劉嘉宇，劉亞明， 郝雅潔，袁竹林， 楊林軍(.東南大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京，0096；.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 電力科學(xué)研究院，廣東 廣州，50080)

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濕法脫硫塔內(nèi)脫硫漿液運(yùn)動(dòng)特性

劉嘉宇1，劉亞明2， 郝雅潔1，袁竹林1， 楊林軍1
(1.東南大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京，210096；
2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 電力科學(xué)研究院，廣東 廣州，510080)

摘要：為了分析濕法脫硫塔運(yùn)行中所存在的問題，以600 MW機(jī)組濕法煙氣脫硫噴淋塔為研究對象,使用數(shù)值模擬方法對塔內(nèi)兩相流場進(jìn)行研究，獲得濕法脫硫塔內(nèi)流場分布以及不同粒徑液滴的運(yùn)動(dòng)軌跡、 逃逸率及停留時(shí)間。研究結(jié)果表明：2 mm以上粒徑液滴在塔內(nèi)分布較均勻，1mm以下粒徑液滴運(yùn)動(dòng)受流場影響明顯，使其數(shù)量分布集中于塔內(nèi)低速區(qū)；當(dāng)液滴粒徑小于0.2 mm時(shí)，逃逸率幾乎為100%；當(dāng)液滴粒徑大于0.2 mm時(shí)，液滴逃逸率曲線隨著粒徑增大迅速減小，直至當(dāng)逃逸率為20%時(shí)，逃逸率曲線開始緩慢下降；隨著粒徑的增大，液滴停留時(shí)間曲線具有峰值，且該峰值粒徑也是在逃逸率曲線中開始緩慢下降處的粒徑；流場不均勻性導(dǎo)致 0.8 mm以下粒徑液滴逃逸率降低，0.8 mm以上粒徑液滴逃逸率增大，同時(shí)導(dǎo)致下落液滴停留時(shí)間減少。

關(guān)鍵詞：氣液兩相流；動(dòng)量傳遞；數(shù)值模擬；煙氣脫硫；石膏雨

石灰石?石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)如今已應(yīng)用廣泛，但是濕法脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行中的一些問題也日益凸顯，石膏雨現(xiàn)象就是其中之一，其產(chǎn)生的原因是脫硫塔內(nèi)的石膏漿被煙氣攜帶，在煙囪周圍飄落含有石膏漿液雨滴，對周圍的環(huán)境形成污染[1]。目前在采用濕法脫硫的火力發(fā)電廠中，幾乎都存在石膏雨現(xiàn)象[2]。濕法脫硫凈煙氣中攜帶的石膏漿液是形成石膏雨現(xiàn)象的根源，如何從源頭對石膏雨現(xiàn)象的發(fā)生進(jìn)行控制，需要對脫硫塔內(nèi)氣液兩相流場進(jìn)行深入研究，以便在此基礎(chǔ)上尋求有效的解決途徑。根據(jù)脫硫塔的傳熱傳質(zhì)分析可知，脫硫塔內(nèi)液滴粒徑、煙氣流速都對漿液液滴的夾帶與煙氣脫硫效率產(chǎn)生重要影響。小液滴脫硫反應(yīng)比表面積更大，但是也更容易被煙氣夾帶出去，大液滴比表面積更小，但是更容易沉降，對煙氣流場的整流作用也更強(qiáng)。脫硫塔內(nèi)煙氣流場速度分布則直接影響漿液液滴的運(yùn)動(dòng)軌跡與停留時(shí)間，同時(shí)還會(huì)影響下游除霧器的除霧效率。目前國內(nèi)外已有許多研究者在這方面進(jìn)行研究，具有代表性的報(bào)道包括：王穎聰[3]通過分析濕法脫硫煙氣特性及石膏雨現(xiàn)象，指出在煙氣流場不均、流速過高或除霧器型式布置不合理時(shí)，除霧器效果變差，凈煙氣中留存的石膏漿液或液滴會(huì)更多；郭程程等[4]針對吸收塔內(nèi)流場不均勻的現(xiàn)象提出了通過調(diào)整除霧器和吸收塔漿液噴嘴布置消除石膏雨的改造方案；MAROCCO等[5]采用多相流歐拉?拉格朗日方法對濕法脫硫塔進(jìn)行數(shù)值模擬，并與試點(diǎn)電廠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對比，驗(yàn)證了該方法的可靠性；XIAO 等[6]對濕法脫硫吸收裝置進(jìn)行數(shù)值模擬獲得顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡，并指出液滴分布的均勻性與煙氣入口導(dǎo)葉片有密切聯(lián)系；楊勇平等[7]對國華定州電廠600 MW機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)除霧器前煙道流場進(jìn)行模擬，給出優(yōu)化改造方案，運(yùn)行情況表明改造后除霧器的除霧效率有了較大提高?？偟膩碚f，目前對濕法脫硫塔內(nèi)流場進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究還存在很大難度，所以，現(xiàn)有研究多數(shù)是通過分析石膏雨產(chǎn)生原因來對運(yùn)行參數(shù)以及結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，尚停留在工業(yè)應(yīng)用階段。這種方法在一定程度上減小石膏雨現(xiàn)象，但是由于缺乏對塔內(nèi)復(fù)雜流場信息的掌握，因此，還存在其局限性，雖然已有學(xué)者通過采用數(shù)值模擬的方法研究其流場分布情況來尋找改善石膏雨現(xiàn)象的途徑，但還不夠完善[9?15]。本文作者以典型600 MW發(fā)電機(jī)組濕法脫硫噴淋塔為研究對象，采用歐拉與拉格朗日相結(jié)合的方法，分別描述煙氣與液滴在脫硫塔內(nèi)的三維運(yùn)動(dòng)特性，研究煙氣流場在塔內(nèi)的流場分布情況，獲得不同粒徑液滴在塔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡、逃逸率、停留時(shí)間等信息，并分析流場不均勻性對液滴夾帶特性的影響。

