氨法烟气脱硫喷淋塔烟气流场的数值模拟.pdf

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1、第34卷第1期东北电力大学学报Vo1．34．No．12014年2月JournalOfNortheastDianliUniversityFeb．，2014文章编号：1005—2992(2014)01—0010—06氨法烟气脱硫喷淋塔烟气流场的数值模拟洪文鹏，高天聪，张伟玲(东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012)摘要：利用Fluent13，采用标准～s模型和QUICK三阶差值的SIMPLE算法对某600MW机组的氨法脱硫喷淋塔烟气流场进行数值模拟。在不考虑喷淋液离散相对烟气的影响情况下，对比分析了不同的烟气人口角、塔径与烟气流动高度比、出口

2、方式和流场优化环位置对烟气流场的影响。结果表明，烟气入口角的增大、径高比的减小、顶出口方式和优化环与喷淋液膜区距离的增大，都可以使烟气流场更加均匀。为氨法脱硫喷淋塔的设计和运行提供一定的指导作用。关键词：数值模拟；氨法烟气脱硫；喷淋塔；几何参数中图分类号：TM76文献标识码：A煤燃烧的过程中会形成烟尘、SO、NO、CO以及微量重金属等多种有害物质，引起酸雨、温室效应、阴霆天气、臭氧层破坏等诸多环境问题⋯。虽然二氧化硫的任意排放会造成酸雨等严重的环境污染问题，但二氧化硫也是生产硫酸和化肥的重要原料之一。中国是传统的农业大国，氨法脱硫的副产品硫酸铵、亚硫酸

3、铵均是农业生产常用的化肥，其出售的收入能大幅降低运行成本，实现了硫资源的回收利用，更加符合国家建设循环经济的政策。因此，氨法烟气脱硫作为一种适合我国实际国情的脱硫技术Et益得到国内学者的广泛关注。在氨法脱硫领域涉及火电厂脱硫装置的研究较少，其中有如南京理工大学的贾勇等对填料塔氨法脱硫模型研究J，浙江大学丁红蕾对氨基湿法烟气脱硫的机理及工业试验研究l4J，浙江大学的郭瑞堂等采用优化构件对湿法烟气脱硫喷淋塔内流场的优化等，现有文献中涉及氨法脱硫喷淋塔的数值模拟较少。对于湿法脱硫通用的喷淋塔烟气流场模拟，有浙江大学的林永明对300MW机组WFGD烟气流场的模

4、拟J，王旭等对入口位置对喷淋塔流场影响的数值模拟的结果可以对脱硫塔的设计起一定的指导作用。但是前人针对大型喷淋塔，特别是600MW机组，烟气量达到2×10以上的喷淋塔进行模拟和几何结构的设计较少。本文在实验的基础上结合工程实际采用WFGD喷淋塔通用的研究方法，对烟气入口角、径高比、出口方式、流体优化环位置这几种几何结构影响的烟气流场进行模拟，为喷淋塔的几何尺寸以及塔内喷嘴的布置设计提供参考，并为气液两相模拟和流场优化奠定基础。1模拟对象与方法1．1模拟对象本文依照某600MW机组WFGD系统的喷淋塔为研究对象，结构如图1所示。喷淋塔分为上、下两个部分，

5、即烟气流通部分和氨液部分，其中烟气流通部分为主要反应区域，带有s0的烟气由烟气入口收稿日期：2013—10—10作者简介：洪文鹏(1970一)，男，辽宁省绥中市人，东北电力大学能源与动力工程学院教授，博士，主要研究方向：动力工程反工程热物理．第1期洪文鹏等：氨法烟气脱硫喷淋塔烟气流场的数值模拟进入喷淋塔，在塔内向上流动与向下喷淋的氨液充分混合发生脱硫反应，反应后夹杂液滴的烟气进入除雾器除去液滴，最后达到排放标准的烟气从烟气出口排出喷淋塔进入烟囱。同时回收的氨液可以经过氧化反应析出产物(NH)：S0。本文所模拟的喷淋塔几何参数有：烟气人口角，塔径与烟气流

6、通高度比，侧出口方式和顶出口方式，流体优化环位置。1．2模型假设与简化根据脱硫喷淋塔内烟气流动的实际情况，做如下模型假设：(1)将烟气视为不可压缩牛顿流体；(2)不考虑塔内喷淋管、除雾器等组件对烟气流场的影响；(3)入口边界条件认为来流速度充分发展且分布均匀；(4)暂小考虑塔氨液喷淋对烟气流场的影响。1．3计算网格划分【1脱硫喷淋塔结构为取得更高计算精度，本文采用ICEM商用网格划分软件，全部计算区域采用结构化网格，圆形塔体采用0型网格划分策略的结构化网格。在计算上可以有效的减少网格数并增加计算精度，经过网格尤关性讨论后，确定总体网格数量40万。网格划

7、分见图2。1．4数学模型及控制方程本文进行迭代求解所使用的方法采用有限体积法，建立数学模的控制方程包括三维的连续性方程、动城方程、湍动能和耗散率占的两个输运方程，它们的通用形式如下：+div(pU~o)=ff(，1gradcp)+S，(1)¨式巾：为通用变髓，代表不同的求解变量，速度““，；湍动能；耗散率；压力P；=1时方程为连续性2网格划分方程；为广义扩散系数；s为广义源相。对于喷淋塔内复杂的湍流，湍流的流动表示为时均值和脉动值之和，采用由Launder和Spalding提}“的标准一模型对时均雷诺项进行封闭¨。标准一模型是基于Boussinesq假

8、设的涡粘模型，即雷诺应力通过求解涡流粘性(湍流粘性)来对流场进行模拟，其中在标准k—模型中是湍