湿法烟气脱硫塔的优化数值模拟研究

北极星环保网讯:本文采用FLUENT软件，对于某300MW机组的湿法烟气脱硫塔的流动特性进行了计算机数值模拟。模拟过程中采用标准k-ε湍流模型来模拟系统内烟气的湍流运动，喷淋液滴采用拉格朗日随机颗粒轨道模型，进行气液两相流动的模拟。

通过模拟和分析入口烟道流场分布、脱硫塔内气-液两相流场分布及脱硫塔内液相分布情况，最终优化烟道导流板、塔内传质构件参数、喷淋层及除雾器布置，保障气液分布均匀，减少烟气逃逸，降低系统压力损失，对其类似项目的设计和实施提供了一定的指导价值。

关键词：烟气脱硫；数值模拟；流场优化

石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺是国内外主流的燃煤电厂烟气脱硫技术，该技术属于气-液-固三相反应过程，包括了SO2和石灰石在液体中的溶解传质过程以及溶解物在液相中的反映过程。脱硫塔中，浆液由塔顶喷淋层通过液相喷嘴自上而下喷入脱硫塔，烟气由吸收塔底部区域自下而上通过吸收区域，脱硫浆液在吸收塔内不断循环，完成烟气中SO2的吸收过程[1-2]。

影响脱硫效率的关键因素是塔内的流动情况，例如脱硫浆液的空间分布、烟气在脱硫塔内的流场及烟气与脱硫浆液的接触情况等[3-4]。对于湿法脱硫吸收塔这类大型的气液两相反应器，如通过物理实验很难对塔内的流动情况进行测试，实验工作量十分巨大，实验周期较长；另外，受到实验测量手段及实验方法的限制，很难对现场的工程设计提供指导。

随着计算机计算能力的不断提高，采用计算流体力学（ComputationalFluidDynamics，CFD）软件来进行三维流动的研究已经成为一种重要手段[5-6]。合理利用计算机进行仿真数值模拟，不仅能缩短研制周期，降低设计成本，而且能明显提高设计质量，相对于传统的物理实验方法具有优越性。

通过数值模拟可以深入认识吸收塔内烟气和浆液流动规律，这对指导吸收塔的设计起着重要的作用。而且，随着国家日益严格的燃煤电厂超低排放标准，要求对脱硫塔的设计及运行进行精细化研究。

本文采用FLUENT软件，对于某300MW机组的烟气脱硫塔的流动特性进行了计算机数值模拟，通过模拟和分析入口烟道流场分布、脱硫塔内气-液两相流场分布及脱硫塔内液相分布情况，最终优化烟道导流板、塔内传质构件参数、喷淋层及除雾器布置，保障气液分布均匀，减少烟气逃逸，降低系统压力损失，对其类似项目的设计和实施提供了一定的指导价值。

1模型建立

本文以国内某300MW燃煤电厂机组的石灰石-石膏湿法烟气脱硫塔为研究对象，建立了1：1的数学模型，模型由引风机出口至吸收塔出口。吸收塔直径为12.6m，高度为34.5m，自下向上设置4层喷淋层，喷淋层上方设置3层除雾器，喷淋层下方设置1层浆液托盘。经简化后的脱硫塔物理模型如图1所示。

本文采用GAMBIT对建立的三维模型进行网格划分，计算区域为烟气与浆液流动的整个流动通道。脱硫装置模型的网格采用四面体、六面体网格，整体网格划分结果如图2所示，图3为局部网格划分结果。

该模型的边界条件依据运行参数进行设置：热烟气入口边界条件为速度入口，出口边界条件为压力出口，出口表压为一个大气压，模型壁面采用标准壁面函数。

第1-4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°。液滴触及壁面和浆液池表面为逃逸，触及喷淋层、DL环板以及入口导流板为反弹，法向动能减半。孔板处理为porous-jump，离㪚相边界条件设置为interior。

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