1　描述石膏漿液在脫硫塔內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)學(xué)模型

為了能夠觀察和統(tǒng)計(jì)脫硫漿液液滴的運(yùn)動(dòng)軌跡和停留時(shí)間等信息，將煙氣和液滴分別采用歐拉和拉格朗日方法進(jìn)行描述。拉格朗日方法可以在計(jì)算過程中跟蹤每個(gè)液滴顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡并儲(chǔ)存每一時(shí)刻顆粒的位置狀態(tài)信息，更便于獲得本文所需要的信息。

1.1物理模型

煙氣脫硫塔結(jié)構(gòu)如圖1所示。煙氣沿水平下傾煙道進(jìn)入塔體，在上升過程中依次經(jīng)過 3個(gè)噴淋層，脫硫漿液由均勻布置于噴淋層的霧化噴嘴引入，與煙氣形成逆流接觸。經(jīng)過洗滌之后的煙氣從出口截面進(jìn)入除霧區(qū)，吸收 SO2之后的噴淋液下落至漿液池。選擇漿液池表面以上至出口煙道作為計(jì)算區(qū)域，計(jì)算中不考慮除霧器、噴淋管以及漿液池對流場的影響，將漿液池表面作為壁面邊界處理。所需截面a?a′和b?b′如圖2所示。

數(shù)值模擬的計(jì)算建立在離散化的基礎(chǔ)上，因此，建立噴淋塔的三維模型，并將其空間離散化。以200 mm 網(wǎng)格尺度對脫硫塔進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將除霧區(qū)及以下區(qū)域均選用規(guī)則網(wǎng)格劃分，塔頂區(qū)域計(jì)算區(qū)域?yàn)榉且?guī)則網(wǎng)格。通過劃分更細(xì)網(wǎng)格并進(jìn)行計(jì)算比較可知：本文所使用的網(wǎng)格劃分細(xì)度已經(jīng)能夠完整表現(xiàn)塔內(nèi)的流場細(xì)節(jié)。

