噴淋速度對脫硫噴淋塔內流場影響研究

摘要：濕法脫硫噴淋塔內流場的分布對脫硫效果有著較大的影響，本文采用數值模擬的方法，對采用不同噴淋速度時脫硫塔內流場分布狀況進行了分析。結果表明，對于同一塔型，采用較大的噴淋速度，可以提高脫硫塔內流場分布的均勻性。

關鍵詞：濕法脫硫；脫硫噴淋塔；噴淋速度

Abstract： Flow field in the wet desulfurization spray tower has a great influence on the desulfurization efficiency， this paper analysis the flow field in the tower by numerical simulation . Results showed that to the same type， adopt larger spray speed， can improve the uniformity of the distribution of flow field in the desulfurization tower.

Key words：wet desulphurization；desulfurization of spray tower；spray speed

濕法脫硫噴淋塔的設計以及脫硫效率受到脫硫塔內氣液兩相流動的直接影響[12]。對脫硫噴淋塔進行數值模擬，能更有效地分析其內部的流場及溫度場[35]。唐志永等[6]對某型脫硫噴淋塔空塔進行二維模擬，指出塔體形狀對流場影響較大。劉定平等[7]對某型切圓式噴淋塔流場進行數值模擬研究，結果表明噴嘴數量及其位置分布會影響塔內的氣流分布狀況。

目前脫硫塔數值模擬研究中，針對噴淋速度對塔內流場的影響研究較少，而循環漿液的噴淋速度對于塔內流場分布有著較大的影響。本文通過數值模擬的方法研究了采用不同噴淋速度時塔內的流場分布狀況。

1 物理模型

脫硫塔結構如圖1所示。煙氣沿圖中所示彎頭進入塔體，避免了煙氣由進口直沖向對向壁面，隨后上行依次通過旋流板，到達主要噴淋吸收區域。脫硫噴淋漿液由環形布置于噴淋層的噴嘴噴出，與上行煙氣逆向混合。

2 數學模型

噴淋塔內噴淋漿液以小液滴的形式離散分布在煙氣中，這種流形的求解適宜采用歐拉—拉格朗日方法。在計算中對煙氣用歐拉方法，漿液的處理則用拉格朗日方法。

2.1 連續相模型

脫硫塔內煙氣流速較低，壓力變化較小，隨流動產生的密度變化較小，模擬過程中將煙氣視為不可壓縮流體，定常流動對應的方程如下。

連續性方程：

漿液噴射進入塔內后與煙氣發生混合，在湍流旺盛區域采用Realizable kε模型，其方程如下：

對近壁面區域采用標準壁面方程求解，以節省運算資源。

2.2 離散相模型

采用DPM模型對噴淋漿液進行拉格朗日計算，將噴淋液滴視為離散相，其在拉格朗日坐標系下的運動方程：

式中：Fd為液滴的曳力，Fx為其他作用力，u為煙氣速度，up為液滴速度。

2.3 數值計算方法

煙氣出口位于脫硫塔上方，采用壓力出口設置。噴淋漿液作為離散相處理，位置設置為噴嘴在塔內空間分布的實際尺寸，噴嘴類型采用錐形噴嘴類型。壁面對液滴作用選用吸收類型，即漿液附著于壁面后部分蒸發，其余部分沿壁面向下流動。模擬過程中考慮漿液中水分的蒸發。由于所計算流場區域基本均勻且在對網格進行優化以后網格寬徑比較小，故采用SIMPLE算法，單精度計算[8]。

3 計算結果分析

本文研究過程中分別對噴淋速度為10m/s、15m/s、20m/s的情況進行了數值模擬分析，結果如下：

圖2所示是加入噴淋后，噴淋速度不同時噴淋塔內煙氣流線圖。由圖可以看出，講野噴淋速度不同時，噴淋塔內的煙氣流動狀態不同。由圖2（a）可以看出，噴淋速度為10m/s時，在噴淋層下方區域，煙氣流動已經開始發生變化，兩側高速向上流動的煙氣擴散過程受到擾動，在噴淋層下方主要吸收區域出現小的渦旋，煙氣到達該區域后速度方向發生改變，煙氣由直接向上沖出塔體變為在該區域有一定的回流現象出現；由圖2（b）（c），噴淋速度分別增大到15m/s和20m/s時，噴淋層下方主要吸收區域渦旋區域逐漸增大，擴散至該區域的煙氣受到的擾動狀況更加明顯。

圖3是噴淋速度不同時塔體中心截面上煙氣速度分布云圖。如圖3（a）所示，噴淋速度為10m/s時，煙氣進口側塔壁處煙氣流速最高達到10.5m/s左右，主要吸收區域壁面處煙氣速度最高達到5m/s；噴淋塔中心區域流速則在1m/s到2m/s之間；如圖3（b）所示，噴淋速度增大到15m/s時，在主要吸收區域煙氣速度大小從兩側塔壁到中心位置逐漸降低，且在該區域內煙氣速度大部分在1m/s到2m/s之間，漿液噴淋速度增大至20m/s時，如圖3（c）所示，噴淋塔中心位置附近較大區域的煙氣速度在1m/s到3m/s之間。煙氣流動速度在1m/s到4m/s之間時，有助于提高煙氣與漿液液滴的作用時間有利于吸收反應更充分的進行，由圖3可以看出，在主要吸收區域增大噴淋速度可以使處于該速度區間的空間比例變大且溫度分布趨于均勻，這樣有利于吸收反應的進行。

4 結論

通過調節漿液噴淋速度可以在一定程度上起到整流均布的目的，使在主要吸收區域處于較合理流速的煙氣比例增大。在運行工況允許的情況下，脫硫噴淋塔應該采用較大的噴淋速度以提高塔內流場分布的均勻性。

參考文獻：

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作者簡介：劉仲然（1990-），男，河南信陽人，碩士研究生，研究方向為煙氣脫硫技術。