复合喷动塔内蒸发特性的数值模拟与实验研究

分析了描述喷动塔内气液流动、雾化、蒸发、碰壁的数学模型,运用上述模型模拟脱硫塔内蒸发特性,得到了入口介质条件对塔内蒸发特性及液相水含量的影响,通过与实验值比较验证了模型的可靠性。模拟结果表明:液滴蒸发强度呈现先升高后降低趋势,在距离喷嘴300 mm处达到最大值;在一、二级塔体交界处,由于受多级喷动结构影响,液滴蒸发速率明显升高;液滴截面质量流率沿塔体轴向逐渐降低,在1 500 m处基本蒸发完毕;蒸发强度与喷嘴雾化压力呈非单调关系,烟气温度和含湿量对一级塔内液态水含量有3倍~5倍的影响;数值模拟结果与实验值基本一致,可以作为研究塔内液滴蒸发特性的有效工具。     

新型脱硫废水雾化喷嘴流场特性的数值研究

为有效提高烟气处理脱硫废水的雾化效果,减少雾化液滴在烟道中蒸发时间,本研究建立了新型的脱硫废水雾化喷嘴数值计算模型,根据连续介质理论和气液两相的相互作用,对雾化喷嘴内部的气液两相流流动特性和雾化特性进行了数值研究。研究结果表明:数值模拟结果可以较好地反映喷嘴的工作性能特性,本雾化喷嘴可以较大范围的适应脱硫废水变化量的要求同时保证稳定的喷嘴出口液滴雾化要求,建议风道风速在最佳组合状态下,脱硫废水进口速度选取为6 m/s,为进一步提高喷嘴的工作性能打下基础。     

受限空间小型急冷塔内喷雾蒸发的数值模拟

针对受限空间内小型急冷塔冷却水蒸发过程,运用计算流体力学(CFD)进行数值模拟,基于涡壳进气型急冷塔研究了喷嘴雾化粒径、喷射速度、喷射角度等喷嘴运行参数对急冷塔内蒸发过程的影响机制。结果表明:随着液滴粒径的增大,液滴蒸发时间、轴向以及径向蒸发距离均随之显著上升,粒径由40 μm增大至80 μm时蒸发时间增加了293%;当液滴喷射速度增加时,液滴的蒸发时间、轴向以及径向蒸发距离均有所下降,但增大至一定程度后其影响作用减弱;随着液滴喷射角度的增大,液滴蒸发时间及轴向蒸发距离减小,而径向蒸发距离无显著变化。因此,在急冷塔尺寸受限时选用70 μm以下的小雾化粒径喷嘴能够直接有效提升急冷塔的运行安全性。同时,与均匀进气型急冷塔相比,采用涡壳进气型急冷塔以及喷嘴成切圆布置方式能够在急冷塔上部形成湍流强化区域,喷嘴雾化粒径为80 μm时,轴向安全裕度可提升7%。该模拟结果可为小型化急冷塔的工程应用提供优化设计方案与运行指导参考。     

基于气-液传质氨法脱硫喷淋吸收CFD仿真模拟

结合氨法脱硫SO₂吸收传质的研究,通过耦合氨法脱硫液滴中多组分化学反应、液滴与气相间传质(双膜理论)、液滴蒸发相变等多个过程,采用CFD二次开发技术研究开发了可预测脱硫效果的CFD计算方法,利用基于该方法建立的三维氨法脱硫仿真模型模拟脱硫塔内的流场及烟气流速、pH值、液气比、雾化粒径、初始SO₂浓度对脱硫效果的影响,研究结果表明,模拟结果与实验数据有着相同的变化趋势且二者之间的相对误差小于±20%.同时,通过计算pH值和浆液粒径等关键参数对脱硫塔内竖直中心线上NH₃和SO₂浓度分布规律的影响,明确通过合理控制浆液pH值与浆液粒径来提高脱硫效率以及减少NH₃逃逸.实验和数值模拟结果表明,氨法脱硫系统控制烟气流速为2～3m/s、浆液pH值为5～6,液气比2.5～3.5L/m³,雾化液滴粒径为0.8～1mm较为合适.     

烟气净化双流体喷嘴雾化特性实验

在烟气净化装置喷雾干燥塔内,进行双流体喷嘴喷雾特性试验,实验研究了影响喷雾粒度、角度以及液滴均匀度的主要因素。实验证明,气液质量比、浆液密度为影响双流体喷嘴雾化特性的重要因素。通过改变运行参数,可以得到合适的液滴粒径以及喷雾角度,该喷嘴用于喷雾干燥烟气中酸性气体的净化,可提高净化效率。     

雾滴传热传质特性的理论计算模型

建立了不同雾化粒度下雾滴传热传质特性的理论计算模型,其计算结果能与实验喷雾干燥脱硫塔上所得数据较好地吻合。所得的雾滴干燥曲线和吸收曲线有助于了解雾滴在塔内的干燥。反应过程,从而指导工业装置设计和操作的改进。     