圖1　濕法脫硫塔示意圖Fig.1　Diagram of wet desulfurization tower

圖2a?a′和b?b′截面示意圖Fig.2Diagram of a?a′and b?b′section

1.2連續(xù)相數(shù)學(xué)模型

將煙氣視為連續(xù)相，采用歐拉法對其進(jìn)行描述。不可壓縮煙氣流場的連續(xù)性控制方程為

動(dòng)量守恒控制方程為

式中：p為靜壓；τij為應(yīng)力張量；ui為i方向上的速度；ρgi和Fi分別為i方向上的重力體積力和外部體積力。在本文中，F(xiàn)i表示漿液滴對煙氣流場的反作用力。

采用標(biāo)準(zhǔn) k?e 湍流模型來模擬塔內(nèi)煙氣湍流運(yùn)動(dòng)，該湍流模型將雷諾應(yīng)力表示成湍流黏性系數(shù)的函數(shù)，適用于弱各向異性的湍流充分發(fā)展區(qū)域，具有簡單且計(jì)算精度高的特點(diǎn)。

1.3描述離散液滴運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型

顆粒的運(yùn)動(dòng)方程為

式中：up為顆粒速度，m/s；u 為連續(xù)相時(shí)均速度，m/s；ρp為顆粒密度，kg/m3；ρ 為連續(xù)相密度，kg/m3；F 為作用于顆粒的其他作用力(除了重力和煙氣對其的曳力)。

由于在煙氣脫硫塔的應(yīng)用中典型的液滴平均粒徑在1500～3 000 μm之間[8]，所以，可忽略主要對微小顆粒產(chǎn)生作用的薩夫曼升力等作用力。本文在液滴運(yùn)動(dòng)的計(jì)算中，只考慮曳力和重力作用。

1.4氣液兩相間相互動(dòng)量交換的耦合方法

煙氣由吸收塔底部進(jìn)口截面沿下傾煙道進(jìn)入塔體，在上升過程中依次經(jīng)過 3個(gè)噴淋層。脫硫漿液由均勻布置于噴淋層的霧化噴嘴引入，與煙氣形成逆流接觸，此過程包含煙氣與脫硫漿液間強(qiáng)烈的動(dòng)量的交換過程。由于液滴和煙氣均按照穩(wěn)定速率噴入，且液滴在塔內(nèi)所占體積分?jǐn)?shù)為1.4%，所以，可假設(shè)塔內(nèi)流場處于穩(wěn)定狀態(tài)，即當(dāng)脫硫塔運(yùn)行穩(wěn)定后，其塔內(nèi)流場不隨時(shí)間變化。因此，采用氣液雙向耦合的穩(wěn)態(tài)流場算法，最終獲得加入液滴噴淋后的固定的塔內(nèi)煙氣流動(dòng)速度分布。

本文采用的氣液雙向耦合具體計(jì)算過程是：先計(jì)算連續(xù)相流場(此時(shí)計(jì)算域中不存在離散相)并使其收斂，然后在計(jì)算域中引入離散相，計(jì)算從每個(gè)噴射源開始的顆粒軌道。當(dāng)顆粒穿過每個(gè)空間網(wǎng)格時(shí)，通過計(jì)算顆粒的動(dòng)量變化來求解連續(xù)相傳遞給離散相的動(dòng)量值。這個(gè)動(dòng)量交換作為動(dòng)量“匯”作用到隨后的流體相動(dòng)量平衡計(jì)算中。在經(jīng)過若干次的連續(xù)相流場的迭代計(jì)算后，得到一個(gè)修正后的連續(xù)相流場，然后停止連續(xù)相流場的計(jì)算，再次引入離散相，計(jì)算顆粒軌道并得到一組新的動(dòng)量交換值，然后進(jìn)行若干次連續(xù)相流場的計(jì)算。重復(fù)以上步驟，直至連續(xù)相與離散相的計(jì)算結(jié)果都不會(huì)因?yàn)槔^續(xù)耦合計(jì)算而發(fā)生改變時(shí)視為結(jié)果收斂。在具體計(jì)算過程中，為避免因離散相對連續(xù)相流場影響過大而導(dǎo)致的計(jì)算發(fā)散情況，一般需要減小由離散相產(chǎn)生的動(dòng)量源項(xiàng)的影響因子，這樣雖然減慢了收斂速度，但保證了計(jì)算的穩(wěn)定性。

