塔型对脱硫喷淋塔阻力特性影响

2010-08-18李树华

东北电力技术 2010年10期

李树华

(华北电力大学，河北保定 071003)

喷淋塔阻力是湿法烟气脱硫系统阻力的主要构成，其大小直接关系到辅机选型和系统运行费用。研究喷淋塔的阻力特性对于喷淋塔的设计及运行优化有着重要的意义[1－2]。对于喷淋塔内阻力特性的研究除了实验研究外，各种数值模拟方法是当前研究的新方向[1、3]。本文以某电厂300 MW机组的脱硫塔为模拟对象，通过改变脱硫塔烟气的入口位置和方式，利用FLUENT软件模拟塔内流场，研究塔内的压力分布。

1 模拟对象及控制方程

1.1 模拟对象

模拟喷淋塔喷淋区如图1(a)所示。喷淋区的总高度为23 m，直径为13 m，烟气入口为4.8 m×8 m，与塔高方向夹角为80°，与浆液面的最近距离为1 m，烟气出口为3 m×10 m。图1(b)、(c)、(d)为改变入口位置和方式喷淋塔模型。

为了便于比较，图1所示塔型的出口位置不变，只改变入口位置和方式。图1(a)、 (b)、(c)入口与出口夹角分别为0°、45°及180°，图1(d)为2个对称进口。图1所示不同喷淋塔塔型所处理的总烟气量是固定的。

1.2 模型假设

根据脱硫塔的实际运行环境及工程条件要求，对喷淋塔内烟气流动情况作如下假设。

a. 将烟气看作不可压缩的牛顿流体，并用空气代替烟气。b. 忽略重力和入口效应对烟气速度的影响。c. 不考虑塔内喷嘴、除雾器和小部件对烟气流场的影响。

d. 不考虑蓄液池部分，并将蓄液池的液面视为静止液面。

e. 不考虑浆液的喷淋，忽略液相与气相的相互作用及传热传质。

图1 不同入口的喷淋塔

1.3 气相控制方程[4]

采用欧拉法将烟气处理为连续相对其进行描述。基于上述假设，喷淋塔气相流场的连续性方程为

动量方程为

式中:ρ为烟气密度，kg/m3;p为压强，Pa;ui为烟气在x，y，z上的分速度;V为烟气速度，m/s;Fi为浆液对烟气流场的反作用，N。由于未考虑喷淋对流场的影响，所以Fi=0。

2 数值计算结果与讨论

数值模拟条件见表1。

2.1 塔内流场分布

图2(a)、(b)、(c)为3种不同入口位置的喷淋塔内流场分布。对于入口和出口同向喷淋塔，烟气进入塔内直接撞击到与入口位置相对的墙体，在塔内形成巨大的环流，流场很不均匀。图2(b)入口烟气将发生旋转，形成2个“漩涡”，流场较图2(a)均匀。图2(c)烟气进入喷淋塔后，主气流直接撞击出口下面的墙壁，烟气在塔内的流程较短，不利于气液之间传质交换，而且进口位置占地面积较大。3种不同的入口位置在浆液处均形成了回流区，可以延长部分烟气在塔内的停留时间。但不利于浆面稳定，易形成浆液“起泡”[5]，强化虚假液面，影响喷淋塔的运行。图2(d)为两向入口的喷淋塔。由图2可见，由于2股气流的对冲，没有在中心截面形成漩涡，流场也比较均匀。该模拟结果可以为塔型的选择和烟气的进口设计提供借鉴。

表1 数值模拟条件

2.2 塔内压强分布

图3为不同塔型塔内压强分布的等高线图。模拟结果表明，不同塔型压强大小分布不同，但有一个共同特点:在入口对墙体处压强相对较大。根据渗透理论，此处有利于气液之间的传热传质[6];在塔的上部压强梯度比较大。该模拟结果可为塔的受力分析和喷口的布置提供借鉴。

由图4可知喷淋塔内的压强随高度增加先减小后增大。当入口与出口夹角为180°烟气在塔内的压降最大 (251 Pa)，夹角为45°时塔内的压降为170.2 Pa，夹角为0°时压降最小 (127.5 Pa)。说明随着入口与出口夹角的增大，喷淋塔的空塔阻力逐渐增大。从这个角度看，要依次选择压头大的风机。采用双入口方式时压降为194 Pa，出口与入口夹角为45°～180°，而且随高度的变化趋势也比较小。采用此种塔型可有利于气液传质。在实际运行中可以对入口位置和方式进行改造，达到减小压降损失的目的。