湿法烟气脱硫塔内折形板除雾器优化的数值模拟

以图11所示构件I附近流动为例分析其原因:当α=120°时气流经过构件后流动较为平缓，随着α减小，构件后连续相的负压梯度增大导致回流旋涡范围扩大，回流区的阻塞作用增强使得主流转折角增大且气相因通流截面减小而提速，从而使液滴因惯性离心作用增强而与气流分离。与构件高度H相比较，构件顶角α对除雾效率的影响较小。

例如，当入口气速vin=4m/s时H=3mm、α=120°对dp=17.5μm液滴脱除效率为65.26%;保持入口气速vin和构件高度H不变，当α减小到60°时脱除效率可以提高到81.21%，而保持入口气速vin和构件顶角α不变，H增大至5mm时除雾器对dp=17.5μm液滴脱除效率可高达92.04%。

2.4构件高度和顶角对压降的影响

表1所示为不同工况下D=26mm折形板除雾器压力损失，对无构件除雾器压降计算结果与文献[7]实验数据吻合良好。定义附加压力损失为加装构件叶片压降与对应气速条件下无构件叶片压降的差值，当气速升高时，构件引起的附加损失增大，随H增大或α减小，这一损失进一步增大。

其原因为:气流经转折后形成二次流，在这一区域湍动能高，湍流耗散强烈[23]，当构件几何结构不变，尽管气速升高时回流区范围变化并不明显(如图5、图6)，但由于压力损失与流速的平方成正比，随气流速度的增大，因漩涡引起的压力损耗明显增加，因此压力损失因回流的能量损耗增大而升高[4];

当H增大时受构件扰动的气体流量增大，而当α减小时受扰动的气体沿X轴方向的速度分量增大，这两种效应均提高了转折气流的动量，使压力损失随回流区扩大而提高，同时，当α小于120°时，负压梯度增大，其挤压作用增强使旋涡进一步分离出壁角涡，随α减小壁角涡范围增大(如图11)，这一现象也可能进一步引起能量损耗[23-24]。

当构件高度H=3mm，α由120°减小到90°时压降略有下降。其原因可能为:当构件高度较小时，α由120°减小到90°气流经过构件后形成旋涡形态略有改变，但回流范围较小，湍流耗散作用较弱，因此这部分能量耗散变化较小，而α=120°构件沿连续相流动方向长度较大，沿程阻力较高，致使其压力损失略高于α=90°构件。

此外，根据文献[2]计算值，vin=5m/s工况下加装除雾性能较好的钩片I时除雾器通道压降约为70Pa，高于表1所示各优化构件压降值，这是由于烟气不仅因转折产生额外压力损失，同时在钩片内侧形成回流，使气流的耗散增强[18]。

除雾效率与压降是除雾器性能的关键评价标准[2，4-6]，综合考虑以上两种因素，对于H=3mm与H=4mm构件，α减小可提高除雾效率，同时α减小引起的压力损失较小，其适宜范围为90°≤α≤120°;对于H=5mm构件，α减小引起的压力损失有明显的增加，α=60°时构件引起压降相对于原通道压降可增加约200%，但相比压降变化，α减小对除雾效率改变较小(如图10)，因此选用α=120°较为适宜。

3结论

本文利用数值模拟方法考察了构件结构H与α对气液两相流动的影响，所得结论如下:

(1)优化构件可通过截留作用捕集部分液滴，同时，构件引起的气流偏斜与主流区的加速可强化液滴从气流中分离，从而提高除雾效率。

(2)构件高度H提高或构件顶角α减小可强化气液相分离效率，提升叶片除雾性能，且H的影响比α更加明显。

(3)折形板除雾器加装构件后可提高气流的偏斜程度，扩大了回流区的范围，致使压力损失增大。综合考虑除雾效率与压降两种因素，构件几何因素的适宜取值为:对于H=3mm与H=4mm构件，α适宜范围为90°≤α≤120°;对于H=5mm构件，α适宜取值为α=120°。

参考文献略

《电力科学与工程》作者：杨玮，曲江源，齐娜娜，任杰，王瑞，杨凤玲，张锴

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