2　數(shù)值模擬結(jié)果及分析

2.1計(jì)算條件

以現(xiàn)有 600 MW 發(fā)電機(jī)組的濕法脫塔作為參考[9]，選用典型結(jié)構(gòu)、運(yùn)行參數(shù)作為本次數(shù)值模擬的初始條件，如表1所示。

液滴由噴淋層上均勻分布的89個(gè)噴嘴噴出，通過賦予每個(gè)液滴的初始位置以及相應(yīng)的初始速度來模擬中空螺旋噴嘴的噴淋情況。取噴淋角為 90°，噴淋初始速度值為10 m/s。在以噴嘴位置為頂點(diǎn)向下擴(kuò)展的錐形面中隨機(jī)獲取1個(gè)位置作為某一液滴的初始位置，假設(shè)噴嘴到液滴位置的向量方向?yàn)橐旱纬跏妓俣鹊姆较?，從而可以獲得該液滴沿3個(gè)坐標(biāo)軸方向的速度分量。

2.2氣相場結(jié)果及分析

塔內(nèi)煙氣與液滴形成逆流接觸，液滴噴淋會(huì)改變塔內(nèi)煙氣流場的分布，同時(shí)液滴運(yùn)動(dòng)也受到煙氣流場的影響。對塔內(nèi)流場分布特點(diǎn)進(jìn)行分析可以更好地研究各粒徑液滴運(yùn)動(dòng)信息。

表1　脫硫塔幾何及運(yùn)行參數(shù)Table1　Geometrical and operating parameters of wet desulfurization tower

噴淋塔流線圖如圖3所示。煙氣進(jìn)入吸收塔后，一部分沿入口端近壁面直接流向出口，另一部分由于受到液滴噴淋的影響在吸收塔的下部產(chǎn)生漩渦后沿著入口對面壁面向上流至出口。圖4所示為氣相場速度矢量圖。從圖 4(a)可知：塔內(nèi)煙氣流速呈現(xiàn)中間低、四周高的整體分布。單側(cè)進(jìn)氣以及單側(cè)出口的布置使一股煙氣沿著近壁面由入口快速流向出口，由于近壁面處流場液滴覆蓋率較小，這股氣流以較大速度通過吸收區(qū)到達(dá)出口。這一部分煙氣與液滴接觸不夠充分，會(huì)降低煙氣脫硫效率，并增加該區(qū)域液滴夾帶率。而在塔中心處，由于受到液滴噴淋的影響，煙氣折返向下流動(dòng)。綜合分析圖 4(b)可知，這股氣流折返后小部分沿著入口對面壁面流至出口，大部分分成 2股氣流分別沿著入口左右兩側(cè)壁面向上流至出口，從而在噴淋層下部形成2個(gè)氣流速度較大的漩渦。

總體來說，入口側(cè)的煙氣短路現(xiàn)象、塔下部的高速漩渦以及中心低四周高的速度分布是脫硫塔內(nèi)流場的明顯特征。

圖5所示為噴淋層截面速度云圖。從圖5 可知：吸收塔中心稍偏離入口處存在一個(gè)低速區(qū)，而塔壁周圍速度明顯偏高，其中入口左右兩側(cè)壁面處速度最大，由圖3可知這是由折返氣流集合沿壁面向上運(yùn)動(dòng)所致。隨著高度的增加，塔內(nèi)流場趨于均勻，但是中心的低速區(qū)仍然存在。

圖3　氣相場流線圖Fig.3 Motion patterns of gas field

圖4氣相場速度矢量圖Fig.4 Velocity vector diagrams of the gas field

圖5　噴淋層截面速度云圖Fig.5　VelocityCloud picture of spraying layer sections

2.3不同粒徑噴淋液滴軌跡比較

在上述流場中，讓噴淋層噴嘴同時(shí)噴入同一粒徑示蹤液滴，然后記錄每個(gè)液滴的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以更加直觀地觀察某一粒徑液滴在塔內(nèi)的數(shù)量分布以及分析夾帶液滴的特征。本文選取4種典型液滴軌跡圖進(jìn)行分析。

