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湿法烟气脱硫塔内折形板除雾器优化的数值模拟

北极星环保网来源:《电力科学与工程》作者:杨玮等2017/7/24 10:08:49我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:烟气脱硫 除雾器 脱硫塔

北极星环保网讯:采用欧拉-拉格朗日方法模拟了湿法烟气脱硫塔内折形板除雾器单通道二维流场的气液两相流动特性,气相采用SSTk-ω模型封闭的雷诺时均N-S方程,液滴采用颗粒随机轨道模型。在对无构件除雾器流场分析基础上,提出一种加装于除雾器叶片的构件,并分析了优化构件高度及顶角对气相流动特性、液滴运动轨迹及除雾器性能的影响。

除雾器

模拟结果表明,所提出的新型构件可增强除雾器的捕集性能,构件高度由3mm增大至5mm或顶角由120°减小至60°均可进一步提高除雾效率,而高度的影响比顶角更加明显;综合考虑除雾效率与压降,对于高度为3mm或4mm的构件顶角适宜范围为90°至120°,而对于高度为5mm的构件,顶角减小使压降增加明显,其适宜角度为120°。

关键词:湿法烟气脱硫;除雾器;数值模拟;结构优化;除雾效率

湿法烟气脱硫(WetFlueGasDesulfurization,WFGD)技术已广泛应用于燃煤电厂SO2脱除,在我国已投运燃煤脱硫机组中石灰石-石膏法占90%以上[1]。

脱硫塔是WFGD系统的核心设备,烟气进入脱硫塔后与石灰石浆液逆流接触,SO2被雾化的液滴吸收,而烟气经浆液喷淋段后携带粒径小于500μm液滴,这部分浆液液滴不仅有可能引起下游设备的堵塞与酸腐蚀问题,而且存在使排烟含尘量超标的风险[2-3]。

除雾器安装于脱硫塔上部用于捕集烟气中夹带的液滴,但是对粒径较小液滴的分离效果较差[4],随着火电污染物排放限值的进一步降低,对除雾器的性能提出了更高的要求。因此,要实现除雾器的高效经济运行,对于除雾器的特性研究及结构优化至关重要[2-6]。

针对以上问题,王政允、黄新长、黄龙浩等[7-9]采用实验方法研究了不同板型、风速、叶片间距及液滴粒径分布条件下除雾装置的分离性能与压降特性,并分析了不同工况二次夹带的临界流速,但研究主要集中于除雾器的宏观特性分析,无法获得除雾器内部的流动细节。

相比实验研究方法,基于计算流体力学(Com-putationalFluidDynamics,CFD)的数值模拟方法可以预测除雾器通道内液滴的运动与烟气的流动特性,获取更全面的数据[10],因此众多研究者[2,11-13]将CFD技术引入除雾器内部流动分析,对除雾器影响因素、计算模型适用性等进行了大量研究。

Zamora等[11]分析了4种板型的波纹板除雾器性能,并对比了k-ε与k-ω模型的准确性,认为SSTk-ω模型计算结果更为准确;郝雅洁等[12]以文献[7-9]的实验数据作为参照,采用标准k-ε模型与颗粒随机轨道模型模拟了10μm至60μm液滴的运动特性及折形板除雾器叶片的捕集性能,结果表明除雾器对20μm以下液滴捕集效率较低;

洪文鹏等[2]基于RNGk-ε模型与颗粒随机轨道模型,研究了不同几何形状倒钩对折形板除雾器除雾效率与压损的影响;姚杰等[13]利用低Rek-ε模型计算分析了影响带倒钩波纹板性能的主要几何参数,认为叶片及倒钩几何特征对除雾效率及压降影响明显,并提出了高效的叶片结构几何参数的组合方式。

在以上研究基础上,本文针对折形板除雾器对小粒径液滴捕集性能较差的问题,提出一种流场优化构件,用于强化除雾器对10μm至30μm液滴的捕集,采用SSTk-ω模型对折形板除雾器原流场及优化后的流场进行计算,分析了通道内气液两相的流动特性,考察了构件几何因素对除雾效率与压降的影响。

1除雾器气液两相流动模型

1.1模拟对象模拟对象为间距D=26mm折形板除雾器单通道流场,折形板除雾器叶片几何参数参考文献[12]数据,除雾器单通道及叶片结构如图1所示。

除雾器

此外,本文在对原除雾器通道流场计算及分析的基础上,提出一种构件用以优化除雾器内气液两相流场(如图2),该构件分别加装于B段与D段。为考察构件结构对叶片除雾效率与压降特性的影响,模拟计算考虑的特征几何参数为有效高度H与顶角α,建立物理模型采用的H值为3mm、4mm、5mm,α值为60°、90°、120°。

除雾器

延伸阅读:

湿法脱硫除雾器减缓结垢的方法研究

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