濕法煙氣脫硫塔內折形板除霧器優(yōu)化的數(shù)值模擬

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:采用歐拉-拉格朗日方法模擬了濕法煙氣脫硫塔內折形板除霧器單通道二維流場的氣液兩相流動特性，氣相采用SSTk-ω模型封閉的雷諾時均N-S方程，液滴采用顆粒隨機軌道模型。在對無構件除霧器流場分析基礎上，提出一種加裝于除霧器葉片的構件，并分析了優(yōu)化構件高度及頂角對氣相流動特性、液滴運動軌跡及除霧器性能的影響。

模擬結果表明，所提出的新型構件可增強除霧器的捕集性能，構件高度由3mm增大至5mm或頂角由120°減小至60°均可進一步提高除霧效率，而高度的影響比頂角更加明顯;綜合考慮除霧效率與壓降，對于高度為3mm或4mm的構件頂角適宜范圍為90°至120°，而對于高度為5mm的構件，頂角減小使壓降增加明顯，其適宜角度為120°。

關鍵詞:濕法煙氣脫硫;除霧器;數(shù)值模擬;結構優(yōu)化;除霧效率

濕法煙氣脫硫(WetFlueGasDesulfurization，WFGD)技術已廣泛應用于燃煤電廠SO2脫除，在我國已投運燃煤脫硫機組中石灰石-石膏法占90%以上[1]。

脫硫塔是WFGD系統(tǒng)的核心設備，煙氣進入脫硫塔后與石灰石漿液逆流接觸，SO2被霧化的液滴吸收，而煙氣經漿液噴淋段后攜帶粒徑小于500μm液滴，這部分漿液液滴不僅有可能引起下游設備的堵塞與酸腐蝕問題，而且存在使排煙含塵量超標的風險[2-3]。

除霧器安裝于脫硫塔上部用于捕集煙氣中夾帶的液滴，但是對粒徑較小液滴的分離效果較差[4]，隨著火電污染物排放限值的進一步降低，對除霧器的性能提出了更高的要求。因此，要實現(xiàn)除霧器的高效經濟運行，對于除霧器的特性研究及結構優(yōu)化至關重要[2-6]。

針對以上問題，王政允、黃新長、黃龍浩等[7-9]采用實驗方法研究了不同板型、風速、葉片間距及液滴粒徑分布條件下除霧裝置的分離性能與壓降特性，并分析了不同工況二次夾帶的臨界流速，但研究主要集中于除霧器的宏觀特性分析，無法獲得除霧器內部的流動細節(jié)。

相比實驗研究方法，基于計算流體力學(Com-putationalFluidDynamics，CFD)的數(shù)值模擬方法可以預測除霧器通道內液滴的運動與煙氣的流動特性，獲取更全面的數(shù)據(jù)[10]，因此眾多研究者[2，11-13]將CFD技術引入除霧器內部流動分析，對除霧器影響因素、計算模型適用性等進行了大量研究。

Zamora等[11]分析了4種板型的波紋板除霧器性能，并對比了k-ε與k-ω模型的準確性，認為SSTk-ω模型計算結果更為準確;郝雅潔等[12]以文獻[7-9]的實驗數(shù)據(jù)作為參照，采用標準k-ε模型與顆粒隨機軌道模型模擬了10μm至60μm液滴的運動特性及折形板除霧器葉片的捕集性能，結果表明除霧器對20μm以下液滴捕集效率較低;

洪文鵬等[2]基于RNGk-ε模型與顆粒隨機軌道模型，研究了不同幾何形狀倒鉤對折形板除霧器除霧效率與壓損的影響;姚杰等[13]利用低Rek-ε模型計算分析了影響帶倒鉤波紋板性能的主要幾何參數(shù)，認為葉片及倒鉤幾何特征對除霧效率及壓降影響明顯，并提出了高效的葉片結構幾何參數(shù)的組合方式。

在以上研究基礎上，本文針對折形板除霧器對小粒徑液滴捕集性能較差的問題，提出一種流場優(yōu)化構件，用于強化除霧器對10μm至30μm液滴的捕集，采用SSTk-ω模型對折形板除霧器原流場及優(yōu)化后的流場進行計算，分析了通道內氣液兩相的流動特性，考察了構件幾何因素對除霧效率與壓降的影響。

1除霧器氣液兩相流動模型

1.1模擬對象模擬對象為間距D=26mm折形板除霧器單通道流場，折形板除霧器葉片幾何參數(shù)參考文獻[12]數(shù)據(jù)，除霧器單通道及葉片結構如圖1所示。

此外，本文在對原除霧器通道流場計算及分析的基礎上，提出一種構件用以優(yōu)化除霧器內氣液兩相流場(如圖2)，該構件分別加裝于B段與D段。為考察構件結構對葉片除霧效率與壓降特性的影響，模擬計算考慮的特征幾何參數(shù)為有效高度H與頂角α，建立物理模型采用的H值為3mm、4mm、5mm，α值為60°、90°、120°。

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