圖6所示為噴嘴噴入粒徑為2 mm的液滴運(yùn)動(dòng)軌跡。從圖 6可知：粒徑在塔內(nèi)分布較均勻，由于單側(cè)進(jìn)風(fēng)的原因，液滴軌跡偏向入口對面壁面，導(dǎo)致入口端液滴數(shù)量分布偏低。同時(shí)，由于壁面附近煙氣速度較高，部分靠近壁面的液滴無法下落而最終撞至壁面。

圖7所示為1mm粒徑液滴運(yùn)動(dòng)軌跡。從圖7可知：與2 mm粒徑液滴相比，液滴偏離入口的現(xiàn)象更加明顯，液滴軌跡相對集中于中心低速區(qū)，并從塔下部2個(gè)高速漩渦中間通過最后落入漿液池。

圖6　2 mm粒徑液滴運(yùn)動(dòng)軌跡Fig.6　Trajectory of droplets with a diameter of2mm

圖7　1mm粒徑液滴運(yùn)動(dòng)軌跡Fig.7　Trajectory of droplets with a diameter of1mm

圖8　0.5 mm粒徑液滴運(yùn)動(dòng)軌跡Fig.8　Trajectory of droplets with a diameter of 0.5 mm

圖8所示為0.5 mm粒徑液滴軌跡。由圖8可知：大量液滴被煙氣夾帶至除霧區(qū)，部分液滴從塔中心處低速區(qū)下落。由于塔壁附近煙氣流速較大，噴淋層中布置在壁面附近的噴嘴噴淋液滴多數(shù)被夾帶向上運(yùn)動(dòng)，下落液滴的噴淋位置大部分處于低速區(qū)上方噴嘴。同時(shí)，液滴在下落過程中會(huì)不斷向低速區(qū)集中，在此雙重作用的影響下，下落液滴運(yùn)動(dòng)軌跡非常集中。而在快落至漿液池時(shí)，液滴受到折返煙氣沿壁面上升的作用而具有往四周壁面運(yùn)動(dòng)的趨勢。

圖9所示為0.3 mm粒徑液滴軌跡。從圖9可知：該粒徑液滴由于跟隨性較強(qiáng)，幾乎全部帶至除霧區(qū)。只有低速區(qū)上方少量液滴能夠下落，當(dāng)落至漿液池附近時(shí)，下落液滴又隨著煙氣從入口對面壁面上升最終撞至壁面。

分析圖 6～9 可知：2 mm 以上粒徑液滴在塔內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡稍偏離入口，整體數(shù)量分布較均勻；1mm 以下粒徑液滴在吸收區(qū)的數(shù)量分布開始向塔內(nèi)低速區(qū)集中，粒徑越小數(shù)量分布越不均勻，這樣的分布不利于脫硫漿液的有效利用。而液滴夾帶則與噴淋位置有關(guān)，噴淋位置靠近壁面，夾帶率高，噴淋位置靠近塔中心低速區(qū)則夾帶率低。

圖9　0.3 mm粒徑液滴數(shù)量分布Fig.9　Trajectory of droplets with a diameter of 0.3 mm

圖10　模擬流場中分級逃逸率Fig.10　Hierarchical escape rate of droplets in simulation flow field

2.4各粒徑液滴的分層逃逸率

圖10 所示為各粒徑液滴在各噴淋層噴淋時(shí)的分級逃逸率。由圖10可知：粒徑在0.2 mm以下的液滴幾乎全部被煙氣夾帶至除霧區(qū)，而1.2 mm 粒徑以上的液滴幾乎不會(huì)被夾帶；在液滴小于 0.8 mm 后，液滴的逃逸率迅速上升，直到 0.2 mm 時(shí)逃逸率接近100%。同時(shí)，液滴粒徑小于0.8 mm后，噴淋層之間的液滴逃逸率差別較大，上層噴淋層逃逸率最大，下層噴淋層逃逸率最小。

