旁通式循環(huán)流化床脫硫塔脫硫特性的數(shù)值模擬.pdf

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1、第34卷第2期煤炭轉(zhuǎn)化Vo1．34No．22O11年4月C0ALC0NVERS10NApr．2011旁通式循環(huán)流化床脫硫塔脫硫特性的數(shù)值模擬唐強"侯世鋒張曉琴摘要應(yīng)用標準k一￡模型、DPM模型和物質(zhì)輸運與化學(xué)反應(yīng)模型求解了一臺旁通式循環(huán)流化床脫硫塔內(nèi)的動量、能量及組分方程，模擬結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)符合較好．模擬研究了兩種脫硫塔的脫硫效率和流動阻力，進一步研究了空床氣速和循環(huán)倍率對旁通脫硫塔脫硫效率的影響．結(jié)果表明，旁通式脫硫塔的脫硫效率和阻力特性要優(yōu)于無旁路脫硫塔；旁通式脫硫塔的脫硫效率隨空床氣速的增加呈現(xiàn)先略有增加后降低的趨勢；當(dāng)循環(huán)倍率從2O增大到5O時，脫硫效率隨之有明顯

2、的增加，當(dāng)循環(huán)倍率大于50時，脫硫效率隨循環(huán)倍率的增大略有增加．關(guān)鍵詞循環(huán)流化床，煙氣脫硫，脫硫塔，脫硫效率，數(shù)值模擬中圖分類號TQ051．113，TQ546．50引言床脫硫塔脫硫效率的影響·循環(huán)流化床煙氣脫硫是2O世紀8O年代后期發(fā)1物理模型與數(shù)學(xué)模型展起來的一種半干法煙氣脫硫技術(shù)，在以煤煙型污旁通式循環(huán)流化床脫硫塔物理模型見圖1．該脫染為主的我國得到了廣泛發(fā)展．_】該工藝以循環(huán)流硫塔主體結(jié)構(gòu)為圓柱形，高2．36m，直徑為0．2m；脫化床原理為基礎(chǔ)，通過高速煙氣流與脫硫劑顆粒充硫塔主體下部設(shè)置文丘里入口段，高0．25m，喉部分接觸從而實現(xiàn)煙氣脫硫，具有耗水量少、投資運行

3、直徑為0．06m；回料口直徑為0．03m，距塔底高度費用低、脫硫劑利用率和脫硫效率高等優(yōu)點．但為1m，傾斜布置，與爐膛主體成3O。角；在文丘里入隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)無旁路的循環(huán)流化床脫硫塔口段上方，對稱分布有4個旁通煙氣入口，直徑為內(nèi)存在著流場偏斜的問題，而且不能很好地適應(yīng)煙0．02m，距塔底0．26m處．通過網(wǎng)格無關(guān)化驗證氣負荷的變化，當(dāng)煙氣負荷低于設(shè)計工況時，會影響后，將模型劃分為24萬個組合體計算單元(見圖脫硫劑在脫硫塔內(nèi)的流化效果，而且不利于風(fēng)機的1)．脫硫塔的其他參數(shù)見第42頁表1．穩(wěn)定運行；煙氣量偏高時則會導(dǎo)致脫硫效率有所下降．CFD(computationa

4、lfluiddynamics)數(shù)值模擬方法現(xiàn)已成為研究多相流動和化學(xué)反應(yīng)等問題的有效方法．G6mez等l_6應(yīng)用Euler—Euler兩相流機制對工業(yè)用的噴霧干燥脫硫器進行了數(shù)值模擬，并通過與實驗結(jié)果的比較驗證了CFD用于研究脫硫裝置的準確性；胡金榜等]采用實驗與模擬相結(jié)合的方式研究了循環(huán)流化床脫硫塔內(nèi)的兩相流動，并針對流場偏斜的問題提出了將返料口對稱布置的設(shè)想；Z×4Marocco等]也以一臺工業(yè)用的噴霧干燥脫硫器為模型采用Euler—Iagrange兩相流機制進行了數(shù)值圖1物理模型和計算單元劃分模擬，取得了比較滿意的結(jié)果．本研究對循環(huán)流化床Fig．1Diagramof

5、physicalmodelandcalculationofunit脫硫塔增設(shè)了煙氣旁路，采用CFD數(shù)值模擬方法，煙氣循環(huán)流化床脫硫塔內(nèi)的物料質(zhì)量濃度為研究脫硫塔結(jié)構(gòu)、空床氣速和循環(huán)倍率對循環(huán)流化0．5kg／m。～2kg／m。，體積濃度小于1O．[10,11]因*重慶市科技攻關(guān)重大項目(CSTC，2008AC2051)．1)副教授、碩士生導(dǎo)師，重慶大學(xué)動力工程學(xué)院；重慶大學(xué)低品位能源利用技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點實驗室，400030重慶；2)碩士生，重慶大學(xué)動力工程學(xué)院，400030重慶收稿日期：201011-23；修回日期：2010—12-2142煤炭轉(zhuǎn)化2011年此，用Flu

6、ent軟件模擬時，采用Euler—Lagrange機制和標準k—e模型來模擬塔內(nèi)氣固兩相的湍流流動．有研究表明，塔內(nèi)進行的主要化學(xué)反應(yīng)“。為：童堡11Ca(OH)2+SO一CasO?！?砉_HzO+寺H2O厶≤(1)該反應(yīng)對SO為一級反應(yīng)．選用物質(zhì)輸運及化學(xué)反應(yīng)模型來模擬塔內(nèi)SO和脫硫劑Ca(OH)的反應(yīng)，反應(yīng)速率方程以及相應(yīng)的化學(xué)動力學(xué)參數(shù)按文獻E13，143中選?。M中假設(shè)：1)脫硫劑顆粒為球形，且取平均粒徑；2)顆粒在脫硫塔內(nèi)只受重力和氣固兩相問的曳力；3)忽略O(shè)。和CO對脫硫反∞舳∞如∞如加m應(yīng)的影響；4)反應(yīng)僅在漿滴的液相中完成，脫硫劑與SO的反應(yīng)按式(1)進

7、行；5)忽略顆粒間的摩擦所產(chǎn)生的熱量；6)脫硫劑顆粒到達壁面即被反彈回脫硫塔內(nèi)．模擬時，將Ca(OH)和CaSO。顆粒作為離散相，固體顆粒與增濕水混合完全，在脫硫劑表面形成一層穩(wěn)定液膜．進入脫硫塔后，漿滴內(nèi)所包含的Ca(OH)：向液滴表面擴散并同與漿滴表面接觸的SO。發(fā)生反應(yīng)，生成CaSO?！?／2HO．與此同時，漿滴表面的水分在熱煙氣的作用下蒸發(fā)．隨著反應(yīng)的進行，漿滴表面的水分蒸發(fā)完全，生成的CaSO。附著在固體顆粒表面，此時該脫硫劑顆粒停止反應(yīng)．入口邊界采用速度型入口，出口為出流型邊界條件；忽略通過壁面向外界的傳熱，故將壁