WFGD過(guò)程中脫硫漿液液滴夾帶特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、濕法煙氣脫硫技術(shù)是目前燃煤電站中應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硫技術(shù)，在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有大型濕法煙氣脫硫系統(tǒng)存在運(yùn)行成本高、煙氣夾帶脫硫漿液導(dǎo)致二次污染等問(wèn)題，因此如何增強(qiáng)脫硫漿液液滴利用率（降低氣液比）、減少液滴夾帶是目前濕法脫硫技術(shù)的重要課題。本文以此為研究目的，基于數(shù)值模擬的研究方法，通過(guò)分析塔內(nèi)流場(chǎng)特征、液滴運(yùn)動(dòng)特征、氣液接觸等關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)噴淋塔內(nèi)氣液兩相流場(chǎng)開(kāi)展了分析與研究。研究?jī)?nèi)容分為以下五個(gè)部分:
　　(1)噴淋塔內(nèi)流場(chǎng)由煙氣

2、與噴淋液滴的逆向接觸形成，塔內(nèi)煙氣流場(chǎng)的分布受到液滴整體噴淋的影響，同時(shí)又影響著單一液滴的運(yùn)動(dòng)。以現(xiàn)有600MW濕法脫硫噴淋塔為研究對(duì)象，建立了塔內(nèi)氣液兩相流動(dòng)數(shù)學(xué)模型，通過(guò)計(jì)算獲得了本文計(jì)算條件下的空塔流場(chǎng)（無(wú)噴淋）和噴淋流場(chǎng)結(jié)果，從而分析液滴噴淋對(duì)煙氣流場(chǎng)的影響以及噴淋塔內(nèi)流場(chǎng)分布特征。結(jié)果表明液滴噴淋對(duì)塔內(nèi)流場(chǎng)均勻性具有改善作用。噴淋后流場(chǎng)特征表現(xiàn)為入口側(cè)的煙氣短路現(xiàn)象，塔下部的兩個(gè)高速漩渦以及整體呈現(xiàn)中心低四周高的速度分布。隨著

3、高度的增加，塔內(nèi)流場(chǎng)趨于均勻，但是中心的低速區(qū)仍然存在。
　　(2)就單個(gè)液滴來(lái)說(shuō)，液滴粒徑是同時(shí)影響液滴夾帶以及SO2吸收效果的重要因素，液滴過(guò)小則易于被煙氣夾帶而導(dǎo)致二次污染，液滴過(guò)大則會(huì)減小液滴比表面積并減少液滴停留時(shí)間，從而影響SO2吸收效果。通過(guò)在流場(chǎng)中加入示蹤顆粒，獲得了本文計(jì)算條件下不同粒徑液滴在塔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡、分級(jí)逃逸率曲線以及塔內(nèi)停留時(shí)間曲線，結(jié)果表明1mm以下粒徑液滴由于受到流場(chǎng)的影響而集中分布于中心低速區(qū)，0

4、.5mm粒徑液滴在塔內(nèi)的濃度分布已很不均勻;1.2mm以上粒徑液滴幾乎不會(huì)被夾帶，在粒徑小于0.8 mm后，液滴的逃逸率迅速上升，直到粒徑為0.2 mm時(shí)逃逸率接近100％;液滴停留時(shí)間曲線具有峰值，且該峰值粒徑對(duì)應(yīng)的液滴逃逸率均為20％。
　　(3)分層噴淋的結(jié)構(gòu)特征將噴淋塔沿高度方向分割為多個(gè)區(qū)域，因此將噴淋塔按高度方向進(jìn)行分層，層間距取值為噴淋層間距，分別統(tǒng)計(jì)各高度區(qū)域內(nèi)氣液接觸情況，獲得了本文計(jì)算條件下各高度層內(nèi)的各粒徑液

5、滴的氣液接觸面積、氣液相對(duì)速度信息，結(jié)果表明在吸收區(qū)內(nèi)各高度層的總接觸面積隨著高度的增加而減小。更近一步來(lái)看，各粒徑液滴所產(chǎn)生接觸面積所占的份額，隨著高度的增加而發(fā)生了較大變化。在吸收區(qū)底層，各粒徑液滴產(chǎn)生的接觸面積相對(duì)平均，隨著高度的增加，小液滴所占份額逐漸增大并占據(jù)主導(dǎo)。此外，氣液相對(duì)速度均隨著液滴粒徑的增大而增大，由于底層高度區(qū)內(nèi)大液滴所占份額，比上層高度區(qū)內(nèi)大液滴所占份額更大，所以氣液平均相對(duì)速度隨著高度的增加而減小。
　

6、　(4)發(fā)電機(jī)組在變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，煙氣量和液滴噴淋量均相應(yīng)減少。噴淋量的調(diào)節(jié)可采用關(guān)停部分噴淋層的方法，而關(guān)停的噴淋層具有選擇性，關(guān)停不同噴淋層會(huì)導(dǎo)致塔內(nèi)流場(chǎng)發(fā)生相應(yīng)的變化，從而會(huì)有不同的液滴夾帶與氣液接觸結(jié)果。為此，本文預(yù)測(cè)了75％負(fù)荷、50％負(fù)荷下的所有關(guān)停方案的氣液流場(chǎng)，以找到最優(yōu)的關(guān)停方案。本文計(jì)算條件下的結(jié)果表明氣液接觸強(qiáng)度與液滴逃逸隨著各噴淋方案的變化趨勢(shì)相同，液滴夾帶率隨著噴淋位置的升高而增大，吸收區(qū)接觸面積隨著噴淋位置的升

7、高也增大。此外，接觸面積的變化與流場(chǎng)壓降的變化趨勢(shì)相同，即流場(chǎng)壓降越大，吸收區(qū)接觸面積就越大。同時(shí)，最上層噴淋層以上空間內(nèi)氣液接觸面積和氣液相對(duì)速度都較低，最上層噴淋層位置過(guò)低將不利于SO2的吸收。
　　(5)全面考察了噴淋層至除霧區(qū)間距、噴淋層間距和液滴噴淋初速速度對(duì)流場(chǎng)的液滴逃逸以及氣液接觸的影響，進(jìn)而對(duì)噴淋塔進(jìn)行優(yōu)化分析。本文計(jì)算條件下的結(jié)果表明噴淋層至除霧區(qū)間距的增大將顯著提升除霧器前流場(chǎng)的均勻度，從而增強(qiáng)除霧器的脫硫效果

8、，同時(shí)，該間距的增大使得液滴的逃逸率降低，塔高28m工況比塔高24m工況減少34.4％，而對(duì)氣液接觸面積、氣液相對(duì)速度、煙氣壓降影響很小。保持最下層噴淋層高度不變，增大噴淋層間距（此時(shí)總塔高隨之增高），將減少液滴逃逸，并增大氣液接觸面積，同時(shí)導(dǎo)致了煙氣壓降的增加，對(duì)氣液相對(duì)速度影響很小。當(dāng)噴淋層間距由1.6m增大至2.2m時(shí)，液滴逃逸質(zhì)量減少了10.3％，氣液接觸面積增大了24％，煙氣壓降增加了7.3％;噴淋速度的增大，減少了液滴逃逸質(zhì)