基于CFD技术的镁法脱硫塔入口烟道流场优化分析

图4给出了底层喷淋层下方1m处截面的速度等值图,图中数值代表速度,此处的截面比较具有代表性,由于该截面是烟气与液相的主要反应区域,SO2吸收的好坏跟该截面有很大关系。因此,烟气在此横截面上均匀性以及气液混合均匀程度的好坏均可由该截面上的速度分布的好坏来反映。

另外,从图4(a)、图4(b)、图4(c)中可以看出,截面中间区域主流速度为1m/s,与塔的设计烟气速度3m/s-5m/s相差很大,反而越靠近壁面速度越大,与设计速度比较接近;而图4(d)中布置三块导流板的截面速度分布比较均匀,整个截面的速度基本在3m/s-5m/s左右,这是最有利于脱硫反应的速度。

图4底层喷淋层下方1m处截面的速度等值图

通过上述分析得出,在喷淋塔入口处布置三块导流板时,在同一截面里,烟气速度分布较为均匀,因此有利于气液两相很好的混合,增加接触时间,从而提高SO2吸收率。

对于脱硫系统来说,研究脱硫塔阻力特性是比较有意义的。不同入口条件下吸收塔内压力沿塔高的变化曲线,如图5所示。由图5可以看出,三种方案的曲线的下降趋势与原塔大致相同,没有出现突然下降和或者突然上升的趋势,也说明布置导流板的几种方案都是可行的,影响压降的主要因素是喷淋层的层数[14],本次为三层喷淋层。考虑到之前讨论的合理性,认为布置三块导流板是最优方案。

图5不同入口条件下吸收塔内压力沿塔高的变化曲线

塔内喷淋的效果图,如图6所示。一般情况下,喷嘴喷出的浆液有很多种形态,此次模拟中,喷淋塔喷嘴为实体锥形,基本上喷淋形成的锥体可以认为是以喷嘴位置为顶点的锥体。这样的喷淋能全面覆盖烟气,使浆液与烟气能更好的接触,利于SO2吸收,从而提高其脱除率。

图6中空锥形喷嘴喷淋效果图

4结论

对比结果可知,在喷淋塔入口烟道内合理地布置导流板,能够有效的改善入口烟道以及塔内流场分布状况,有利于两侧的烟气平衡,使得气液两相在塔内更好地接触,提高SO2吸收率;同时,从压力曲线也可以看出,几种方案的下降趋势和原塔相近,说明几种方案都是可行的,但相比其他方案,入口处布置三块导流板的优化结果更为明显。

与此同时,几何模型中也布置了四块甚至更多导流板,并对其进行数值模拟,结果发现,布置四块或更多导流板时,其模拟结果与三块导流板的结果相差无几,非常接近;另外,综合考虑成本的问题,认为方案d(布置三块导流板)为最优方案。期望本次模拟的结果能对系统的实际运行及优化提供理论依据。

《东北电力大学学报》作者：鞠铠阳1,李威2,王欣2,洪文鹏；1.天津国投津能发电有限公司,2.东北电力大学能源与动力工程学院

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