為了研究塔內(nèi)均勻性對液滴逃逸率的影響，同時(shí)計(jì)算在同等煙氣流量下絕對均勻流場中各粒徑液滴的分級逃逸率曲線。圖11所示為均勻流場中分級逃逸率。從圖11可知：液滴逃逸率發(fā)生突變的粒徑為0.8 mm，即當(dāng)液滴粒徑大于等于0.8 mm時(shí)逃逸率為0，當(dāng)液滴粒徑小于0.7 mm時(shí)液滴逃逸率達(dá)到70%以上。此后，隨著粒徑的減小，逃逸率逐漸上升，直至0.2 mm時(shí)逃逸率接近1。

圖11　均勻流場中分級逃逸率Fig.11　Hierarchical escape rate of droplets in assumed uniform flow field

比較圖10 模擬真實(shí)流場與圖11假設(shè)的均勻流場中液滴逃逸率曲線可知：流場的不均勻性減少了0.7 mm以下粒徑液滴的總體夾帶，但由于該類液滴下落的運(yùn)動(dòng)軌跡被限制在了塔內(nèi)中心的低速區(qū)，導(dǎo)致這部分液滴也不會(huì)得到有效利用；流場不均勻性同時(shí)導(dǎo)致一部分粒徑大于等于 0.8 mm 的液滴被煙氣夾帶進(jìn)入除霧區(qū)，這部分液滴會(huì)加重除霧系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，加重除霧系統(tǒng)二次夾帶以及阻塞問題。

2.5各粒徑液滴的分層停留時(shí)間

圖12所示為不同粒徑液滴在各層噴淋層噴淋時(shí)的停留時(shí)間曲線，該時(shí)間是指某一粒徑下所有液滴在漿液池表面至除霧區(qū)下部范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)的平均時(shí)間。由圖12可知：每層噴淋層停留時(shí)間曲線都有1個(gè)峰值，而隨著噴淋高度的增加，其峰值對應(yīng)的粒徑也隨之增大，下、中、上3層噴淋時(shí)對應(yīng)的峰值粒徑分別為0.4 mm，0.6 mm和0.7 mm。綜合分析逃逸率曲線圖可知：停留時(shí)間曲線峰值粒徑對應(yīng)的液滴逃逸率均為20%，由于該粒徑液滴所受的重力和曳力相平衡，所以，其運(yùn)動(dòng)速度極其緩慢。而隨著粒徑的增大，逃逸率降低，且下降速度逐漸變大，所以，停留時(shí)間變小。隨著粒徑的減小，逃逸率增大，上升速度逐漸變大，從而停留時(shí)間也逐漸變小。

與逃逸率信息相同，本文同時(shí)計(jì)算假設(shè)絕對均勻流場下液滴停留時(shí)間曲線，如圖13所示，為了保持時(shí)間坐標(biāo)一致性，由于0.8 mm粒徑過大(保持時(shí)間大于40 s)而在曲線中舍棄。從均勻流場與不均勻流場液滴停留時(shí)間的對比中可以看出，流場不均勻性導(dǎo)致大粒徑(1mm以上)液滴的停留時(shí)間都有所減少，這部分粒徑液滴逃逸率較小，多數(shù)屬于下落液滴。停留時(shí)間減少是因?yàn)榱鲌龅退賲^(qū)使下落液滴下降速度更快。

圖12模擬流場中各粒徑液滴平均停留時(shí)間Fig.12Residence time of droplets in simulation flow field

圖13　均勻流場中各粒徑液滴平均停留時(shí)間Fig.13　Residence time of droplets in assumed uniform flow field

分析圖12 和圖13可知：不同噴淋層噴淋液滴停留時(shí)間峰值對應(yīng)的液滴粒徑都不相同，該峰值粒徑對應(yīng)于各噴淋層逃逸率曲線開始迅速升高處的液滴粒徑。同時(shí)，流場不均勻性減少下落液滴的停留時(shí)間，不利于濕法脫硫塔脫硫效率的提高。

