度越大,去除率越高,粒徑<0.3μm時,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84%,其處理后粉塵質(zhì)量濃度<50mg/m3。

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,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。

利用fluent軟件包,對300mw機組濕法煙氣脫硫(wetfluegasdesulfurization,wfgd)系統(tǒng)噴淋塔內(nèi)阻力特性進行了數(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)。

對大型脫硫塔進行合理的模化和簡化,采用國際流行的商用cfd(computationalfluiddynamics)軟件fluent對濕法脫硫立式噴淋塔空塔進行了二維數(shù)值模擬。在計算中選取k-ε模型作為計算模型,用simple算法進行計算。計算結(jié)果表明,空塔流場氣流速度分布不均。

利用fluent軟件對噴淋塔空塔的流場進行三維數(shù)值模擬。在計算中選擇k-ε模型作為計算模型,用simple算法進行計算。計算結(jié)果表明噴淋塔形狀對流場有很大的影響,此結(jié)果對現(xiàn)場運行以及噴淋塔的優(yōu)化設(shè)計有一定的指導作用。

?1994-2010chinaacademicjournalelectronicpublishinghouse.allrightsreserved.http://www.cnki.net 煙氣脫硫噴淋塔的容積負荷與本體設(shè)計 thevolumeabsorbingloadanddesignofasprayscrubberforwetfgd 李蔭堂,王雙,劉艷華 (西安交通大學環(huán)境工程系,陜西　西安　710044) 摘要:提出了以噴淋塔的容積負荷———平均容積吸收率為控制指標的本體設(shè)計路線。在目前已有的設(shè)計、運行經(jīng) 驗基礎(chǔ)上,根據(jù)煙氣的so2進口濃度、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。

基于煙氣濕法脫硫機理建立了噴淋塔內(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機組煙氣脫硫噴淋塔為對象進行模型驗證。在90%、75%與50%工況下仿真計算結(jié)果與實際運行值相比較偏差在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)。

提出了以噴淋塔的容積負荷———平均容積吸收率為控制指標的本體設(shè)計路線。在目前已有的設(shè)計、運行經(jīng)驗基礎(chǔ)上,根據(jù)煙氣的so2進口濃度、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行噴淋塔本體設(shè)計的步驟。

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.

針對680mw機組濕法煙氣脫硫噴淋塔內(nèi)煙氣速度分布和阻力進行了實驗研究。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)速度場沿煙氣流動方向其均勻性變化呈先強后弱的2次明顯變化,負荷很低(35%負荷)時,煙氣流動均勻性很差,塔內(nèi)壓降隨著噴淋層運行數(shù)量的增加而增大,隨著煙氣負荷的增加而增大。

對于煙氣脫硫噴淋塔中的霧化漿液液滴在塔內(nèi)的運動以及停留時間進行了分析計算。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。

基于噴淋塔內(nèi)脫硫過程中的流體力學數(shù)學模型,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)上的可行性與先進性,并從投資成本、運行成本、占地面積等經(jīng)濟指標方面對雙入口塔煙道布置方案與單入口塔煙道布置方案進行了對比分析。對于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。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。

在建立的試驗臺上,以壓力作為間接指標,采用旋流噴嘴和螺旋噴嘴,對噴淋塔單層噴淋工況下的霧化性能進行了試驗。試驗表明,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,利于均勻分布氣流。

以600mw機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,斜切式煙氣進口流場分布較直進式均勻,還獲得了合適的托盤安裝高度。

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,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。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)。

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數(shù)學模型,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、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。

基于計算流體力學(cfd)技術(shù),采用fluent軟件平臺,針對典型300mw機組脫硫系統(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機組wfgd漿液噴淋系統(tǒng)噴嘴選擇與布置的推薦值。

采用fluent軟件對1000mw脫硫噴淋塔的內(nèi)部流場進行了數(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機組濕法煙氣脫硫噴淋塔為研究對象,利用計算流體力學通用軟件對其內(nèi)部兩相流場進行模擬。氣相湍流由標準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,可通過改進周邊噴嘴的布置方式及噴嘴型式進行優(yōu)化。