大型脱硫塔喷淋段气液两相流动与传热的数值仿真及验证

图5为气液两相流情况下的纵向中心截面的气相相场流线图(坐标用气流速度m/s表征)．与图3纯气相时塔内明显偏流相比，在上百个实心锥喷嘴的大喷淋下，烟气偏流的情况得到了很好的克服，而且各层喷嘴互相交错、弥补了前一层可能的气流“短路”，因此气液接触效果很充分．

可以看出，高温烟气起初以高速的刚性气流冲入吸收塔，但水平速度分量在大喷淋的作用下急剧衰减，还不到塔中心水平动量就消减得很小了，烟气转而垂直向上，和喷淋液呈逆向流动．

与图3相比，图5中底层喷淋上部的烟气速度已趋向一致，烟气偏流导致的高速区也消失，气相在塔中的“充满度”明显提高，消除了大部分旋涡；并且吸收塔出口处的气流速度也非常均匀．烟气在截面上分布均匀，在塔内的停留时间也越长，使气液接触效果趋好．

图6 为气液两相流情况下纵向中心截面的压力分布图．可见，由于整流效果良好，因此烟气入口轴线以上的区域基本可视作平推流，即截面上的速度差异已经很小，可以认为基本只有垂直向上的速度分量．此时，压力分布云图上的等压线和烟气流动方向基本垂直．随着烟气向上流动，静压逐渐降低．

图6中在吸收塔的右下侧有个压力最高区，对比图5可知，这是由于一部分烟气进入吸收塔后转而向下，朝浆液池冲去，受阻后又向上运动，致使在烟气入口对面的浆液池上部产生一个高压区．

图7 为纵向中心截面的离散相浆液滴浓度分布(4 层喷淋)．图中红色区域为纵向中心截面正好经过的喷嘴的出口浓度，由于恰为喷嘴的中心，因此离散相浓度最高．而对各喷嘴来说，沿喷射方向离散相浓度逐渐降低(这在图7最上两层喷嘴表现得尤为明显)，这显然是喷嘴雾化和液滴扩散的体现．

由图7可见，底层喷淋以下的浆液高质量浓度区域范围最大，因为各层喷淋的浆液最终都叠加到喷淋塔下部；沿轴向向上则逐层降低，顶层喷淋的浆液滴质量浓度最低，这和实际情况是吻合的．由图7还可发现，在烟气入口处形成了一个斜向下呈“带状”的液滴质量浓度高值区．

这主要是由于原烟气的高速冲入，使得浆液滴改变原先垂直下降的轨迹，而产生一个水平侧向的动量；同时，也因为高温烟气将一部分浆液蒸发，使得对应高温区域的离散相质量浓度降低．

3.2气液两相传热的模拟结果

图8为纵向中心截面和塔体入口水平中心截面的气相温度分布图．由图8可见，高温烟气冲入吸收塔后，在浆液大喷淋的作用下，被快速冷却到接近饱和温度(52,℃)．吸收塔中大部分区域都处于冷却后的温度(冷却终温)，只有靠近吸收塔入口处的区域有明显的温度梯度．基本在第1层喷淋以下就完成了烟气冷却过程．在计算过程中，对温度梯度变化明显的地方采取了网格加密．

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