塔型對脫硫噴淋塔阻力特性影響

李樹華

(華北電力大學，河北 保定 071003)

噴淋塔阻力是濕法煙氣脫硫系統阻力的主要構成，其大小直接關系到輔機選型和系統運行費用。研究噴淋塔的阻力特性對于噴淋塔的設計及運行優化有著重要的意義[1－2]。對于噴淋塔內阻力特性的研究除了實驗研究外，各種數值模擬方法是當前研究的新方向[1、3]。本文以某電廠300 MW機組的脫硫塔為模擬對象，通過改變脫硫塔煙氣的入口位置和方式，利用FLUENT軟件模擬塔內流場，研究塔內的壓力分布。

1 模擬對象及控制方程

1.1 模擬對象

模擬噴淋塔噴淋區如圖1(a)所示。噴淋區的總高度為23 m，直徑為13 m，煙氣入口為4.8 m×8 m，與塔高方向夾角為80°，與漿液面的最近距離為1 m，煙氣出口為3 m×10 m。圖1(b)、(c)、(d)為改變入口位置和方式噴淋塔模型。

為了便于比較，圖1所示塔型的出口位置不變，只改變入口位置和方式。圖1(a)、 (b)、(c)入口與出口夾角分別為0°、45°及180°，圖1(d)為2個對稱進口。圖1所示不同噴淋塔塔型所處理的總煙氣量是固定的。

1.2 模型假設

根據脫硫塔的實際運行環境及工程條件要求，對噴淋塔內煙氣流動情況作如下假設。

a. 將煙氣看作不可壓縮的牛頓流體，并用空氣代替煙氣。b. 忽略重力和入口效應對煙氣速度的影響。c. 不考慮塔內噴嘴、除霧器和小部件對煙氣流場的影響。

d. 不考慮蓄液池部分，并將蓄液池的液面視為靜止液面。

e. 不考慮漿液的噴淋，忽略液相與氣相的相互作用及傳熱傳質。

圖1 不同入口的噴淋塔

1.3 氣相控制方程[4]

采用歐拉法將煙氣處理為連續相對其進行描述。基于上述假設，噴淋塔氣相流場的連續性方程為

動量方程為

式中:ρ為煙氣密度，kg/m3;p為壓強，Pa;ui為煙氣在x，y，z上的分速度;V為煙氣速度，m/s;Fi為漿液對煙氣流場的反作用，N。由于未考慮噴淋對流場的影響，所以Fi=0。

2 數值計算結果與討論

數值模擬條件見表1。

2.1 塔內流場分布

圖2(a)、(b)、(c)為3種不同入口位置的噴淋塔內流場分布。對于入口和出口同向噴淋塔，煙氣進入塔內直接撞擊到與入口位置相對的墻體，在塔內形成巨大的環流，流場很不均勻。圖2(b)入口煙氣將發生旋轉，形成2個“漩渦”，流場較圖2(a)均勻。圖2(c)煙氣進入噴淋塔后，主氣流直接撞擊出口下面的墻壁，煙氣在塔內的流程較短，不利于氣液之間傳質交換，而且進口位置占地面積較大。3種不同的入口位置在漿液處均形成了回流區，可以延長部分煙氣在塔內的停留時間。但不利于漿面穩定，易形成漿液“起泡”[5]，強化虛假液面，影響噴淋塔的運行。圖2(d)為兩向入口的噴淋塔。由圖2可見，由于2股氣流的對沖，沒有在中心截面形成漩渦，流場也比較均勻。該模擬結果可以為塔型的選擇和煙氣的進口設計提供借鑒。

表1 數值模擬條件

2.2 塔內壓強分布

圖3為不同塔型塔內壓強分布的等高線圖。模擬結果表明，不同塔型壓強大小分布不同，但有一個共同特點:在入口對墻體處壓強相對較大。根據滲透理論，此處有利于氣液之間的傳熱傳質[6];在塔的上部壓強梯度比較大。該模擬結果可為塔的受力分析和噴口的布置提供借鑒。

由圖4可知噴淋塔內的壓強隨高度增加先減小后增大。當入口與出口夾角為180°煙氣在塔內的壓降最大 (251 Pa)，夾角為45°時塔內的壓降為170.2 Pa，夾角為0°時壓降最小 (127.5 Pa)。說明隨著入口與出口夾角的增大，噴淋塔的空塔阻力逐漸增大。從這個角度看，要依次選擇壓頭大的風機。采用雙入口方式時壓降為194 Pa，出口與入口夾角為45°～180°，而且隨高度的變化趨勢也比較小。采用此種塔型可有利于氣液傳質。在實際運行中可以對入口位置和方式進行改造，達到減小壓降損失的目的。

圖2 X=0截面的流場分布

圖3 塔內壓強分布

圖4 噴淋塔各截面壓強分布

3 結論

a. 脫硫塔的入口位置和入口方式對脫硫噴淋塔流場分布的影響很大。模擬結果可以指導實際運行。

b. k－ε方程能夠很好地預測脫硫塔內的流場，計算比較準確。

c. 脫硫塔入口位置和入口方式對塔內壓力損失的影響較大。模擬結果可用于脫硫塔的改造和選型。

[1]林永明，高 翔，施平平，等.大型濕法煙氣脫硫噴淋塔內阻力特性數值模擬 [J].中國電機工程學報，2008，28(5):28－32.

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