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该课题研究的目的是利用计算流体力学(CFD)更好的研究烟气脱硫系统中的多相流,将CFD技术引入WFGD工程的设计、技术改造及优化当中,缩短研发周期,节约研究经费,指导工程的设计和优化。因此,本文分两部分讨论了湿法烟气脱硫塔的上部喷淋塔和下部吸收塔的计算流体力学模拟结果。
第一部分研究了喷淋塔高径比、入口角度等因素对塔内气体分布的影响,进而优化喷淋塔结构,得出高径比为1,烟气入口角度15°至18°是最佳模拟工况。
首先,不同高径比下喷淋塔喷嘴横截面与A—A纵剖面的交线速度对比云图明确地显示了高径比为1时,可以获得更佳的气液混合效果以实现更佳的脱硫率。另外,高径比越小,意味着造塔成本越低。
其次,经过不同烟气入口角度的模拟比较,可以明显地观察到入口角度从15°增至18°的过程中,塔内气速分布大多保持在3.0m/s至5.6m/s的最优脱硫气速范围内,这样有助于烟气与喷淋浆液达到更佳的混合效果,亦即实现更好的脱硫效率。
第三,对比不同入口设置的模拟结果后可以得出:最佳的喷淋塔烟气入口设置为对置式双入口形式,该形式可以将气体较均匀的分散到全塔范围内且保证大部分气速分布位于3.0-5.6 m/s的最佳脱硫气速范围内。
第二部分以烟气脱硫吸收塔底部的浆液池为研究对象,采用CFD方法研究了侧入式搅拌的单相、气液两相的流动特性,以及不同搅拌桨转速对喷淋塔内部流场分布的影响。
距塔中心1m至4m范围内,190-210rpm转速下的液速明显大于转速为170,180rpm的情况,因此搅拌桨转速为190-210rpm时,叶轮的排量和推动力较佳。另外190-210rpm范围内,液体速度线型十分接近,若选取转速为190rpm时功率消耗较200,210rpm为小,因此190rpm为搅拌桨最优转速。
多相模拟结果表明:对于单相流动场,搅拌器在纵截面上形成大的环流,在搅拌器所在横截面上是射流流形,搅拌器左右两侧有两个大的环流;对于气液两相流动场,气相的引入明显改变了原有的流动结构。由于气相的引入,进气口附近的上升液体转移了大量动量,从而导致传递到塔中心处的动量大大降低。