楊龍

摘要：本文對濕式煙氣脫硫系統(tǒng)吸收塔內(nèi)漿液擾流泵攪拌流場進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，通過對流體速度矢量的分析，為擾流泵攪拌技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。

Abstract： The author analyzes the numerical simulation on the three dimension flow field for slurry in tower of the wet-FGD systems， by using the software. Through the analysis of the fluid velocity vector， this research offers some help for the optimal design of the agitation technology of the disturbance pump.

關(guān)鍵詞：濕式煙氣脫硫;擾流泵;數(shù)值模擬

1? 概述

濕法煙氣脫硫系統(tǒng)吸收塔漿液的攪拌常用的攪拌方式有側(cè)攪拌器系統(tǒng)和擾流泵攪拌系統(tǒng)。近年來，擾流泵攪拌技術(shù)在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中得到逐步推廣。國內(nèi)外學(xué)者對煙氣脫硫系統(tǒng)攪拌領(lǐng)域的研究主要集中在對側(cè)入式攪拌反應(yīng)器的相關(guān)研究，對擾流泵攪拌技術(shù)的理論研究相對較少。

現(xiàn)有的擾流泵攪拌系統(tǒng)設(shè)計大都依賴運(yùn)行經(jīng)驗的積累，與實際工況存在偏差，因而充分掌握擾流泵攪拌系統(tǒng)運(yùn)行下吸收塔內(nèi)的流場分布規(guī)律對擾流泵攪拌系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計具有重大意義。隨著計算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)在各學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展，通過數(shù)值模擬方法研究擾流泵攪拌系統(tǒng)流場特性不僅可以獲得實驗手段難以得到的局部數(shù)據(jù)，還可以縮短研究時間并節(jié)省研究經(jīng)費，這使得CFD技術(shù)在攪拌技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計中作為一種新的科研手段起著越來越重要的作用。本文對擾流泵攪拌系統(tǒng)流場進(jìn)行模擬，對區(qū)域的參數(shù)進(jìn)行可視化圖片處理，為擾流泵攪拌系統(tǒng)研究提供了直觀數(shù)據(jù)。

2? 擾流泵攪拌系統(tǒng)特點

濕法煙氣脫硫系統(tǒng)吸收塔漿液的攪拌系統(tǒng)可以使吸收塔內(nèi)漿液充分?jǐn)_動防止?jié){液中固體顆粒沉淀，還能讓氧化空氣擴(kuò)散均勻與漿液接觸，發(fā)生充分氧化反應(yīng)，提高石膏生成效率。

擾流泵攪拌系統(tǒng)采用在吸收塔外設(shè)置擾流泵，通過管路系統(tǒng)對吸收塔內(nèi)漿液進(jìn)行擾動，起到“擾動攪拌”的作用。

與側(cè)入式攪拌系統(tǒng)相比，擾流泵攪拌系統(tǒng)具備以下優(yōu)勢：

①在脫硫系統(tǒng)停運(yùn)期間，擾流泵攪拌系統(tǒng)可以停運(yùn)，減少電能消耗;

②在吸收塔漿液池內(nèi)沒有機(jī)械攪拌機(jī)或其他轉(zhuǎn)動部件，吸收塔漿液為高濃度氯離子介質(zhì)，對接觸的機(jī)械部件具有很強(qiáng)的腐蝕作用;

③可以在吸收塔運(yùn)行期間更換或維修擾流泵，不需維修攪拌設(shè)備時將吸收塔排空，不干擾脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行;

④攪拌效果優(yōu)于側(cè)入式攪拌系統(tǒng)，可以獲得更好的Ca/S（鈣硫比），增加吸收劑石灰（石灰石）的利用率。

3? 幾何模型及模擬方法

3.1 模型結(jié)構(gòu)

模擬計算研究的攪拌槽為平底圓柱攪拌槽，直徑為Φ7500mm，在攪拌槽距底高度1.5m位置的槽壁上布置（120°均布）3臺循環(huán)泵（流量1200m3/h，兩用1備），循環(huán)泵進(jìn)水管深入攪拌槽壁長度小于900mm。

