管束式除霧器除霧特性數(shù)值模擬

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1、管束式除霧器除霧特性數(shù)值模擬　　摘要：采用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）對(duì)管束式除霧器內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分析除霧效率及壓力損失隨葉片傾角、顆粒粒徑、煙氣流速等參數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明：除霧效率隨顆粒粒徑及煙氣流速的增大而增加，隨葉片傾角的增大而減??；壓力損失隨煙氣流速的增大而增加，隨葉片傾角的增大而減??；葉片傾角15°的管束壓力損失過大，不符合實(shí)際應(yīng)用；葉片傾角60°的管束適合作為前級(jí)粗除?F，控制進(jìn)入后級(jí)除霧器的顆粒濃度；葉片傾角30°的管束適合作為后級(jí)精除霧，控制吸收塔的顆粒排放總量?！　￡P(guān)鍵詞：除霧器；吸收塔；葉片傾角；煙氣流速；顆粒粒徑；除霧效率；

2、壓降　　1概述　　在燃煤鍋爐末端脫硫過程中，控制吸收塔后煙囪顆粒物排放含量的設(shè)施主要為折流板除霧器與濕式電除塵的串聯(lián)組合。折流板除霧器在其工作流速下，對(duì)粒徑20μm以上顆粒的去除效率顯著，但是對(duì)粒徑20μm以下小顆粒的去除效率不佳[1]；后級(jí)濕式電除塵雖對(duì)細(xì)小顆粒有較好的去除效率，但是存在功耗大、易腐蝕、運(yùn)行成本高、易發(fā)生擊穿而導(dǎo)致除霧效率下降等缺點(diǎn)，不利于企業(yè)的長(zhǎng)期使用[2]。隨著環(huán)保力度的加大，在超低排放政策下，如何對(duì)細(xì)小顆粒進(jìn)行高效率地去除，同時(shí)保證運(yùn)行成本的可持續(xù)性，是亟待解決的難題?！　」苁匠F器是近年來興起并逐漸得到應(yīng)用的新型高效除霧器，

3、具有對(duì)細(xì)小顆粒去除效率高、阻力小、投資成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[3]。已有神華國(guó)華孟津電廠[4]、重慶神華萬州電廠[5]、河北國(guó)華定州電廠[6]等多個(gè)電廠采用管束式除霧器實(shí)現(xiàn)了顆粒物的超低排放，即在吸收塔入口顆粒物含量≤30mg/Nm3的前提下，吸收塔煙囪出口顆粒物含量≤5mg/Nm3，并可在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行?！　∧壳?，對(duì)于管束式除霧器的研究主要集中在工程實(shí)踐階段，通過對(duì)部分已投運(yùn)的脫硫機(jī)組出，入口粉塵含量及煙氣壓力進(jìn)行檢測(cè)，獲取除塵效率、壓力損失等相關(guān)數(shù)據(jù)。但除霧器運(yùn)行環(huán)境為氣-液-固三相耦合，影響因素多、工況復(fù)雜，通過實(shí)際工程僅能獲取綜合除霧效率，

4、且開發(fā)成本高、周期長(zhǎng)、可視化效果差，難以針對(duì)性地對(duì)除霧器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)?！　∮?jì)算流體力學(xué)（CFD）是一種快速發(fā)展的數(shù)值仿真技術(shù)，該技術(shù)可克服實(shí)際工程試驗(yàn)研究的局限性，利用該技術(shù)對(duì)除霧器除霧性能開展的研究備受關(guān)注。石振晶等[7]采用低雷諾數(shù)k-ε模型對(duì)波紋板除霧器不同流速下的除霧特性進(jìn)行了對(duì)比分析。何思程等[8]采用RNG湍流模型對(duì)旋流板除霧器流場(chǎng)及壓降特性進(jìn)行了模擬。Udalova等[9]采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型預(yù)測(cè)波紋板除霧器除霧效率。Wu等[10]采用STD和低雷諾數(shù)k-ε模型對(duì)折流板除霧器進(jìn)行了研究，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比得出低雷諾數(shù)k-ε湍流模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果更

5、為接近的結(jié)論。國(guó)內(nèi)部分學(xué)者[11-20]采用歐拉-拉格朗日模型對(duì)吸收塔內(nèi)多種除霧器進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。然而，對(duì)管束式除霧器除霧特性進(jìn)行的數(shù)值模擬較少?！　”疚牟捎肅FD技術(shù)對(duì)管束式除霧器流場(chǎng)進(jìn)行模擬，考察了煙氣流速、葉片角度、顆粒粒徑等參數(shù)對(duì)除霧效率及壓力損失的影響，為管束式除霧器的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)?！　?模型建立與計(jì)算方法　　2.1流場(chǎng)計(jì)算的假設(shè)　　管束式除霧器由為多個(gè)圓筒組成，圓筒內(nèi)周向布置扇形葉片。煙氣攜帶大量液滴，經(jīng)葉片旋流后產(chǎn)生向上的離心運(yùn)動(dòng)。液滴慣性較大，易脫離煙氣的旋流軌跡而甩向壁面，粘附在壁面上下滑，從而實(shí)現(xiàn)氣液分離。為在保證與實(shí)際情

6、況盡可能契合的前提下減小計(jì)算量，本文僅針對(duì)單個(gè)管束通道內(nèi)的煙氣流動(dòng)進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算，并做出以下假設(shè)與簡(jiǎn)化：　?。?）煙氣流場(chǎng)為定常流場(chǎng)，流動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化?！　。?）將煙氣視為不可壓縮氣體?！　。?）忽略葉片厚度，將其視為無限薄的面?！　。?）以水代替漿液，且顆粒直徑視為恒定，忽略蒸發(fā)，冷凝，聚并等過程。　　（5）顆粒碰到壁面即視為被捕捉，不再參與剩余計(jì)算過程?！　?.2模型的建立　　采用三維建模軟件solidworks對(duì)管束式除霧器進(jìn)行幾何建模，采用專業(yè)網(wǎng)格劃分軟件icem對(duì)模型進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。由于葉片處煙氣流態(tài)發(fā)生急劇改變，為加強(qiáng)計(jì)算的精度，對(duì)

7、葉片處網(wǎng)格進(jìn)行適當(dāng)加密。計(jì)算域總網(wǎng)格數(shù)約140萬。　　2.3氣相流場(chǎng)計(jì)算方法　　將煙氣視為連續(xù)相，采用歐拉法計(jì)算氣相流場(chǎng)，通用方程為：　　式中：ρ-氣相密度；？?I-通用場(chǎng)變量；t-時(shí)間；u-氣相速度；Γ-擴(kuò)散系數(shù)；S-源項(xiàng)。在連續(xù)性方程、動(dòng)量方程及能量方程中，通用場(chǎng)變量？?I和Γ分別為1、u、T和0、μ、K/c，其中T-氣相溫度，μ-動(dòng)力粘度，K-傳熱系數(shù)，c-比熱容?！　〔捎萌S雷諾時(shí)均Navier-stokes處理湍流，由于煙氣經(jīng)過葉片后產(chǎn)生強(qiáng)烈旋流，故本文采用對(duì)旋流適應(yīng)性較好的realizablek-ε雙方程模型描述雷諾應(yīng)力，采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)描

8、述近壁面流動(dòng)情況?！　?.4顆粒離散相計(jì)算方法　　將顆粒視為離散相，采用拉格朗日法計(jì)算顆粒的運(yùn)