湿法烟气脱硫塔设计与优化

    2 数学模型

    2. 1 模型基本假设

    1) 脱硫塔内烟气流动为三维、定常、不可压缩流动，湍流是各向同性的。

    2)由于烟气是在通过静电除尘器后进入脱硫塔，因此烟气可以看作不含颗粒相的气体。

    3) 假定整个脱硫塔壁均匀绝热。

    2. 2 控制方程

    由于本研究的流场属三维定常流动，采用湍流时均流的控制方程。其标准的控制方程为:

    连续性方程:

    式中:珔ui 为流体的平均流速;珋p 为平均压力;μ 代表分子黏性系数;cs 为组分s 的平均浓度;ρ 珔ui ′珔uj ′代表由湍流脉动引起的雷诺应力张量;h 为总焓;λ 为有效热传导系数;Sm、Fi、qr 分别代表连续方程、动量方程和能量方程的源项。

    湍流模型:

    由于脱硫塔内存在回流，且计算区域较大，因而本文选取了有一定计算精度且计算量较小的κ-ε 双方程湍流模型，其表达式为［7］:

    式中:μt = ρCμ k2 ε ;Gk、Gb、C3ε 分别代表平均速度梯度引起的湍动能生成项、浮升力引起的湍动能生成项及浮升力对湍流ε 的影响系数;σk ，σε 分别代表k，ε 的湍流Prandtl 数; C1ε = 1. 44，C2ε = 1. 92，Cμ = 0. 09， σk = 1. 0，σε = 1. 3。 2. 3 边界条件与数值方法本文使用基于有限体积法和SIMPLE 算法［8］的 Fluent 软件，对脱硫塔在不同入口尺寸情况下的气相流场进行了数值模拟。其边界条件为:入口选用速度入口边界条件，出口选用压力出口边界条件。

    3 计算结果与讨论

    本文共计模拟了四种工况，分别是入口宽度为吸收塔直径的80% ( 工况1) ，85% ( 工况2) ，90% ( 工况 3) ，100% ( 工况4)。其中工况1 对应下的塔形为根据AEE 公司技术规范设计塔形。各工况下的脱硫塔入口尺寸见表1。

    取脱硫塔第一层喷淋层下1 m 处的流场情况进行对比分析，流场情况见图3 ～ 图6。从图中可看出，随着入口宽度加大，脱硫塔中心区域的高速区域越来越集中，最大速度越来越大;但是速度低于0 m / s 的区域面积减少，意味着入口处90°拐角产生的回流区域面积减少。脱硫塔是利用下落的碱性浆液洗涤烟气中的酸性气体，如果烟气流过于集中，将会导致脱硫率降低;然而回流区域面积减小，将会导致脱硫率上升。由以上分析可知，工况2 的流场情况最优。