燃煤电厂烟气环境下脱硫废水液滴蒸发特性的研究

通过理论分析和数学模型研究了烟道喷雾蒸发技术脱硫废水液滴在烟气环境中的运动、受热和蒸发过程中的传热传质特性,考察了烟气速度、温度和液滴粒径等对液滴蒸发特性的影响规律。结果表明:烟气速度越大,液滴初速度对液滴运动速度的影响越小;气液初始相对速度越大,液滴完全蒸发时间越短;烟气温度是影响废水蒸发时间的关键参数,在不影响锅炉效率的前提下适当提高锅炉尾部烟气温度有利于喷雾蒸发技术的实现。在本文研究的烟气环境和液滴条件下,液滴无量纲完全蒸发时间与烟气温度呈指数递减关系。     

半干半湿法烟气脱硫塔内降温和增湿的研究

在气-液-固三相条件下进行的脱硫反应,可以较好地提高反应速度和反应效率.但半干半湿法脱硫技术因加入大量返灰和水而改变了反应历程,同时由于输送蒸汽的介入,降低了反应的活化能.虽然增大喷淋量会提高脱硫效率,但脱硫塔内易产生湿壁和结垢,影响灰的流动性,故讨论了半干半湿法烟气脱硫技术在脱硫塔内利用双流喷嘴进行增湿和降温,以创造塔内温距为12～18 K,相对湿度为60%左右的适合脱硫的反应条件.利用传热和传质计算方法对塔内雾滴的蒸发过程进行研究,结果表明:塔内液相的雾化雾滴分布粒径主要在80 μm左右,其蒸发时间为0.691 s.同时设计了一套喷水量的计算程序,通过示范工程的实验验证,可以用来指导半干半湿法烟气脱硫塔内烟气的加湿量计算,该结果可为优化脱硫塔体的内部结构提供依据.      

旋/直复合流化对脱硫塔内粘壁问题的影响

采用激光相位多普勒颗粒分析仪(3D-PDA)测试了新型内旋/直复合流化方式下循环流化床烟气脱硫塔内与粘壁有关的气-液-固三相参数,试验证明:旋/直复合流化能够提高塔中下部特别是近壁处的气固切向速度及气固间相对切向滑移速度,增强扰动,同时提高脱硫塔中下部特别是近壁处的固体颗粒浓度,有利于促进液滴或含湿颗粒的高效利用和快速干燥,减轻粘壁;旋/直复合流化下液滴在塔内的分布变化也证明旋流风对促进液滴干燥、减轻粘壁的积极作用;旋流风量的增加对近壁处液滴的干燥速度及固体颗粒浓度的影响表明,旋流风量占总流量的16%左右合适。     

自吸式文丘里洗涤器雾化液滴尺寸影响因素的实验研究

为研究雾化液滴尺寸对自吸式文丘里洗涤效率的影响,从喉部气速、液面高度差以及文丘里扩散段结构等方面,研究了自吸式文丘里洗涤器雾化液滴平均直径(D_(32))的变化规律,并与Boll模型对D_(32)的预测值进行了对比。研究表明,随着喉部气速的增加,D_(32)的实验值和预测值均呈逐渐减小的趋势,且预测值略小于实验值。另外,液面高度差的增加会导致D_(32)的减小,当气相速度增大时,D_(32)加速减小。研究发现,当喉部气速大于54.6 m/s时,A_1挡板对液相流体具有更好的雾化效果,当喉部气速小于54.6 m/s时,在环形挡板内径为46～54 mm之间存在一个最佳内径,使得雾化液滴平均直径最小,文丘里洗涤器达到最佳雾化效果。     

烟气脱硫脱硝流化床反应器中喷枪设计的模拟与优化

为优化循环流化床半干法脱硫脱硝反应器喷枪布置形式，以某火电厂的循环流化床同时脱硫脱硝反应塔为研究对象，对其高压水喷枪布置形式进行模拟研究。通过模拟和实际运行相结合的研究方式，得到了更合理的喷枪布置形式:喷枪数量选择4只且呈环形布置；喷枪头伸入距离为0.5~0.7 m，同时保证喷雾最大液滴粒径<150 μm，以此保证液滴在反应器内的均匀分布及液滴的完全蒸发，实现循环流化床半干法反应器的平稳运行及高效脱硫脱硝。     

基于烟道喷射蒸发的脱硫废水处理数值模拟研究

针对脱硫废水在烟道内的喷射过程,通过计算流体动力学（CFD）进行数值模拟,研究了烟气性质与操作参数对废水蒸发过程的影响.结果表明：随着烟气温度的升高,液滴蒸发时间逐渐降低,完全蒸干距离缩短;当烟气流速增加,蒸发时间逐渐减小,但完全蒸干距离先减少后增加,流速为5m/s时,废水液滴的完全蒸干距离最近;随着液滴粒径的增加,液滴的完全蒸发时间明显变长,流场内相对低温区域范围扩大;当喷射速度由20m/s升高至60m/s过程中蒸发时间由约0.21s下降至0.16s,但随烟气流速增加,其减少蒸发时间的作用减弱.该模拟结果可以为废水烟道喷射技术的相关工程应用提供优化设计方案和运行指导.     

