喷淋脱硫塔内除雾器性能数值模拟

北极星环保网讯:利用计算流体力学(CFD)方法，对不同叶片形式除雾器内的流场进行数值模拟，获得烟气流速、叶片间距、液滴直径等参数对除雾效率及压力损失的影响规律。

结果表明：除雾效率随烟气流速和液滴直径的增大而增大，随除雾器叶片间距的增大而降低;弧形板除雾器对液滴的脱除效率最低，但压力损失最小，其次是折形板除雾器，弧形板带单钩和双钩除雾器对液滴的脱除效率较高，但压力损失也较高;弧形板大间距板型，适合作为塔内一级除雾器，用来控制二级除雾器入口液滴质量浓度;弧形板带钩小间距板型，适合作为塔内二级除雾器，用来控制整个吸收塔液滴排放总量。

在电力工业应用最广泛的湿法烟气脱硫系统(FGD)中，经过喷淋层的烟气会携带出大量以硫酸盐、亚硫酸盐、碳酸盐及灰分为主的酸性液滴，这些液滴若不去除，不但会造成下游烟道及设备的堵塞、腐蚀以及烟囱雨等问题，同时也会造成烟气粉尘排放的增加。

除雾器是吸收塔内去除液滴的设备，随着国家对环保要求的提高，除雾器的运行特性也引起广泛关注。除雾效率和压降是评估除雾器性能的重要参数，直接影响湿法脱硫系统的稳定运行。

许多研究者通过实验等方法对除雾器的除雾性能进行了研究。但除雾器内流动状态十分复杂，影响其性能的因素较多，通过实验研究除雾器性能，成本高，开发周期长，很难设计出更高性能除雾器。

随着计算流体力学(CFD)的快速发展，利用数值模拟研究除雾器性能的方法备受关注，该方法可以克服实验研究的局限，模拟多种因素对除雾器性能的影响。

Verlaan等采用标准k-ε模型(STDk-ε)预测不同类型波纹板除雾器除雾效率。Gil-landt等采用STD和低雷诺数k-ε湍流模型对折形板除雾器进行了研究，并与实验结果对比得出低雷诺数k-ε湍流模型更接近实验结果的结论。

James等对带有排液槽的除雾器进行了数值模拟研究。国内一些研究者采用k-ε湍流模型，液相采用离散相模型，对折形板和弧形板除雾器内气液两相流动进行数值模拟。但是，在相同工况条件下对多种板形的对比研究较少。

本文在前人研究的基础上，利用CFD法，采用低雷诺数k-ε湍流模型，对不同叶片形式除雾器(弧形板、弧形板带单钩，弧形板带双钩和折形板)内的流场进行模拟，考察烟气流速、叶片间距、液滴粒径等参数对除雾效率及压力损失的影响，为除雾器的优化设计提供依据。

1除雾器内流场简化及假设

弧形或折形除雾器叶片平行排列，形成狭窄的偏折通道，当携带浆液的烟气经过该通道时，烟气很容易穿过通道，而液滴在惯性力的作用下不能随烟气偏转，碰撞到偏折通道壁面，从而被捕集，实现了气液分离。

携带液滴的烟气在除雾器叶片间的流动过程较为复杂，为了提高计算速度，本文忽略外界条件对除雾器工作的影响，并在误差允许范围内对模型进行简化，仅对除雾器单通道内的流动进行模拟。

1)模拟计算以空气代替烟气，进入除雾器通道内烟气流速较小，一般为3～7m/s，可把气体视为不可压缩气体。

2)理想状况下，烟气流动参数不受时间影响，其流动可视为定常流动。

3)由于除雾器叶片宽度远大于叶片间距，可将流场简化为二维平面流场。

4)模拟计算以水代替浆液，除雾器内液滴占烟气体积分数较小，且粒径也较小，将液滴当作直径不变的球体且忽略蒸发、摩擦、聚合、撕裂及热效应的影响。

5)液滴碰到壁面即认为被捕集，不考虑液滴的反弹及壁面水膜撕裂的影响。

2除雾器计算模型

本文对气体连续相选择k-ε湍流模型封闭N-S方程求解，对液滴离散相选择基于Euler-Lagrange的DPM方法进行计算。

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