氨法煙氣脫硫噴淋塔煙氣流場(chǎng)的數(shù)值模擬.pdf

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1、第34卷第1期東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)Vo1．34．No．12014年2月JournalOfNortheastDianliUniversityFeb．，2014文章編號(hào)：1005—2992(2014)01—0010—06氨法煙氣脫硫噴淋塔煙氣流場(chǎng)的數(shù)值模擬洪文鵬，高天聰，張偉玲(東北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，吉林吉林132012)摘要：利用Fluent13，采用標(biāo)準(zhǔn)～s模型和QUICK三階差值的SIMPLE算法對(duì)某600MW機(jī)組的氨法脫硫噴淋塔煙氣流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。在不考慮噴淋液離散相對(duì)煙氣的影響情況下，對(duì)比分析了不同的煙氣人口角、塔徑與煙氣流動(dòng)高度比、出口

2、方式和流場(chǎng)優(yōu)化環(huán)位置對(duì)煙氣流場(chǎng)的影響。結(jié)果表明，煙氣入口角的增大、徑高比的減小、頂出口方式和優(yōu)化環(huán)與噴淋液膜區(qū)距離的增大，都可以使煙氣流場(chǎng)更加均勻。為氨法脫硫噴淋塔的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供一定的指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬；氨法煙氣脫硫；噴淋塔；幾何參數(shù)中圖分類號(hào)：TM76文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A煤燃燒的過程中會(huì)形成煙塵、SO、NO、CO以及微量重金屬等多種有害物質(zhì)，引起酸雨、溫室效應(yīng)、陰霆天氣、臭氧層破壞等諸多環(huán)境問題?。雖然二氧化硫的任意排放會(huì)造成酸雨等嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，但二氧化硫也是生產(chǎn)硫酸和化肥的重要原料之一。中國是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，氨法脫硫的副產(chǎn)品硫酸銨、亞硫酸

3、銨均是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常用的化肥，其出售的收入能大幅降低運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)了硫資源的回收利用，更加符合國家建設(shè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的政策。因此，氨法煙氣脫硫作為一種適合我國實(shí)際國情的脫硫技術(shù)Et益得到國內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注。在氨法脫硫領(lǐng)域涉及火電廠脫硫裝置的研究較少，其中有如南京理工大學(xué)的賈勇等對(duì)填料塔氨法脫硫模型研究J，浙江大學(xué)丁紅蕾對(duì)氨基濕法煙氣脫硫的機(jī)理及工業(yè)試驗(yàn)研究l4J，浙江大學(xué)的郭瑞堂等采用優(yōu)化構(gòu)件對(duì)濕法煙氣脫硫噴淋塔內(nèi)流場(chǎng)的優(yōu)化等，現(xiàn)有文獻(xiàn)中涉及氨法脫硫噴淋塔的數(shù)值模擬較少。對(duì)于濕法脫硫通用的噴淋塔煙氣流場(chǎng)模擬，有浙江大學(xué)的林永明對(duì)300MW機(jī)組WFGD煙氣流場(chǎng)的模

4、擬J，王旭等對(duì)入口位置對(duì)噴淋塔流場(chǎng)影響的數(shù)值模擬的結(jié)果可以對(duì)脫硫塔的設(shè)計(jì)起一定的指導(dǎo)作用。但是前人針對(duì)大型噴淋塔，特別是600MW機(jī)組，煙氣量達(dá)到2×10以上的噴淋塔進(jìn)行模擬和幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)較少。本文在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合工程實(shí)際采用WFGD噴淋塔通用的研究方法，對(duì)煙氣入口角、徑高比、出口方式、流體優(yōu)化環(huán)位置這幾種幾何結(jié)構(gòu)影響的煙氣流場(chǎng)進(jìn)行模擬，為噴淋塔的幾何尺寸以及塔內(nèi)噴嘴的布置設(shè)計(jì)提供參考，并為氣液兩相模擬和流場(chǎng)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。1模擬對(duì)象與方法1．1模擬對(duì)象本文依照某600MW機(jī)組WFGD系統(tǒng)的噴淋塔為研究對(duì)象，結(jié)構(gòu)如圖1所示。噴淋塔分為上、下兩個(gè)部分，

