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分析的第二个阶段涉及到流域内活性炭轨迹的模拟。这些轨迹取决于颗粒的属性,包括材料和尺寸。流动求解器将使用这些特性,壁面的恢复系数以及周围流体的作用来计算颗粒的轨迹。在一些案例中,简单的滞留时间计算或颗粒分布图就足够了。在其他案例中,需要估算三维管道中汞捕获的情况。这里就需要考虑汞的吸收模型。
图2显示了分析的最后阶段,活性炭轨迹和颗粒浓度。图2 a)中的灰色平面和图2b)中下游的第二个云图为汞采样位置。注意由于管道内的速度分布较差,在顶部产生回流区,这回造成小颗粒的滞留时间增大。
确定有效的汞捕获
Fluent Inc.和能源部门(DOE)汞控制技术研发中心合作开发汞捕获模型,用于估算活性炭颗粒气相汞的吸收。实际上图1和图2 中的案例是Dominion Generation’s Brayton Point电厂喷射系统的解决方案。详细的捕获模型帮助工程师了解烟气中汞的捕获以及局部位置汞浓度的分布。
即使没有详细的捕获模型,也可以通过管道横截面上活性炭颗粒的分布来了解大致的情况。图3 给出了Ameren UE’s Meramec电厂空气预热器下游管道的三维形状。图中给出了活性炭喷射位置,进口位置和采样点。图4中颗粒的迹线用滞留时间渲染。与Brayton不同,Meramec的颗粒轨迹光滑平直。
确定管道横截面活性炭颗粒覆盖率的一种方法是显示颗粒浓度大于平均浓度10%的位置。如果通过管道的颗粒混合较差,那么管道横截面很大一部分将要低于10%这个值。如果混合充分,管道横截面大部分位置的这个值大于10%。图5 a)显式弯管下游
20英尺管道横截面的覆盖率,红色表示颗粒浓度大于10%平均值的位置。由于颗粒轨迹很直,颗粒很少向管道壁面和角落迁移。作为比较,图5b)显式了Brayton Point相同的图,即喷射位置下游30英尺处,表明更高的颗粒覆盖率。
在汞吸收过程中,颗粒截面覆盖率和接触时间都起着很重要的作用。结果表明Meramec有更好的汞去除效果,主要是管道更长,增加了颗粒与烟气的接触时间。对于这个层级的比较,需要在模型里考虑汞吸收的子模型。如果仅是比较同一管道内不同喷射位置的比较,只需要进行覆盖率的计算即可确定最佳喷射位置。
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