颗粒轨道模型用于烟气脱硫喷淋塔两相流数值模拟

以FLUENT软件为计算工具,采用Euler-Lagrange方法模拟喷淋塔内部气液两相流动.气相用标准k-ε湍流模型描述,喷淋液滴用颗粒轨道模型描述.综合考虑颗粒受力分析、颗粒湍流扩散以及气液两相耦合3方面影响因素对颗粒轨道模型进行设置,从液滴粒径分布、液滴出口速度、喷淋夹角3个方面对喷嘴射流源进行精确定义.模拟结果表明:喷淋塔内轴向气速分布均匀;中空锥形的喷嘴设计使喷淋液形成伞状雨帘,有效防止烟气短流;塔内液滴浓度分布存在中间高、边缘低的问题,可通过改进喷嘴布置方案加以改进;颗粒轨道模型能够较好地预测喷淋塔内两相流动.     

2×350 MW燃煤发电机组主烟道脱硫废水蒸发数值模拟

针对某2×350 MW燃煤发电机组主烟道脱硫废水蒸发过程进行了CFD数值模拟,分析了蒸发过程中烟道内的气液分布和变化规律,喷嘴参数对蒸发性能的影响,以及蒸发过程随着负荷降低的变化规律。结果表明:液滴颗粒可在烟道内完全蒸发;粒径从40 μm增加到80 μm时,液滴蒸发时间从0.26 s增加到0.62 s,蒸发距离从6.15 m增加到13.41 m;蒸发时间和蒸发距离与液滴粒径近似呈线性关系;蒸发时间随着喷射角度的增加而减小;喷射角度为90°时,蒸发距离最短;喷射角度为120°时,蒸发距离最大;3种喷射方向中,逆流喷射方式蒸发时间最长,但蒸发距离最短;负荷降低,蒸发时间增加;负荷由75%降低至50%时,蒸发距离有显著提升。     

液柱塔喷浆管道设计与优化

为了研究喷淋液柱吸收塔喷浆管道的喷嘴喷射流量以及液柱高度,对喷浆管道的流场进行了研究。采用基于计算流体力学的Fluent软件平台,对某电厂2×360MW机组液柱脱硫塔喷浆管建立数学物理模型。采用基于有限体积法的SIMPLE算法进行计算,计算对比了不同结构喷浆管各喷嘴对应的液柱高度分布以及流量分布,得到了最优化的液柱塔喷浆管道结构,并根据计算结果指导设计。     

CFD数值模拟在两级串塔脱硫系统中的应用

为准确获取两级串塔脱硫系统的气液两相反应特点,采用分步法和自主开发的托盘模型对某电厂双塔串联湿法脱硫塔喷淋段内部的气液两相流动和传热过程进行CFD数值模拟,采用全新的系统评价指标对脱硫系统进行评估,对脱硫系统进行优化设计并重新进行数值模拟评估。计算结果表明:无论预洗塔和吸收塔,通过合理增加托盘和增效环的设计,可以在减少1层喷淋层的基础上获得更佳的性能,有利于达到更高的脱硫标准;减少循环浆液量的同时能够降低脱硫塔整个系统压降,降低电耗。     

半干半湿法烟气脱硫塔流场分析

利用计算流体力学的方法对半干半湿法烟气脱硫塔内部流场进行研究,通过对塔体内部设备的优化,增加脱硫剂与SO₂接触的几率,提高脱硫塔反应效率.在分析脱硫塔内多相流体的流动的基础上,建立k-ε湍流方程模型,分析了塔体内部对流场以及与脱硫效率的影响,研究结果表明,脱硫塔的内部结构对于流场分布起决定性作用,烟气分布器有助于控制脱硫化学反应,对进一步提高半干半湿法烟气脱硫效率非常重要.      

切圆喷雾式湿法脱硫塔内流场数值模拟及优化分析

烟气湿法脱硫塔内流场的分布直接影响脱硫效率。对一种在喷淋塔内增设脱硫剂旋流雾化层的流场再造脱硫反应方法进行优化,以Fluent软件为平台,通过改变旋流雾化层喷嘴的布置角度、数量以及浆液喷出的速度等参数,对不同工况下脱硫塔塔内烟气流动状况进行了三维数值模拟与分析。研究结果表明:旋流雾化层的直径比d/D为0.6左右,至少设置8个喷嘴才可形成稳定的螺旋场,浆液从喷嘴喷出的速度在15~20 m/s时有利于塔内烟气处于最佳脱硫速率。此结果对大型锅炉的烟气脱硫塔的改造具有参考作用。