大型湿法脱硫喷淋塔空塔流场数值模拟研究

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1、8东北电力技术2009年第9期；研究大型湿法脱硫喷淋塔空塔流场：与：应用数值模拟研究‘IIllIlINumericalSimulationforHollow·—spraying——towerFlowFieldoflarge—scaleWetDesulphurisati0nSprayingTower王旭(华北电力大学，河北保定071003)摘要：对大型脱硫塔进行合理的模化和简化，采用国际流行的商用CFD(ComputationalFluidDynamics)软件Fluent对湿法脱硫立式喷淋塔空塔进行了二维数值模拟。在计算中选取一模作为计算模型，用SIMPLE算法进行计

2、算。计算结果表明，空塔流场气流速度分布不均。关键词：喷淋塔；Fluent软件；数值模拟；k一8模型；优化[中图分类号]X701．3[文献标识码]B[文章编号]1004—7913(2009)09—0008—03喷淋塔是湿法烟气脱硫工程中的常见设备。某吸收塔浆液区高为11．50m。人口烟道为下倾烟电厂用于脱硫工程的喷淋吸收塔如图1所示，石灰道，截面为正方形，边长为3．8m。出口烟道与进石浆液通过循环泵送至塔中不同高度布置的喷淋层口烟道沿塔中心对称。在塔内用一高为26．89m的的喷嘴。浆液雾滴从喷嘴向下喷出形成分散的小液竖直隔板将塔分为喷淋区和非喷淋区2个部分，隔滴并向下掉

3、落，同时烟气逆流向上流动，在此期板距塔中心2．5m，板下部没入浆液池中。在喷淋间，气液充分接触并对烟气中的二氧化硫进行洗区内l3．5m、18．2m、22．9m不同高度上分别布涤．．置喷淋管，每层喷淋层的喷嘴有168个(包括放水、放气喷嘴各1个)。在计算中不考虑除雾器、喷淋管及浆液池的影响，简化后的模型如图2所示。烟气进口烟气出口图1湿法烟气脱硫喷淋塔实际运行表明，影响湿法烟气脱硫效率的关键烟气进气出口因素是塔内复杂的流场。对于喷淋塔，仅靠试验难以揭示塔内的流动情况，因此数值模拟在认识喷淋图2脱硫塔简化模型塔烟气流动规律与设计方面起到重要的作用J。将图2所示的脱硫喷淋塔

4、模型导入CFD软件的前处理模块进行网格化。计算区域选取浆液池表1塔内烟气流动模型的建立面以上至出口烟道的区域。所选取的模拟截面为脱1．1物理模型硫塔(包括进、出口烟道)对称纵截面。在模拟CFD模拟工作的第一步是建立脱硫塔的物理中用空气代替烟气，因为主要侧熏于流场的研究，模型，并对所模拟的问题进行物理上的简化。如图先不予考虑流场中的传热传质。1所示，脱硫塔总高度为41．10m，直径为16m，1．2烟气流动的数学模型2009年第9期东北电力技术9对吸收塔进行物理上的简化后，需要从数学角蠢■-■■度建立控制方程组，并将其离散化、线性化以进行llI_lil；一迭代求解。将雷诺

5、时均Ⅳ一5方程作为控制方程，选用标准一湍流模型对气相湍流进行模拟。大量的模拟及校验结果表明，该模型可成功用于无旋及弱旋的二维回流流动。由于脱硫塔内存在回流，且计算区域较大，选取k一双方程模型可以达到一定精度，并使得计算量较小，易收敛。选用SIMPLEC算法求解脱硫塔内的流场分布。2数值模拟结果2．1喷淋塔内的气相湍流流场分布数值模拟结果表明，烟气沿烟道进入塔内的流场并不均匀。由图3可见，烟气流场呈现出沿烟道顶部速度高，烟道中部速度低，而在底部甚至出现塔内烟气倒流的现象。‘0；；摹j=囊：j：‘’：：：‘：、：：、：^、，(，／．．．⋯一⋯⋯、、～，、、’107e4'0

6、1图3塔内流场分布高速烟气经烟道进入脱硫塔塔体后，直接冲击与进口烟道相对的隔板，受阻后被迫改变方向向上偏折，依次经过3个喷淋层(未喷淋)到达塔顶部。在喷淋区内，塔的中部和上部流场呈现出由隔板到塔壁速度递减。在塔的中部，由于塔壁压力约束，导致部分烟气沿左侧塔壁回流，与进口烟气汇合，在塔中部形成一个逆时针方向的涡，如图4所示。此外，另有一部分进口烟气在冲击隔板受阻后图6烟气在非喷淋区的流场分布向下偏折，沿浆液池表面回流至烟气进口段，沿右侧隔板向下偏折，之后与进口处烟气形成合流，构成一个顺时针方向的涡，如图5所示。图6为烟气在非喷淋区的流场分布，烟气经隔板后向下流动，是一个

7、由上向下收缩的过程。这是由于该处流经的横截面是半圆形，受到其圆形边界的约束及边界层和塔壁阻力影响的原因。由图6可见，其流场分布也不均匀。在接近塔壁处气流速度图7非喷淋区内形成的涡高，隔板附近速度低，并出现一个顺时针方向的10东北电力技术2009年第9期由此可见，此脱硫塔空塔湍流流场的0主要8特征6面4，气流2速度呈O递减趋势。并在出口烟道中又有涡就是存在这3个涡。出现，如图11所示。这是由于在接近烟道下壁面2．2各截面气速分布的气速高，烟气撞击到上壁面，一部分烟气沿上壁沿塔高方向各个截面的气速分布如图8所示，面向左流动，与塔内流出的烟气汇流，形成一个