湿法烟气脱硫塔的优化数值模拟研究

3.2脱硫塔内流场分布情况

为了进一步优化脱硫塔内部流场分布，减小脱硫塔壁面烟气逃逸现象，影响脱硫效率。除了在喷淋层间加装导流环外，还对喷嘴的布置进行了一定优化：第1至4层喷嘴为单向双喷头空心喷嘴，喷射角度90°，每层靠近壁面处的喷嘴为实心锥喷嘴，喷射角度90°，增大局部的液体喷淋量，减少烟气逃逸。

图5为塔内两相流动工况的塔内轴向截面及塔内各截面速度分布云图及矢量图。由图看出，塔内烟气分布较为均匀，孔板出口速度Cv值为0.30，喷淋层入口、喷淋层间、除雾器入口等截面速度分布均匀度系数介于0.3至0.35。由于各喷淋层主管及支管的阻挡作用，及双头喷嘴所喷淋浆液对烟气存在一定引射现象，使得顶层喷淋上方截面烟气速度分布呈现条带形状。

图5.塔内轴向截面及塔内各截面速度分布云图及矢量图

3.3脱硫塔内液相分布情况

脱硫浆液的均匀分布有利于脱硫的效果，所以塔内浆液的分布是数值模拟的关键问题。喷淋的可以用喷淋层下的截面浆液浓度进行表征。通过数值模拟结果可以对原有喷嘴的设计进行优化，使塔内浆液分布均匀，从而提高脱硫效率。

图6所示为脱硫塔内轴向截面浆液浓度分布图，单位kg/m3。由上而下，随着喷淋层的不断增加，浆液浓度也不断增大。壁面附近区域，由于采用了实心喷嘴，壁面附近的浆液浓度与塔中心处基本保持一致，证明了喷嘴优化设计是可行的。此外，由于塔入口导流板的作用，在脱硫塔入口处形成了干湿界面。

图7为脱硫塔内浆液浓度分布云图，单位kg/m3，由图可知，塔内各喷淋层浆液浓度覆盖效果较好，浆液相流场分布较均匀。同样，受到入口烟气导流板及烟气的作用，造成入口处局部浆液浓度较高，出现明显干湿界面，不影响整体气液传质。

4结论

本文利用软件Fluent，针对某300MW发电机组湿法脱硫塔内部三维流场进行了数值模拟，得到脱硫塔内部的气-液两相流场、浆液浓度场等结果，并根据模拟结果对脱硫塔进行了优化设计，得到如下结论：

由于吸收塔中心区域喷淋密度较大、阻力较大，烟气易沿着脱硫塔边壁液膜交叠密度较小的区域流动，产生烟气逃逸现象，影响脱硫效率。

根据流场模拟结果，增加了塔壁区域的实心锥喷嘴，增大局部的液体喷淋量，减少烟气逃逸。塔内烟气分布较为均匀，孔板、喷淋层入口、喷淋层间、除雾器入口等截面速度分布均匀度系数介于0.3至0.35。

优化脱硫塔入口烟道导流板，导流方案Cv值为13.78%。优化后，流场分布均匀性明显提高，Cv值提高为5.2%。

参考文献略

延伸阅读：

石灰石-石膏湿法烟气脱硫塔内流场模拟及优化分析

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双碱法脱硫工艺改进及脱硫塔设计分析