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基于CFD的WFGD烟气脱硫技术效率分析

北极星环保网来源:科技与创新2016/12/2 9:53:27我要投稿

北极星环保网讯:摘要:采用CFD数值计算方法,在喷淋塔不同烟气进气速度的条件下,对WFGD系统的脱硫效率进行了分析。研究表明,烟气入口速度为4~5  m/s时,WFGD系统的流场和压力场分布比较有利于脱硫反应的进行,脱硫反应效率较高、功耗比较低,达到了较理想电厂烟气脱硫的节能环保效果。

目前,燃煤SO2污染控制技术可分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫三大类。其中,湿法烟气脱硫技术(WFGD)是燃烧后脱硫的技术,具有吸收剂资源丰富、成本低廉等优点,已成为世界上技术最成熟、实用业绩最多、运行最稳定的脱硫工艺。但该技术在电厂实际应用过程中的脱硫效率受到了很多因素的影响。本文采用CFD数值计算方法,在喷淋塔不同烟气进气速度的条件下对WFGD系统的脱硫效率进行了分析。

1 WFGD系统速度分布分析

本文选取WFGD脱硫系统烟气入口到反应器出口烟道之间的区域为计算区域。WFGD脱硫反应器入口烟道的截面为8 m×10  m的长方形截面,入口烟道与垂直方向为60°角;烟气出口尺寸为5 m×8 m,总高度为31  m。为了研究不同速度对喷淋效率的影响,固定了其他影响因素,在取浆液喷射速度为5 m/s、喷淋高度为18 m、喷淋量为10 kg/s、喷淋粒子直径为1  mm、烟气进气角度为60°的情况下,研究了烟气的进气速度分别为3 m/s、4.5 m/s、6 m/s时的脱硫效率。

通过观察分析不同进气速度的流线图可知,随着速度的增大,涡旋的大小和产生涡旋的位置都在有规律地变化。当速度为3 m/s和4  m/s时,在塔底的左端形成了小涡旋,并逐渐缩小,速度为5 m/s时,涡旋消失,但当速度达到6  m/s时,又在上侧形成了涡旋。由此可见,随着速度的增加,涡旋先逐渐消失,后逐渐上移。采用同样的分析步骤后发现,在塔底部的涡旋在逐渐缩小,但随着速度的增大,在烟气进口与塔壁交接处形成了一个小涡旋,且其强度在逐渐增大。这可能是因进口角度小、速度方向变化大而引起的。在烟气出口处形成了涡旋,其原因可能与进口处形成涡旋的原因一致。

2 WFGD系统压力分布分析

不同烟气进口速度时WFGD系统的压力云图如图2所示。

由压力分布云图可知,随着速度的增加,在喷淋装置上部的压力逐渐增大,但均匀度基本一致。塔底部的高压点的位置所有变化,强度都有所增加,且可以观察到4  m/s时的压力分布比3 m/s时的均匀,5  m/s时的压力分布比较紊乱,且在左下角形成了一个高压区。当速度为6m/s时,虽然压力较大,但均匀度较高,只在塔底形成了一个很小的高压区,未影响浆液与烟气之间的反应。分析其产生的原因,可能是随着进口速度的增加,需要的压力越来越大,烟气与浆液之间对流的速度也越来越快,导致浆液对烟气的拖拽力在不断增大,造成流场分布不均匀。

进口烟气流速是喷淋脱硫技术系统重要的设计参数之一。经过分析计算,得出了不同的流速获得脱硫效率。实验数据表明,随着速度的增加,脱硫效率先上升,后下降,在4~4.5  m/s之间达到最高点。一旦速度越过5 m/s,脱硫效率急剧下降。

3 结论

通过数值模拟计算分析,研究了WFGD系统的不同进气速度对脱硫效果的影响以及进气速度分别为3 m/s、4.5 m/s、6  m/s时的脱硫效率。经过分析,烟气入口速度为4~5  m/s时,WFGD系统的流场和压力场分布比较有利于脱硫反应的进行,脱硫反应效率较高、功耗比较低、效果比较理想,可作为工程应用的设计依据。

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