基于CFD技术的镁法脱硫塔入口烟道流场优化分析

针对本文的模拟,对烟气与液滴两相作如下假设:

(1)喷淋塔模拟区域为除雾器以下至浆液面部分;

(2)烟气可看作是不可压缩流体;

(3)暂不考虑塔内喷嘴等部件对烟气流场的影响;

(4)脱硫塔内进行的过程复杂多变,其内部的流场是非稳态的,本次模拟假定为稳态。

2.2气液两相流场参数及边界条件

烟气与液滴的参数及边界条件,如表1所示。

2.3网格的无关性讨论

本文分别选取了67万、82万、109万以及134万数量的网格分别对四类几何模型进行了模拟,结果发现随着网格数增加,相邻网格数间相对误差逐渐减小,直至网格数达到109万左右,再增加网格数目,其模拟结果基本不变,经考虑最终选取109万网格方案,由于4种几何模型相差不大,故均采用109万网格,这种做法不但运算简洁,结果的精确性也得到了保证。

3计算结果与讨论

通过对在喷淋塔入口布置不同数量的导流板进行模拟,其模拟结果与原塔进行对比分析,选出一个最优的布置方案。顶层喷淋层上方1m处的截面的速度云图,如图2所示。

图2顶层喷淋层上方1m处的截面的速度云图

从图2(a)中可以看出,原塔截面的速度不规整,中部左侧速度比右侧大,说明经过喷淋层的烟气与喷淋液滴接触不充分,直接影响吸收效率;而图2(b)、图2(c)、图2(d)中布置导流板后,速度分布逐步得到了改善,图2(d)中改善最为明显,速度分布趋于均匀。

比较分析得出,脱硫塔入口处布置三块导流板的方案中烟气经过喷淋层到达出口时速度比较均匀,说明气液两相在这之前接触的比较充分,这种布置方案对于增强浆液与烟气的传质交换,优化气液分布均匀性,提高系统SO2的吸收率都有很大的意义。

不同入口条件下的喷淋塔系统的气流速度云图,如图3所示。

图3不同入口条件下的气流速度云图

从图3(b)中看出布置一块导流板时,入口内壁的气流冲刷现象没有得到改善,还是存着冲刷现象;图3(c)中布置两块导流板时较之前的方案内壁面冲刷现象有所缓解;而图3(d)中布置三块导流板时,冲刷现象得到了明显改善。比较分析得出,布置三块导流板在很大程度上对流经该区域的气流进行了疏导,减少了气流对该区域的冲刷。

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