WFGD过程中脱硫浆液液滴夹带特性的数值模拟研究

发布时间：2018-11-18 11:18

【摘要】：湿法烟气脱硫技术是目前燃煤电站中应用最广泛的烟气脱硫技术,在应用过程中发现现有大型湿法烟气脱硫系统存在运行成本高、烟气夹央带脱硫浆液导致二次污染等问题,因此如何增强脱硫浆液液滴利用率(降低气液比)、减少液滴夹带是目前湿法脱硫技术的重要课题。本文以此为研究目的,基于数值模拟的研究方法,通过分析塔内流场特征、液滴运动特征、气液接触等关键问题,对喷淋塔内气液两相流场开展了分析与研究。研究内容分为以下五个部分：(1)喷淋塔内流场由烟气与喷淋液滴的逆向接触形成,塔内烟气流场的分布受到液滴整体喷淋的影响,同时又影响着单一液滴的运动。以现有600MW湿法脱硫喷淋塔为研究对象,建立了塔内气液两相流动数学模型,通过计算获得了本文计算条件下的空塔流场(无喷淋)和喷淋流场结果,从而分析液滴喷淋对烟气流场的影响以及喷淋塔内流场分布特征。结果表明液滴喷淋对塔内流场均匀性具有改善作用。喷淋后流场特征表现为入口侧的烟气短路现象,塔下部的两个高速漩涡以及整体呈现中心低四周高的速度分布。随着高度的增加,塔内流场趋于均匀,但是中心的低速区仍然存在。(2)就单个液滴来说,液滴粒径是同时影响液滴夹带以及SO2吸收效果的重要因素,液滴过小则易于被烟气夹带而导致二次污染,液滴过大则会减小液滴比表面积并减少液滴停留时间,从而影响SO2吸收效果。通过在流场中加入示踪颗粒,获得了本文计算条件下不同粒径液滴在塔内的运动轨迹、分级逃逸率曲线以及塔内停留时间曲线,结果表明lmm以下粒径液滴由于受到流场的影响而集中分布于中心低速区,0.5mmm粒径液滴在塔内的浓度分布已很不均匀；1.2mm以上粒径液滴几乎不会被夹带,在粒径小于0.8 mm后,液滴的逃逸率迅速上升,直到粒径为0.2 mm时逃逸率接近100%；液滴停留时间曲线具有峰值,且该峰值粒径对应的液滴逃逸率均为20%。(3)分层喷淋的结构特征将喷淋塔沿高度方向分割为多个区域,因此将喷淋塔按高度方向进行分层,层间距取值为喷淋层间距,分别统计各高度区域内气液接触情况,获得了本文计算条件下各高度层内的各粒径液滴的气液接触面积、气液相对速度信息,结果表明在吸收区内各高度层的总接触面积随着高度的增加而减小。更近一步来看,各粒径液滴所产生接触面积所占的份额,随着高度的增加而发生了较大变化。在吸收区底层,各粒径液滴产生的接触面积相对平均,随着高度的增加,小液滴所占份额逐渐增大并占据主导。此外,气液相对速度均随着液滴粒径的增大而增大,由于底层高度区内大液滴所占份额,比上层高度区内大液滴所占份额更大,所以气液平均相对速度随着高度的增加而减小。(4)发电机组在变负荷运行时,烟气量和液滴喷淋量均相应减少。喷淋量的调节可采用关停部分喷淋层的方法,而关停的喷淋层具有选择性,关停不同喷淋层会导致塔内流场发生相应的变化,从而会有不同的液滴夹带与气液接触结果。为此,本文预测了75%负荷、50%负荷下的所有关停方案的气液流场,以找到最优的关停方案。本文计算条件下的结果表明气液接触强度与液滴逃逸随着各喷淋方案的变化趋势相同,液滴夹带率随着喷淋位置的升高而增大,吸收区接触面积随着喷淋位置的升高也增大。此外,接触面积的变化与流场压降的变化趋势相同,即流场压降越大,吸收区接触面积就越大。同时,最上层喷淋层以上空间内气液接触面积和气液相对速度都较低,最上层喷淋层位置过低将不利于SO2的吸收。(5)全面考察了喷淋层至除雾区间距、喷淋层间距和液滴喷淋初速速度对流场的液滴逃逸以及气液接触的影响,进而对喷淋塔进行优化分析。本文计算条件下的结果表明喷淋层至除雾区间距的增大将显著提升除雾器前流场的均匀度,从而增强除雾器的脱硫效果,同时,该间距的增大使得液滴的逃逸率降低,塔高28m工况比塔高24m工况减少34.4%,而对气液接触面积、气液相对速度、烟气压降影响很小。保持最下层喷淋层高度不变,增大喷淋层间距(此时总塔高随之增高),将减少液滴逃逸,并增大气液接触面积,同时导致了烟气压降的增加,对气液相对速度影响很小。当喷淋层间距由1.6m增大至2.2m时,液滴逃逸质量减少了10.3%,气液接触面积增大了24%,烟气压降增加了7.3%；喷淋速度的增大,减少了液滴逃逸质量,喷淋速度为12m/s时比6m/s减少了9%。喷淋速度的增大,减少了液滴逃逸质量,喷淋速度为12m/s比6m/s减少了9%,但是喷淋速度的增大将减少气液接触面积并增加烟气压降,喷淋速度为12m/s时比6m/s时,其气液接触面积减少了15.6%,烟气压降增加了9.4%。同时,因为液滴进入塔内受到烟气的阻碍,其下落速度迅速减小,大大地减弱了初始喷淋速度影响效果,所以液滴初始喷淋速度对气液平均相对速度影响很小。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X773

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