5、即煙氣流通部分和氨液部分，其中煙氣流通部分為主要反應(yīng)區(qū)域，帶有s0的煙氣由煙氣入口收稿日期：2013—10—10作者簡介：洪文鵬(1970一)，男，遼寧省綏中市人，東北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院教授，博士，主要研究方向：動(dòng)力工程反工程熱物理．第1期洪文鵬等：氨法煙氣脫硫噴淋塔煙氣流場(chǎng)的數(shù)值模擬進(jìn)入噴淋塔，在塔內(nèi)向上流動(dòng)與向下噴淋的氨液充分混合發(fā)生脫硫反應(yīng)，反應(yīng)后夾雜液滴的煙氣進(jìn)入除霧器除去液滴，最后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的煙氣從煙氣出口排出噴淋塔進(jìn)入煙囪。同時(shí)回收的氨液可以經(jīng)過氧化反應(yīng)析出產(chǎn)物(NH)：S0。本文所模擬的噴淋塔幾何參數(shù)有：煙氣人口角，塔徑與煙氣流

6、通高度比，側(cè)出口方式和頂出口方式，流體優(yōu)化環(huán)位置。1．2模型假設(shè)與簡化根據(jù)脫硫噴淋塔內(nèi)煙氣流動(dòng)的實(shí)際情況，做如下模型假設(shè)：(1)將煙氣視為不可壓縮牛頓流體；(2)不考慮塔內(nèi)噴淋管、除霧器等組件對(duì)煙氣流場(chǎng)的影響；(3)入口邊界條件認(rèn)為來流速度充分發(fā)展且分布均勻；(4)暫小考慮塔氨液噴淋對(duì)煙氣流場(chǎng)的影響。1．3計(jì)算網(wǎng)格劃分【1脫硫噴淋塔結(jié)構(gòu)為取得更高計(jì)算精度，本文采用ICEM商用網(wǎng)格劃分軟件，全部計(jì)算區(qū)域采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，圓形塔體采用0型網(wǎng)格劃分策略的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。在計(jì)算上可以有效的減少網(wǎng)格數(shù)并增加計(jì)算精度，經(jīng)過網(wǎng)格尤關(guān)性討論后，確定總體網(wǎng)格數(shù)量40萬。網(wǎng)格劃

7、分見圖2。1．4數(shù)學(xué)模型及控制方程本文進(jìn)行迭代求解所使用的方法采用有限體積法，建立數(shù)學(xué)模的控制方程包括三維的連續(xù)性方程、動(dòng)城方程、湍動(dòng)能和耗散率占的兩個(gè)輸運(yùn)方程，它們的通用形式如下：+div(pU~o)=ff(，1gradcp)+S，(1)¨式巾：為通用變髓，代表不同的求解變量，速度““，；湍動(dòng)能；耗散率；壓力P；=1時(shí)方程為連續(xù)性2網(wǎng)格劃分方程；為廣義擴(kuò)散系數(shù)；s為廣義源相。對(duì)于噴淋塔內(nèi)復(fù)雜的湍流，湍流的流動(dòng)表示為時(shí)均值和脈動(dòng)值之和，采用由Launder和Spalding提}“的標(biāo)準(zhǔn)一模型對(duì)時(shí)均雷諾項(xiàng)進(jìn)行封閉¨。標(biāo)準(zhǔn)一模型是基于Boussinesq假

8、設(shè)的渦粘模型，即雷諾應(yīng)力通過求解渦流粘性(湍流粘性)來對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行模擬，其中在標(biāo)準(zhǔn)k—模型中是湍