湿法烟气脱硫系统喷淋塔喷嘴特性与布置研究

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1、中国电力规划设计协会2007年度锅炉汽机专业技术交流大会论文集258中国电力规划设计协会2007年度锅炉汽机专业技术交流大会论文集湿法烟气脱硫系统喷淋塔喷嘴特性与布置研究湖南省电力勘测设计院张力浙江大学能源清洁利用国家重点实验室钟毅浙江蓝天求是环保集团有限公司施平平摘要：本文基于计算流体力学（CFD）技术，采用Fluent软件平台，针对典型300MW机组脱硫系统喷淋塔采用可视化技术对喷淋层间距、喷嘴压降、喷淋角变化时喷淋层喷淋效果、传质特性和阻力特性进行了数值模拟研究。结果表明喷淋层间距、喷嘴

2、压降与喷淋角度变化对覆盖效果影响很小，喷淋层间距、喷嘴压降和喷淋角增大均能增强气液传质，同时喷淋层阻力也随之增大。最后提出典型300MW机组WFGD浆液喷淋系统喷嘴选择与布置的推荐值。关键词：湿法烟气脱硫；喷嘴特性；喷嘴布置；阻力特性；数值模拟；气液传质；覆盖效果258中国电力规划设计协会2007年度锅炉汽机专业技术交流大会论文集1前言：随着国内环保要求的进一步严格，具有脱硫率高、运行可靠性高、脱硫剂利用率高等特点的石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺（WFGD）在我国已成为燃煤电站脱硫的主流技术。保证W

3、FGD系统脱硫效率的关键是保证吸收塔内有良好的气液传质，浆液喷淋系统喷嘴的作用是将石灰石浆液雾化为大量小液滴，提供足够的气液传质接触面积，从而有效脱除烟气中的SO2。喷嘴的性能与布置将影响塔内气液传质，因此开展针对喷嘴性能参数及喷嘴布置对气液传质影响的研究具有重要意义。对吸收塔研究和设计的传统方法是基于模化实验台试验得到一些参量间经验或半经验的宏观关联式，然后放大到实际工程中[1]。但此法存在着试验量大、费用高和周期长等不足，且所获得的数据比较有限，一些具有宏观特征量在设备和工程中实际存在的分布和放

4、大效应将会被忽略。随着计算流体力学（CFD）的发展，越来越多的研究人员将CFD技术引入WFGD工程的设计及优化当中。CFD技术不仅可以弥补和克服传统方法的缺陷，还可获取大量的局部、瞬时的数据，从而指导工程设计和优化[2]。本文基于CFD技术，对典型300MW机组石灰石－石膏脱硫系统采用可视化技术对喷嘴压降、喷嘴喷淋角、喷淋层间距变化条件下喷淋层喷淋效果、传质特性和阻力特性进行了研究，提出了喷嘴选型与布置的基本原则。2喷淋层喷嘴的选择与布置2.1喷淋层喷嘴选择与布置的一般原则选择合适的喷嘴和对喷嘴进行

5、合理布置对于保证系统性能与运行可靠性至关重要。进行WFGD的喷嘴设计时应考虑如下问题[3]:(l)根据工程实际情况确定喷嘴类型与材料。(2)根据所需的雾化液滴尺寸来确定喷嘴特性参数。(3)选择合理的喷嘴间距，一般水平间距取0.7-1.2m，垂直间距取1.5-1.7m[4]，可确保覆盖率和覆盖的均匀性。(4)在确定入口烟气量及根据工程具体情况选定合适的塔内烟气流速、液气比之后，塔径、浆液喷淋量随即确定，在塔截面内根据选定的喷嘴特性及确保气液有效传质所需的水平间距确定合理的喷嘴数量。2.2喷嘴特性参数喷

6、嘴的特性参数主要有喷嘴压降、喷雾角、喷嘴流量等。(l)258中国电力规划设计协会2007年度锅炉汽机专业技术交流大会论文集喷嘴压降是指浆液通过喷嘴通道时所产生的压力损失，主要与结构参数和浆液粘度等因素有关。压降越大，系统能耗也越大。一般WFGD喷淋系统喷嘴压降典型值为0.05－0.1MPa[7][8]。(2)喷雾角是指浆液离开喷嘴口后形成的液膜锥的锥角，主要受喷嘴孔半径、旋转室半径和浆液入口半径等因素影响。选择喷雾角时，必须与喷嘴在塔内布置相结合，保证塔内覆盖均匀度与覆盖率，通常要求喷淋角为9O～1

7、20°[3]。(3)喷嘴流量是指单位时间内通过喷嘴的体积流量，主要与压降、喷嘴结构参数等因素有关。喷嘴流量根据系统布置与工艺计算确定[3]。喷嘴流量与喷嘴压降一般有以下关系[6-9]：(1)其中：Q为喷嘴流量，m3/h；K为特性系数，由喷嘴具体型号确定；为喷嘴压降，MPa；由式(1)可知，对于给定喷嘴，确定了喷嘴流量就确定了喷嘴工作压力。2.3喷淋系统的覆盖率喷淋覆盖率是指喷淋层覆盖的重叠度，它由喷淋覆盖高度、喷淋角来确定[9]。覆盖高度是指液膜离开喷嘴后至破碎前的垂直高度[5]，典型值取1m[3]

8、。喷淋覆盖率的计算公式如式（2）所示[9]：（2）其中：为覆盖率，％；n为单层喷嘴数量；A0为单个喷嘴的覆盖面积，m2；A为吸收塔的截面积，m2。工程设计时通常要求塔内喷淋覆盖率为200%～300%，且覆盖比较均匀[3]。进行喷淋层间距选择时还必须要考虑喷嘴液流与母管、支管和支撑的碰撞对覆盖率的影响[9]。3建模与计算3.1模拟对象浆液池进口出口喷淋区除雾区图1WFGD吸收塔示意图Fig1SketchofWFGDabsorber本文模拟的对象为如图1所示的喷淋塔，烟气