WFGD系统脱硫塔内流场数值模拟及除雾特性研究

发布时间：2020-03-23 09:43

【摘要】：湿法烟气脱硫(Wet Flue Gas Desulfurization,WFGD)是燃煤电厂中应用最广泛的脱硫控制技术,其中,脱硫塔是WFGD系统中的核心设备,塔内气液两相的流动状态直接影响塔内的脱硫效率、除雾效率、压力损失及气液传质等参数。然而,传统脱硫塔在实际运行中常存在内部烟气流场分布不均匀、运行成本高、塔内除雾器除雾效率低、浆液利用率低以及浆液夹带导致的“石膏雨”污染等问题,因此,为了达到燃煤电厂超低排放的要求,提高WFGD系统脱硫塔性能,本文针对上述脱硫塔内存在的诸多问题开展了以下几个方面的研究。首先,采用CFD技术对装有3种不同孔隙率α与不同湍流单元直径D的湍流器的脱硫塔内的热态流场进行了数值模拟,分析了速度、温度、压力分布以及浆液驻留时间随孔隙率和湍流单元直径的变化规律,揭示了湍流器的作用机理。结果表明,安装湍流器可明显改善脱硫塔内烟气流场的均匀性,使横截面的速度标准方差减小到1.0以下,并有效延长浆液驻留时间,提高吸收区的气液接触几率及浆液利用率;在综合考虑流场分布、气液掺混程度与能量损失的情况下,安装孔隙率为50%、湍流单元直径为1.2m的湍流器效果最佳。其次,对脱硫塔内流场进行了优化,探究了结构参数(脱硫塔入口烟道布置方式、塔体径-高比β)和运行参数(喷淋锥角θ和烟气余热回收利用)两方面的因素对塔内流场的影响。其中,针对入口烟道布置,本文首次提出了一种切圆式多入口烟道布置方式。研究结果表明:当采用120°切圆入口且切圆半径R=3.5m的烟道布置时,塔内流场均匀性有了显著改善,使塔内烟气速度分布大多集中在3.5～5.6m/s的最佳范围内;塔内浆液驻留时间由原塔的1.36s提升至2.77s;烟气入口及塔内温度分布更趋于均匀;综合考虑能量损失和气液两相间的传质效果,脱硫塔径-高比β=13:24时效果最佳;当喷淋锥角θ为135°时,浆液驻留时间达到峰值,综合考虑降低塔内压力损失和延长浆液驻留时间,喷淋锥角θ选择120°时效果最佳;烟气余热回收利用后,可有效提高塔内温度分布的均匀性。最后,为考察脱硫塔内除雾器的除雾特性和提高其除雾性能,对除雾器二维单流道内的流场进行了数值模拟,通过模拟结果与实验数据的对比分析,选出了适用于模拟除雾器内部流动的湍流模型;对比分析了定常与非定常流动数值模拟结果和实验值间的差异;对带双集液槽的折流板除雾器和带倒钩的弧形板除雾器进行了性能对比研究,基于研究结果,设计出了 5种除雾器结构对比方案,综合考虑除雾效率及压力损失,最终选出了一种新型双集液槽三通道折形板除雾器,研究结果表明,该除雾器与其他4种方案相比其除雾性能具有显著提高。
【图文】：

示意图,湿法烟气脱硫系统,石膏,石灰石

湿法烟气脱硫中的石灰石－石膏湿法烟气脱硫系统又是工艺最成熟、应用最广的逡逑湿法烟气脱硫系统（Ｗｅｔ邋Ｆｌｕｅ邋Ｇａｓ邋Ｄｅｓｕ丨ｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ，，邋ＷＦＧＤ），它具有脱硫效率高、逡逑脱硫副产物石膏可以回收等优点。石灰石－石膏湿法烟气脱硫系统如图１－１所示。逡逑烟气处理逦ｉ逡逑和ｓ0２吸收逦｜逡逑逦逦Ｌ＿＿逡逑ｎ逦批》逦＝＝＝ｔ？逦１邋—．．．．．逡逑回汝；＾逦ｉ一ｙ逦空气－Ｉ邋Ｉ，逦逡逑＿邋妨溟逦」逦石邋ｊ石逡逑ｉ邋ｆ＾逦－Ｉ逡逑ｄ逦Ｉ邋ｉ逦＋逦Ｌ－ｒ－ｖ逦系邋ｓ逡逑？＝ｌ）逡逑反应剂制备逡逑图１－１石灰石－石膏湿法烟气脱硫系统示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ－ｇｙｐｓｕｍ邋ｗｅｔ邋ｆｌｕｅ邋ｇａｓ邋ｄｅｓｕｌｐｈｕｒｉｚａｔｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑２逡逑

脱硫塔,总压降,烟气量

利用参考文献［２２］和［２７］中脱硫塔现场实测数据，将原塔模拟得出的结果与逡逑脱硫塔实际运行工况下的数据进行对比，来验证模拟准确性。实际测量值与模逡逑拟结果对比如表３－３和图３－２所示。根据二者结果的高度一致性可证明采用数值逡逑模拟方法研宄脱硫塔内流场特性是准确可靠的。逡逑表３－３脱硫塔模拟结果与实际运行测量值对比逡逑Ｔａｂｌｅ邋３－３邋Ｔｈｅ邋ａｃｔｕａｌ邋ｍｅａｓｕｒｅｄ邋ａｎｄ邋ｓｉｍｕｌａｔｅｄ邋ｒｅｓｕｌｔｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ邋ｔｏｗｅｒ逡逑运行参数逦模拟值逦现场测量值逦对比误差／％￣￣逡逑烟气出邋口温度／（Ｋ）逦３１８．４７逦３２５．７５逦２．２３逡逑９００邋逦邋丨丨逦—逦逡逑７５0邋邋逦｜－Ａ－邋ｍｍ＼逦逦逡逑Ｉ邋模拟值逡逑１邋４５０邋逦逦逦逡逑田邋３００邋逦逦—逦逡逑１５０邋逦逦逦逡逑０邋Ｉ邋＾逦＾逦逦逦逦邋逦逦逡逑０逦２０逦４０逦６０逦８０逦１００逦１２０逦１４０逡逑烟气量／邋（ｌ0４邋ｍ３／ｈ）逡逑图３－２烟气量与脱硫塔总压降关系逡逑Ｆｉｇ．邋３－２邋Ｔｈｅ邋ｒｅｌａｔｉｏｎ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｔｏｔａｌ邋ｇａｓ邋ａｍｏｕｎｔ邋ａｎｄ邋ｔｏｔａｌ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｄｒｏｐ逡逑３．４不同孔隙率的湍流器对脱硫塔内流场及温度场的影响逡逑固定湍流单元直径不变
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X773

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