2.6結(jié)果驗(yàn)證

通過參考濕法煙氣脫硫?qū)嶋H情況，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。采用文獻(xiàn)[16]中與實(shí)驗(yàn)值對比良好的 Rosin-Rammler 擬合曲線獲得從噴嘴噴出的各粒徑范圍內(nèi)液滴的質(zhì)量流量，再使用本文計(jì)算所得各粒徑液滴逃逸率結(jié)果計(jì)算得到除霧器前煙氣中液滴質(zhì)量流量。將總的逃逸液滴質(zhì)量除以煙氣量可得除霧器前凈煙氣中液滴質(zhì)量流量為117 g/m3，這比實(shí)際生產(chǎn)中 80 g/m3稍大[9]的原因可能是本文暫未考慮液滴的受熱蒸發(fā)而引起誤差。

3　結(jié)論

1)液滴噴淋使煙氣折返在塔下部產(chǎn)生2個(gè)高速漩渦，并在脫硫塔中心稍偏離入口端處產(chǎn)生低速區(qū)。而隨著高度的升高，塔內(nèi)流場趨于均勻。

2)在本文計(jì)算條件下，2 mm以上粒徑的液滴能夠均勻分布于塔內(nèi)。而1mm以下液滴由于受到流場的影響，液滴數(shù)量分布集中于塔內(nèi)煙氣低速區(qū)。

3)液滴夾帶與噴淋位置有關(guān)，噴淋位置靠近壁面，其夾帶率高，噴淋位置靠近塔中心低速區(qū)則夾帶率低。

4)在本文計(jì)算條件下，當(dāng)粒徑小于0.8 mm時(shí)，液滴的逃逸率隨著粒徑的減小而迅速上升。

5)液滴停留時(shí)間曲線具有峰值，且該峰值粒徑對應(yīng)的液滴逃逸率均為20%。

6)流場不均勻性不利于濕法脫硫塔的脫硫效率的提高。

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(編輯 羅金花)

MotionCharacteristics of gypsum slurry in wet-type desulphurization tower

LIU Jiayu1,LIU Yaming2, HAO Yajie1,YUAN Zhulin1,YANG Linjun1
(1.School of Energy and Environment,Southeast University,Nanjing 210096,China? 2.Electric Power Research Institute,Guangdong Power GridCompany,Guangzhou 510080,China)

Abstract:The 600 MW unit desulphurization spray tower was investigated to analyze the problems existing in the wet desulfurization tower.The trajectories,escape rate and residence time of droplets of different diameters in the spray tower were obtained by numerical simulation methods for the gas-solid two-phase flow in the spray tower.The results show that the droplets greater than2mm are distributed uniformly in the tower,while the motion of droplets less than1mm in diameter is significantly influenced by the flow field and these droplets mainlyConcentrate on the low velocity zone.The escape rate reaches about100% for the droplets less than 0.2 mm in diameter,while it sharply decreases with diameter with respect to those greater than 0.2 mm.Nevertheless,the decline speed slows down when the escape rate is less than 20%.With the increase of diameter,there is a peak on theCurve of residence time,and the droplet diameterCorresponding to the peak value is exactly the point when the decline speed begins to slow down on theCurve of escape rate.The inhomogeneity of the flow field leads to the decrease of escape rate for droplets less than 0.8 mm and the increase of escape rate for droplets greater than 0.8 mm.Meanwhile,the residence time is also reduced.

Key words:gas-liquid flow?momentum transfer? numerical simulation? flue gas desulfurization? gypsum rain

中圖分類號：TQ021.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672?7207(2016)01?0330?08

DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2016.01.045

收稿日期：2015?01?10；修回日期：2015?03?10

基金項(xiàng)目(Foundation item)：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973 計(jì)劃)項(xiàng)目(2013CB228505)(Project(2013CB228505)supported by the National Basic Research Development Program(973 Program)ofChina)

通信作者：袁竹林，博士，教授，從事氣固兩相流動(dòng)與數(shù)值模擬、制取流體冰新方法、強(qiáng)化傳熱與熱管技術(shù)等研究；E-mail:101004322@seu.edu.cn