急冷塔傳熱過程模擬及結構優化

毛宇，黃衛星

（四川大學化學工程學院，成都 610065）

目前對于高溫煙氣急冷塔的設計思路有較為系統的闡述[1]，同時對于急冷塔中的核心部件——雙流體噴槍，也有較為詳細的描述[2]；但模擬方面的研究還不夠深入，不僅需要了解操作參數對于急冷塔運行的影響[3-4]，還應當對結構參數進行優化。本文從順逆流噴射方式的優缺點出發，根據溫度場分布進行區域劃分，并說明結構參數可進一步優化的可能性，最后給出特定工況下結構參數優化計算的方法，為大范圍操作工況下的急冷塔結構優化設計提供參考。

1 噴射方式的選擇

煙氣與噴霧液滴之間有順流噴射和逆流噴射之分，兩種噴射方式的簡化物理模型如圖1 所示，表1 是急冷塔相關參數，煙氣主要成分CO2、O2、N2，H2O 摩爾分率占比分別為11.2 %、5.2 %、70.5 %、13.1 %，噴霧參數為50 μm、35 m/s、27.5°（半角）。

圖1 順流噴射(左)和逆流噴射(右)Fig.1 Co-current injection (left) and countercurrent injection (right)

表1 急冷塔相關參數Table 1 Relevant parameters of quench tower

圖2 為兩種噴射方式下X=0 截面的溫度云圖，順流噴射時的蒸發區域較為狹長，而逆流噴射的蒸發區集中在噴嘴附近，且塔內最低溫度更小。圖3 為塔內平均溫度變化，順流噴射時，塔內平均溫度下降較為平緩，而逆流噴射時，溫度在噴嘴附近區域急劇下降而后緩慢變化。

為了定量描述塔內溫度的均勻性，定義溫度均勻性指標Tu= 1-r（r為塔截面溫差絕對值與其平均溫度的比值）對溫度場進行分析。圖4 為塔內溫度均勻性變化，雖然順流噴射在出口處的溫度均勻性略優于逆流噴射，但出口前溫度均勻性較差，也就是說，順流噴射適用于塔體較高的情況，只有在到達一定的高度后，才能體現出溫度均勻性更好的特 點。……