循环流化床脱硫塔气固两相流场优化的数值模拟研究

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循环流化床烟气脱硫是以循环流化床原理为基础,通过固体吸收剂在反应塔内多次的再循环,使烟气中S02与吸收剂充分接触,从而大大地提高吸收剂的利用率。 根据拟建的循环流化床脱硫塔实际结构和运行参数,通过建立数值模拟平台对循环流化床脱硫塔内气固两相流场进行数值模拟试验。对塔内气、固两相流动分别采用欧拉方法和拉格朗日方法进行处理,即用欧拉方法模拟连续的气相,用拉格朗日方法跟踪计算离散颗粒相。将气相场看作粘性流体紊流流动,对连续气相采用基于N-S方程的湍流k-ε模型,对离散颗粒相采用直接模拟蒙特卡诺(DSMC)方法求解。由于脱硫塔内颗粒的体积浓度相对较稀,采用单相耦合方法,即仅考虑连续气相对离散颗粒相的作用,而忽略离散颗粒相对连续气相的反作用。 对目前厂家所采取的初始方案,脱硫塔内进气口对面一侧的流速大于进气口侧的流速,塔体内在进气口一侧存在显著的回流,塔内气固两相流场存在显著的不对称性。为将塔内流场调节均匀,在所建立的数值模拟平台上对大量设想的调节方案进行了尝试、比较和筛选。模拟结果表明:采用调整文丘里管直径、加装直导流板或加装弯曲导流板均能够使塔内气固两相流场达到理想对称状态,使得塔内流场明显改善:其中,加装弯曲导流板调节方案所得流场最好,改变文丘里管直径和加装直导流板方案工程施工容易,但改变文丘里管直径调节方案加工困难,加装直导流板所造成的阻力损失相对较大,全面考虑则加装弯曲导流板调节方案效果最佳。 在此基础上,针对循环流化床回料喷口的个数和位置对塔内流场产生的影响进行了比较和探讨。结果表明:针对四种不同的方案在设计工况条件下,安装三个脱硫剂喷口时塔体颗粒分布不够均匀,增加到四个喷口以后颗粒分布明显均匀,增加到六个甚至八个喷口虽然可以得到更好的调节效果,但是安装难度和成本也都要相应变大,因此可认为四个脱硫剂喷口对置最合适。 上述对脱硫塔结构调节方案的研究以及对回料喷口个数和位置的研究,都是为了能增加最终循环流化床的脱硫效率。从脱硫反应的数值模拟结果可以看出,经过调整流场后各方案的脱硫效率均要高于流场调整前的脱硫效率,这主要是由于流场分布均匀,增加了气固两相接触所造成。不同调节方案的脱硫效果略有差异,管径调节方案的脱硫效率最高,加装直导流板调节方案次之,而加装弯曲导流板调节方案增加的最少,但与初始方案相比均能显著的提高脱硫效率。
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