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喷淋脱硫塔内除雾器性能数值模拟

北极星环保网来源:热力发电 石振晶等2019/4/9 10:34:32我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硫塔 除雾器 湿法烟气脱硫

北极星环保网讯:利用计算流体力学(CFD)方法,对不同叶片形式除雾器内的流场进行数值模拟,获得烟气流速、叶片间距、液滴直径等参数对除雾效率及压力损失的影响规律。

结果表明:除雾效率随烟气流速和液滴直径的增大而增大,随除雾器叶片间距的增大而降低;弧形板除雾器对液滴的脱除效率最低,但压力损失最小,其次是折形板除雾器,弧形板带单钩和双钩除雾器对液滴的脱除效率较高,但压力损失也较高;弧形板大间距板型,适合作为塔内一级除雾器,用来控制二级除雾器入口液滴质量浓度;弧形板带钩小间距板型,适合作为塔内二级除雾器,用来控制整个吸收塔液滴排放总量。

在电力工业应用最广泛的湿法烟气脱硫系统(FGD)中,经过喷淋层的烟气会携带出大量以硫酸盐、亚硫酸盐、碳酸盐及灰分为主的酸性液滴,这些液滴若不去除,不但会造成下游烟道及设备的堵塞、腐蚀以及烟囱雨等问题,同时也会造成烟气粉尘排放的增加。

除雾器是吸收塔内去除液滴的设备,随着国家对环保要求的提高,除雾器的运行特性也引起广泛关注。除雾效率和压降是评估除雾器性能的重要参数,直接影响湿法脱硫系统的稳定运行。

许多研究者通过实验等方法对除雾器的除雾性能进行了研究。但除雾器内流动状态十分复杂,影响其性能的因素较多,通过实验研究除雾器性能,成本高,开发周期长,很难设计出更高性能除雾器。

随着计算流体力学(CFD)的快速发展,利用数值模拟研究除雾器性能的方法备受关注,该方法可以克服实验研究的局限,模拟多种因素对除雾器性能的影响。

Verlaan等采用标准k-ε模型(STDk-ε)预测不同类型波纹板除雾器除雾效率。Gil-landt等采用STD和低雷诺数k-ε湍流模型对折形板除雾器进行了研究,并与实验结果对比得出低雷诺数k-ε湍流模型更接近实验结果的结论。

James等对带有排液槽的除雾器进行了数值模拟研究。国内一些研究者采用k-ε湍流模型,液相采用离散相模型,对折形板和弧形板除雾器内气液两相流动进行数值模拟。但是,在相同工况条件下对多种板形的对比研究较少。

本文在前人研究的基础上,利用CFD法,采用低雷诺数k-ε湍流模型,对不同叶片形式除雾器(弧形板、弧形板带单钩,弧形板带双钩和折形板)内的流场进行模拟,考察烟气流速、叶片间距、液滴粒径等参数对除雾效率及压力损失的影响,为除雾器的优化设计提供依据。

1除雾器内流场简化及假设

弧形或折形除雾器叶片平行排列,形成狭窄的偏折通道,当携带浆液的烟气经过该通道时,烟气很容易穿过通道,而液滴在惯性力的作用下不能随烟气偏转,碰撞到偏折通道壁面,从而被捕集,实现了气液分离。

携带液滴的烟气在除雾器叶片间的流动过程较为复杂,为了提高计算速度,本文忽略外界条件对除雾器工作的影响,并在误差允许范围内对模型进行简化,仅对除雾器单通道内的流动进行模拟。

1)模拟计算以空气代替烟气,进入除雾器通道内烟气流速较小,一般为3~7m/s,可把气体视为不可压缩气体。

2)理想状况下,烟气流动参数不受时间影响,其流动可视为定常流动。

3)由于除雾器叶片宽度远大于叶片间距,可将流场简化为二维平面流场。

4)模拟计算以水代替浆液,除雾器内液滴占烟气体积分数较小,且粒径也较小,将液滴当作直径不变的球体且忽略蒸发、摩擦、聚合、撕裂及热效应的影响。

5)液滴碰到壁面即认为被捕集,不考虑液滴的反弹及壁面水膜撕裂的影响。

2除雾器计算模型

本文对气体连续相选择k-ε湍流模型封闭N-S方程求解,对液滴离散相选择基于Euler-Lagrange的DPM方法进行计算。

延伸阅读:

湿法烟气脱硫塔内折形板除雾器优化的数值模拟

湿法烟气脱硫中应用响应曲面法的波纹板除雾器钩片尺寸优化

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