李樹華

(華北電力大學(xué)，河北 保定 071003)

噴淋塔阻力是濕法煙氣脫硫系統(tǒng)阻力的主要構(gòu)成，其大小直接關(guān)系到輔機選型和系統(tǒng)運行費用。研究噴淋塔的阻力特性對于噴淋塔的設(shè)計及運行優(yōu)化有著重要的意義[1－2]。對于噴淋塔內(nèi)阻力特性的研究除了實驗研究外，各種數(shù)值模擬方法是當前研究的新方向[1、3]。本文以某電廠300 MW機組的脫硫塔為模擬對象，通過改變脫硫塔煙氣的入口位置和方式，利用FLUENT軟件模擬塔內(nèi)流場，研究塔內(nèi)的壓力分布。

1 模擬對象及控制方程

1.1 模擬對象

模擬噴淋塔噴淋區(qū)如圖1(a)所示。噴淋區(qū)的總高度為23 m，直徑為13 m，煙氣入口為4.8 m×8 m，與塔高方向夾角為80°，與漿液面的最近距離為1 m，煙氣出口為3 m×10 m。圖1(b)、(c)、(d)為改變?nèi)肟谖恢煤头绞絿娏芩Ｐ汀?/p>

為了便于比較，圖1所示塔型的出口位置不變，只改變?nèi)肟谖恢煤头绞?。圖1(a)、 (b)、(c)入口與出口夾角分別為0°、45°及180°，圖1(d)為2個對稱進口。圖1所示不同噴淋塔塔型所處理的總煙氣量是固定的。

1.2 模型假設(shè)

根據(jù)脫硫塔的實際運行環(huán)境及工程條件要求，對噴淋塔內(nèi)煙氣流動情況作如下假設(shè)。

a. 將煙氣看作不可壓縮的牛頓流體，并用空氣代替煙氣。b. 忽略重力和入口效應(yīng)對煙氣速度的影響。c. 不考慮塔內(nèi)噴嘴、除霧器和小部件對煙氣流場的影響。

d. 不考慮蓄液池部分，并將蓄液池的液面視為靜止液面。

e. 不考慮漿液的噴淋，忽略液相與氣相的相互作用及傳熱傳質(zhì)。

圖1 不同入口的噴淋塔

1.3 氣相控制方程[4]

采用歐拉法將煙氣處理為連續(xù)相對其進行描述?；谏鲜黾僭O(shè)，噴淋塔氣相流場的連續(xù)性方程為

動量方程為

式中:ρ為煙氣密度，kg/m3;p為壓強，Pa;ui為煙氣在x，y，z上的分速度;V為煙氣速度，m/s;Fi為漿液對煙氣流場的反作用，N。由于未考慮噴淋對流場的影響，所以Fi=0。

2 數(shù)值計算結(jié)果與討論

數(shù)值模擬條件見表1。

2.1 塔內(nèi)流場分布

圖2(a)、(b)、(c)為3種不同入口位置的噴淋塔內(nèi)流場分布。對于入口和出口同向噴淋塔，煙氣進入塔內(nèi)直接撞擊到與入口位置相對的墻體，在塔內(nèi)形成巨大的環(huán)流，流場很不均勻。圖2(b)入口煙氣將發(fā)生旋轉(zhuǎn)，形成2個“漩渦”，流場較圖2(a)均勻。圖2(c)煙氣進入噴淋塔后，主氣流直接撞擊出口下面的墻壁，煙氣在塔內(nèi)的流程較短，不利于氣液之間傳質(zhì)交換，而且進口位置占地面積較大。3種不同的入口位置在漿液處均形成了回流區(qū)，可以延長部分煙氣在塔內(nèi)的停留時間。但不利于漿面穩(wěn)定，易形成漿液“起泡”[5]，強化虛假液面，影響噴淋塔的運行。圖2(d)為兩向入口的噴淋塔。由圖2可見，由于2股氣流的對沖，沒有在中心截面形成漩渦，流場也比較均勻。該模擬結(jié)果可以為塔型的選擇和煙氣的進口設(shè)計提供借鑒。

表1 數(shù)值模擬條件

2.2 塔內(nèi)壓強分布

圖3為不同塔型塔內(nèi)壓強分布的等高線圖。模擬結(jié)果表明，不同塔型壓強大小分布不同，但有一個共同特點:在入口對墻體處壓強相對較大。根據(jù)滲透理論，此處有利于氣液之間的傳熱傳質(zhì)[6];在塔的上部壓強梯度比較大。該模擬結(jié)果可為塔的受力分析和噴口的布置提供借鑒。

由圖4可知噴淋塔內(nèi)的壓強隨高度增加先減小后增大。當入口與出口夾角為180°煙氣在塔內(nèi)的壓降最大 (251 Pa)，夾角為45°時塔內(nèi)的壓降為170.2 Pa，夾角為0°時壓降最小 (127.5 Pa)。說明隨著入口與出口夾角的增大，噴淋塔的空塔阻力逐漸增大。從這個角度看，要依次選擇壓頭大的風(fēng)機。采用雙入口方式時壓降為194 Pa，出口與入口夾角為45°～180°，而且隨高度的變化趨勢也比較小。采用此種塔型可有利于氣液傳質(zhì)。在實際運行中可以對入口位置和方式進行改造，達到減小壓降損失的目的。

圖2 X=0截面的流場分布

圖3 塔內(nèi)壓強分布

圖4 噴淋塔各截面壓強分布

3 結(jié)論

a. 脫硫塔的入口位置和入口方式對脫硫噴淋塔流場分布的影響很大。模擬結(jié)果可以指導(dǎo)實際運行。

b. k－ε方程能夠很好地預(yù)測脫硫塔內(nèi)的流場，計算比較準確。

c. 脫硫塔入口位置和入口方式對塔內(nèi)壓力損失的影響較大。模擬結(jié)果可用于脫硫塔的改造和選型。

[1]林永明，高 翔，施平平，等.大型濕法煙氣脫硫噴淋塔內(nèi)阻力特性數(shù)值模擬 [J].中國電機工程學(xué)報，2008，28(5):28－32.

[2]李 磊，張尊舉，鄭立輝.噴淋塔內(nèi)氣液流場模擬 [J].工業(yè)安全與環(huán)保，2009，35(1):10－12.

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[4]王福軍.計算流體動力學(xué)分析—CFD軟件原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，2004.

[5]禾志強，田雁冰，沈建軍，等.石灰石—石膏法脫硫漿液起泡研究[J].電力環(huán)境保護，2008，24(4):11－13.

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