工业锅炉小型湿法烟气脱硫喷淋塔入口倾角优化的数值模拟

本文以300mw机组喷淋塔为研究对象,利用fluent软件对塔内气液两相流场进行三维数值模拟。结果发现喷淋对塔内烟气具有整合作用,可以有效地使气体分布趋向均匀;塔内靠近塔壁和中间部分喷嘴布置较少,导致气流逃逸,降低了吸收效率。模拟结果对喷淋塔的现场运行及结构优化设计具有一定的指导作用。

通过安装流场优化构件,对湿法烟气脱硫喷淋塔内的流场进行优化,并通过试验研究及计算流体力学模拟的方法考察流场优化构件及其几何结构对塔内流场和so2吸收的影响。流场模拟基于reynolds时均navier-stokes方程,标准k-ε双方程模型和颗粒轨道模型,方程的离散格式选用二阶迎风差分格式,采用simple算法进行压力-速度耦合。so2吸收的模拟则是根据双膜理论编写用户自定义程序,作为相间作用的源项加载到fluent软件中来实现的。结果表明,流场优化构件能够防止烟气沿塔壁逃逸,整流气相流场,强化气液两相在吸收区的混合,有利于so2的吸收。此外,通流截面一定时,塔内压降和脱硫效率随构件与水平面夹角的增大而增大;构件与水平面夹角一定时,塔内压降和脱硫效率随通流截面的增大而减小。

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。

1 工业锅炉/炉窑湿法烟气脱硫 工程技术规范 （征求意见稿） 编制说明 编制组 2007年11月 2 目录 1前言....................................................................................................................................................1 2编制本技术规范的必要性和可行性................................................................................................1 2.1贯彻和实施国家环境保护政策的需要..............................................

本文阐述了以300mw机组为例,利用fluent软件对单入口、双入口喷淋塔内烟气流程分别进行了三维数值模拟。结果发现双入口喷淋塔内烟气流场更加均匀,脱硫效率高,有效降低低温腐蚀有利于喷淋塔的长期稳定运行。模拟结果对喷淋塔的现场运行及结构优化设计具有一定的指导作用。

建立了石灰石/石膏湿法烟气脱硫喷淋塔实验台,实验研究了重要的操作参数对喷淋塔脱硫效率的影响规律。实验结果表明,提高液气比和浆液ph值、降低烟气温度和烟气速度、降低入口烟气的so2浓度以及强制氧化均可以提高脱硫效率。将喷淋浆液分成喷淋液滴和塔壁液膜两种存在形式,并分别建模,喷淋液滴的脱硫过程采用gerbec液滴脱硫模型计算,将塔壁液膜的流动分为层流和波动层流两种状态,发展出了新的喷淋塔脱硫反应模型。模型计算结果表明,相对于gerbec液滴模型,本文的模型计算结果与实验数据吻合得更好。

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。

分析了现代大型喷淋塔为提高脱硫与除尘效率在设计上所作的改进及存在的问题。通过一个曾经设计过的喷淋塔实例,结合烟气和吸收液两相逆向流动和两相间的化工传质过程,剖析了喷淋层覆盖率的实质,提出弱效喷淋覆盖和多重喷淋覆盖对喷淋塔脱硫和除尘效率的影响,给出喷淋覆盖率的选择、喷淋层和喷嘴布置的设计方法,对改善烟气脱硫和除尘效率均有明显效果。

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。

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进行三维数值模拟.结果表明,模拟很好地预测出so2脱出效果.

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进行三维数值模拟。

以fluent软件为计算工具,采用euler-lagrange方法模拟喷淋塔内部气液两相流动.气相用标准k-ε湍流模型描述,喷淋液滴用颗粒轨道模型描述.综合考虑颗粒受力分析、颗粒湍流扩散以及气液两相耦合3方面影响因素对颗粒轨道模型进行设置,从液滴粒径分布、液滴出口速度、喷淋夹角3个方面对喷嘴射流源进行精确定义.模拟结果表明:喷淋塔内轴向气速分布均匀;中空锥形的喷嘴设计使喷淋液形成伞状雨帘,有效防止烟气短流;塔内液滴浓度分布存在中间高、边缘低的问题,可通过改进喷嘴布置方案加以改进;颗粒轨道模型能够较好地预测喷淋塔内两相流动.

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。

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。

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。

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。

喷淋塔是湿法烟气脱硫工艺中应用最广泛的塔型,雾化系统是喷淋塔的关键技术,影响脱硫传质过程。为了较为全面地研究喷淋塔雾化性能,建立了试验台,以压力作为间接指标,采用湿法脱硫中常用的旋流喷嘴和螺旋喷嘴,对单层/双层旋流喷嘴布置、单层/双层螺旋喷嘴布置、旋流喷嘴和螺旋喷嘴组合布置的喷淋塔雾化性能进行了比较。试验表明,雾化系统对塔内气流分布的作用不甚明显,相比之下,上旋流下螺旋的组合布置方式既可满足工艺气液比的要求,断面上雾化粒径分布的均匀性及雾滴在喷淋段分散的均匀性又较好,可作为塔内雾化系统优选布置方式。

提出在烟气脱硫喷淋塔烟气进口设置导流板或采用切向进口,使烟气在塔内螺旋流动,以延长停留时间,加强气液湍动接触,并可改善系统的负荷调节适应能力。对不同进口结构的塔内流速分布、压力损失进行了实验研究,得出了旋流强度、压力损失等随导流板角度的变化关系,并将旋流情况与常规的直流进行了比较。

把烟气温法脱硫工程中广泛应用的石灰石/石灰脱硫工艺和喷淋塔吸收设备相结合,探讨该系统的传质机理,通过双膜理论建立了系统的传质模型,对其运行参数和结构参数进行了定性的分析,阐明了这些因素对系统传质性能的影响。

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.

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

以600mw机组喷淋塔为研究对象,利用fluent软件,对装有一定开孔率气流分布板的脱硫喷淋塔进行了空塔和喷淋状态下热态流场数值模拟。计算中选用k—ε模型作为计算模型,并结合拉格朗日颗粒轨道模型,用simple算法计算。结果表明气流分布板对塔内流场、温度场和压力场都有一定的影响;引入喷淋液后,由于喷淋液滴对塔内流场强烈的整流作用,内部速度明显趋于均匀化。