濕法煙氣脫硫塔的優(yōu)化數(shù)值模擬研究

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:本文采用FLUENT軟件，對于某300MW機組的濕法煙氣脫硫塔的流動特性進行了計算機數(shù)值模擬。模擬過程中采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型來模擬系統(tǒng)內(nèi)煙氣的湍流運動，噴淋液滴采用拉格朗日隨機顆粒軌道模型，進行氣液兩相流動的模擬。

通過模擬和分析入口煙道流場分布、脫硫塔內(nèi)氣-液兩相流場分布及脫硫塔內(nèi)液相分布情況，最終優(yōu)化煙道導(dǎo)流板、塔內(nèi)傳質(zhì)構(gòu)件參數(shù)、噴淋層及除霧器布置，保障氣液分布均勻，減少煙氣逃逸，降低系統(tǒng)壓力損失，對其類似項目的設(shè)計和實施提供了一定的指導(dǎo)價值。

關(guān)鍵詞：煙氣脫硫；數(shù)值模擬；流場優(yōu)化

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝是國內(nèi)外主流的燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)，該技術(shù)屬于氣-液-固三相反應(yīng)過程，包括了SO2和石灰石在液體中的溶解傳質(zhì)過程以及溶解物在液相中的反映過程。脫硫塔中，漿液由塔頂噴淋層通過液相噴嘴自上而下噴入脫硫塔，煙氣由吸收塔底部區(qū)域自下而上通過吸收區(qū)域，脫硫漿液在吸收塔內(nèi)不斷循環(huán)，完成煙氣中SO2的吸收過程[1-2]。

影響脫硫效率的關(guān)鍵因素是塔內(nèi)的流動情況，例如脫硫漿液的空間分布、煙氣在脫硫塔內(nèi)的流場及煙氣與脫硫漿液的接觸情況等[3-4]。對于濕法脫硫吸收塔這類大型的氣液兩相反應(yīng)器，如通過物理實驗很難對塔內(nèi)的流動情況進行測試，實驗工作量十分巨大，實驗周期較長；另外，受到實驗測量手段及實驗方法的限制，很難對現(xiàn)場的工程設(shè)計提供指導(dǎo)。

隨著計算機計算能力的不斷提高，采用計算流體力學(xué)（ComputationalFluidDynamics，CFD）軟件來進行三維流動的研究已經(jīng)成為一種重要手段[5-6]。合理利用計算機進行仿真數(shù)值模擬，不僅能縮短研制周期，降低設(shè)計成本，而且能明顯提高設(shè)計質(zhì)量，相對于傳統(tǒng)的物理實驗方法具有優(yōu)越性。

通過數(shù)值模擬可以深入認(rèn)識吸收塔內(nèi)煙氣和漿液流動規(guī)律，這對指導(dǎo)吸收塔的設(shè)計起著重要的作用。而且，隨著國家日益嚴(yán)格的燃煤電廠超低排放標(biāo)準(zhǔn)，要求對脫硫塔的設(shè)計及運行進行精細(xì)化研究。

本文采用FLUENT軟件，對于某300MW機組的煙氣脫硫塔的流動特性進行了計算機數(shù)值模擬，通過模擬和分析入口煙道流場分布、脫硫塔內(nèi)氣-液兩相流場分布及脫硫塔內(nèi)液相分布情況，最終優(yōu)化煙道導(dǎo)流板、塔內(nèi)傳質(zhì)構(gòu)件參數(shù)、噴淋層及除霧器布置，保障氣液分布均勻，減少煙氣逃逸，降低系統(tǒng)壓力損失，對其類似項目的設(shè)計和實施提供了一定的指導(dǎo)價值。

1模型建立

本文以國內(nèi)某300MW燃煤電廠機組的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫塔為研究對象，建立了1：1的數(shù)學(xué)模型，模型由引風(fēng)機出口至吸收塔出口。吸收塔直徑為12.6m，高度為34.5m，自下向上設(shè)置4層噴淋層，噴淋層上方設(shè)置3層除霧器，噴淋層下方設(shè)置1層漿液托盤。經(jīng)簡化后的脫硫塔物理模型如圖1所示。

本文采用GAMBIT對建立的三維模型進行網(wǎng)格劃分，計算區(qū)域為煙氣與漿液流動的整個流動通道。脫硫裝置模型的網(wǎng)格采用四面體、六面體網(wǎng)格，整體網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖2所示，圖3為局部網(wǎng)格劃分結(jié)果。

該模型的邊界條件依據(jù)運行參數(shù)進行設(shè)置：熱煙氣入口邊界條件為速度入口，出口邊界條件為壓力出口，出口表壓為一個大氣壓，模型壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。

第1-4層噴嘴為單向雙噴頭空心噴嘴，噴射角度90°每層靠近壁面處的噴嘴為實心錐噴嘴，噴射角度90°。液滴觸及壁面和漿液池表面為逃逸，觸及噴淋層、DL環(huán)板以及入口導(dǎo)流板為反彈，法向動能減半?？装逄幚頌閜orous-jump，離㪚相邊界條件設(shè)置為interior。

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