大型濕法脫硫噴淋塔空塔流場數(shù)值模擬研究

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1、8東北電力技術(shù)2009年第9期；研究大型濕法脫硫噴淋塔空塔流場：與：應(yīng)用數(shù)值模擬研究‘IIllIlINumericalSimulationforHollow·—spraying——towerFlowFieldoflarge—scaleWetDesulphurisati0nSprayingTower王旭(華北電力大學(xué)，河北保定071003)摘要：對大型脫硫塔進(jìn)行合理的模化和簡化，采用國際流行的商用CFD(ComputationalFluidDynamics)軟件Fluent對濕法脫硫立式噴淋塔空塔進(jìn)行了二維數(shù)值模擬。在計算中選取一模作為計算模型，用SIMPLE算法進(jìn)行計

2、算。計算結(jié)果表明，空塔流場氣流速度分布不均。關(guān)鍵詞：噴淋塔；Fluent軟件；數(shù)值模擬；k一8模型；優(yōu)化[中圖分類號]X701．3[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B[文章編號]1004—7913(2009)09—0008—03噴淋塔是濕法煙氣脫硫工程中的常見設(shè)備。某吸收塔漿液區(qū)高為11．50m。人口煙道為下傾煙電廠用于脫硫工程的噴淋吸收塔如圖1所示，石灰道，截面為正方形，邊長為3．8m。出口煙道與進(jìn)石漿液通過循環(huán)泵送至塔中不同高度布置的噴淋層口煙道沿塔中心對稱。在塔內(nèi)用一高為26．89m的的噴嘴。漿液霧滴從噴嘴向下噴出形成分散的小液豎直隔板將塔分為噴淋區(qū)和非噴淋區(qū)2個部分，隔滴并向下掉

3、落，同時煙氣逆流向上流動，在此期板距塔中心2．5m，板下部沒入漿液池中。在噴淋間，氣液充分接觸并對煙氣中的二氧化硫進(jìn)行洗區(qū)內(nèi)l3．5m、18．2m、22．9m不同高度上分別布滌．．置噴淋管，每層噴淋層的噴嘴有168個(包括放水、放氣噴嘴各1個)。在計算中不考慮除霧器、噴淋管及漿液池的影響，簡化后的模型如圖2所示。煙氣進(jìn)口煙氣出口圖1濕法煙氣脫硫噴淋塔實際運行表明，影響濕法煙氣脫硫效率的關(guān)鍵煙氣進(jìn)氣出口因素是塔內(nèi)復(fù)雜的流場。對于噴淋塔，僅靠試驗難以揭示塔內(nèi)的流動情況，因此數(shù)值模擬在認(rèn)識噴淋圖2脫硫塔簡化模型塔煙氣流動規(guī)律與設(shè)計方面起到重要的作用J。將圖2所示的脫硫噴淋塔

4、模型導(dǎo)入CFD軟件的前處理模塊進(jìn)行網(wǎng)格化。計算區(qū)域選取漿液池表1塔內(nèi)煙氣流動模型的建立面以上至出口煙道的區(qū)域。所選取的模擬截面為脫1．1物理模型硫塔(包括進(jìn)、出口煙道)對稱縱截面。在模擬CFD模擬工作的第一步是建立脫硫塔的物理中用空氣代替煙氣，因為主要側(cè)熏于流場的研究，模型，并對所模擬的問題進(jìn)行物理上的簡化。如圖先不予考慮流場中的傳熱傳質(zhì)。1所示，脫硫塔總高度為41．10m，直徑為16m，1．2煙氣流動的數(shù)學(xué)模型2009年第9期東北電力技術(shù)9對吸收塔進(jìn)行物理上的簡化后，需要從數(shù)學(xué)角蠢■-■■度建立控制方程組，并將其離散化、線性化以進(jìn)行l(wèi)lI_lil；一迭代求解。將雷諾

5、時均Ⅳ一5方程作為控制方程，選用標(biāo)準(zhǔn)一湍流模型對氣相湍流進(jìn)行模擬。大量的模擬及校驗結(jié)果表明，該模型可成功用于無旋及弱旋的二維回流流動。由于脫硫塔內(nèi)存在回流，且計算區(qū)域較大，選取k一雙方程模型可以達(dá)到一定精度，并使得計算量較小，易收斂。選用SIMPLEC算法求解脫硫塔內(nèi)的流場分布。2數(shù)值模擬結(jié)果2．1噴淋塔內(nèi)的氣相湍流流場分布數(shù)值模擬結(jié)果表明，煙氣沿?zé)煹肋M(jìn)入塔內(nèi)的流場并不均勻。由圖3可見，煙氣流場呈現(xiàn)出沿?zé)煹理敳克俣雀?，煙道中部速度低，而在底部甚至出現(xiàn)塔內(nèi)煙氣倒流的現(xiàn)象?！?；；摹j=囊：j：‘’：：：‘：、：：、：^、，(，／．．．?一??、、～，、、’107e4'0

6、1圖3塔內(nèi)流場分布高速煙氣經(jīng)煙道進(jìn)入脫硫塔塔體后，直接沖擊與進(jìn)口煙道相對的隔板，受阻后被迫改變方向向上偏折，依次經(jīng)過3個噴淋層(未噴淋)到達(dá)塔頂部。在噴淋區(qū)內(nèi)，塔的中部和上部流場呈現(xiàn)出由隔板到塔壁速度遞減。在塔的中部，由于塔壁壓力約束，導(dǎo)致部分煙氣沿左側(cè)塔壁回流，與進(jìn)口煙氣匯合，在塔中部形成一個逆時針方向的渦，如圖4所示。此外，另有一部分進(jìn)口煙氣在沖擊隔板受阻后圖6煙氣在非噴淋區(qū)的流場分布向下偏折，沿漿液池表面回流至煙氣進(jìn)口段，沿右側(cè)隔板向下偏折，之后與進(jìn)口處煙氣形成合流，構(gòu)成一個順時針方向的渦，如圖5所示。圖6為煙氣在非噴淋區(qū)的流場分布，煙氣經(jīng)隔板后向下流動，是一個

7、由上向下收縮的過程。這是由于該處流經(jīng)的橫截面是半圓形，受到其圓形邊界的約束及邊界層和塔壁阻力影響的原因。由圖6可見，其流場分布也不均勻。在接近塔壁處氣流速度圖7非噴淋區(qū)內(nèi)形成的渦高，隔板附近速度低，并出現(xiàn)一個順時針方向的10東北電力技術(shù)2009年第9期由此可見，此脫硫塔空塔湍流流場的0主要8特征6面4，氣流2速度呈O遞減趨勢。并在出口煙道中又有渦就是存在這3個渦。出現(xiàn)，如圖11所示。這是由于在接近煙道下壁面2．2各截面氣速分布的氣速高，煙氣撞擊到上壁面，一部分煙氣沿上壁沿塔高方向各個截面的氣速分布如圖8所示，面向左流動，與塔內(nèi)流出的煙氣匯流，形成一個