3.2 模擬方案及結(jié)果分析

3.2.1 方案1：在攪拌槽內(nèi)部中心距底450mm處設(shè)置1個擾流泵出水口，流量1200m3/h，出水口直徑Φ350mm，對攪拌槽進(jìn)行流場計算分析

方案1分析了在攪拌槽底部中心設(shè)置擾流泵出水口對槽內(nèi)流場的影響。圖1為底部流體受擾流泵噴射流體作用，形成四周發(fā)散的徑向貼壁流動層，與圖4基于擾流泵出口的流場分析基本一致。圖2為頂部流體自周邊向中心匯聚再向下流動，與圖1流場形成縱向渦流。圖3中循環(huán)泵進(jìn)口附近流速較高，主要為來自上部的流體（在漿液池內(nèi)旋流后）和擾流泵出口的流體（進(jìn)入前有微旋）。圖4中流體自擾流泵口以較高流速形成射流，沖擊漿液池底面后，在360度范圍內(nèi)沿徑向發(fā)展至漿液池周面。

方案1中主體流速高，80%流體大于0.2m/s，底面貼壁流動層主體流速約為0.5/s，周面貼壁流動層主體流速約為0.3m/s。整體上受擾流泵射流形成的流場影響形成攪拌槽主體縱向渦流，底部及周面由擾流泵射流形成流速較高的貼壁流動層。整體上實現(xiàn)了對底部及周圍區(qū)域的擾動攪拌效果。

3.2.2 方案2：在攪拌槽槽壁距底300mm處布置（120°均布）3個擾流泵出水口，總流量1200m3/h，出水口直徑Φ260mm，出水口與徑向夾角60°，出口距槽壁500mm，對攪拌槽進(jìn)行流體流場計算分析。

方案2模擬類似側(cè)入式攪拌流體流場。圖5為底部流體受擾流泵噴射流體影響，在底面形成向四周發(fā)散的切向貼壁流動層，形成繞周壁的螺旋上升渦流，但是壁面整體流速很低。圖6中頂部流體為圖5上升螺旋流體至頂面后向中心匯聚再向下流動，整體上流速較低，約0.1m/s，周壁貼壁層流速約0.3m/s。圖7中循環(huán)泵口附近流速較高，主要為來自上部的流體（在漿液池內(nèi)旋流后）和擾流泵出口的流體（進(jìn)入前有周向）。圖8中流體自擾流泵口以較高流速形成射流，形成沿周壁的旋轉(zhuǎn)流動，并帶動其他流體也形成螺旋上升狀流動，但并未實現(xiàn)對底部中心區(qū)域的擾動，部分流體直接旋轉(zhuǎn)進(jìn)入循環(huán)泵吸水口。

方案2中主體流速較低，80%流體小于0.1m/s。整體受擾流泵射流形成的流場及循環(huán)泵吸水口形成的流場影響，形成橫向攪拌槽主體渦流，攪拌槽周面形成流速較高的貼壁流動層（流速約為0.3m/s），攪拌槽底部流場不理想，底部基本無高速貼壁流動層。

4? 結(jié)論

將以上方案結(jié)果分析整理后，得到結(jié)論如表1所示。

通過對兩種方案中流體速度矢量的對比分析可知，擾流泵出水口設(shè)置于攪拌槽底部中心位置的攪拌效果強(qiáng)于均布在槽壁出水口的攪拌效果。可在攪拌槽底部布置玻璃鋼材質(zhì)的圓板，來避免擾流泵出水口的射流流體沖刷攪拌槽底部導(dǎo)致防腐層破損。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉妍.吸收塔攪拌器與脈沖擾動系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行情況分析[J].城市建設(shè)，2009（11）：182.

[2]方鍵.桑芝富.楊全保.側(cè)進(jìn)式攪拌器三維流場的數(shù)值模擬[J].石油機(jī)械，2009（1）：30-34.

[3]崔娜，周國忠，李偉，等.煙氣脫硫吸收塔底部漿液池內(nèi)流場特性的數(shù)值模擬[J].化學(xué)反應(yīng)工程與工藝，2009，25（2）：126-131.