烟气循环流化床脱硫数值模拟进展及现状分析.pdf

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1、第3期(总第166期)煤化工No．3(TotalNo．166)2013年6月CoalChemicalIndus烟气循环流化床脱硫数值模拟进展及现状分析王雪，李雨佳L，朱廷钰，叶猛，荆鹏飞，刘文(1．中国科学院过程工程研究所，北京100190；2．中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室，北京102249)摘要介绍了循环流化床半干法烟气脱硫过程气固两相流动和反应特征及其数值模拟方法。对两相流常用的离散颗粒模型、双流体模型的研究进展进行论述，对于四步骤的脱硫模型进行说明，并介绍了耦合流动模型与脱硫模型过程模拟的优缺点。提出对循环流化床脱硫进一步数值模拟的

2、工作重点应集中在颗粒动力学、曳力模型的修正和反应过程细化模拟方面。关键词循环流化床，烟气脱硫，数值模拟，两相流模型，颗粒动力学，曳力模型文章编号：1005—9598(2013)一03—0013—04中图分类号：X701．3文献标识码：A模型只将颗粒看作是离散相，而气相被视为连续相，引言对每个颗粒与气体以及颗粒与颗粒间的作用都详细考虑。此模型可以跟踪模拟所有颗粒的运动轨迹，也燃煤锅炉和工业炉窑烟气二氧化硫污染控制主被称为颗粒轨道模型。这类模型对颗粒相采用拉格朗流技术包括石灰石一石膏法、海水脱硫法、氨一硫铵日坐标，而对流体采用欧拉坐标。(2)双流体模型法

3、和循环流化床半干法等[u。其中，循环流化床半干(Two—Fluid—Mode1)。此类模型将颗粒相看成是拟流法脱硫技术具有耗水量少、设备占地面积小、投资和体，目前在循环流化床脱硫两相流动模拟研究中应用运行费用低等优点。最多，又被称为连续介质模型。这类模型对颗粒、流体早在20世纪8O年代中期，德国Lurgi公司就开皆采用欧拉坐标。发了适用于电站锅炉的循环流化床脱硫工艺。但直到21世纪初，学者们才开始对循环流化床脱硫的气固1气固两相流动模型研究进展流动规律进行模拟研究，至今出现了许多关于脱硫塔内流场分析和脱硫模型的文献。陈俊等_2采用离散颗粒1．I离散颗

4、粒模型模型对不同扩张段高度和直径的循环流化床提升管为了更准确地描述颗粒间的碰撞过程，颗粒轨道段进行了模拟，计算获得了不同粒径颗粒停留时间的模型把颗粒看做离散体系，在拉格朗日坐标系中，按变化规律。胡金榜等口通过单一气相模型做了一系列照流动对每一个颗粒的作用力及颗粒间碰撞产生的关于循环流化床脱硫人口结构优化的研究和模拟。虽作用力列出运动方程，直接模拟颗粒间的碰撞过程。然这些模型的形式简单，却开始能够解释循环流化床刘向军等采用离散颗粒模型，将循环流化床内脱硫反应器中的一些现象。的生石灰粉和飞灰物料形成的颗粒团作为离散项，考目前，有关循环流化床的气固两相流动

5、模拟已有虑了颗粒团在床内运动、变形、碰撞、破碎及合并的经大量报道，从模型的尺度及属性上可分为两大类：历，建立了床内两相运动及脱硫化学反应的模型与算(1)离散颗粒模型(Discrete—Particle-Mode1)。此类法，得到了详细合理的计算结果。但是其将模型转化收稿日期：2013—01—28基金项目：国家高技术研究发展计划(863)项目(201IAA060802，2012AA062501)作者简介：王雪(1982一)，女，辽宁大连，助理研究员，博士，2005年本科毕业于天津大学化工学院生物工程专业，现从事大气污染控制方面工作，E-mail：xwa

6、ng1982@mai1．ipe．ac．cn。14一煤化工2013年第3期为轴对称问题，则忽略了人口段和出口段的周向不均Gidaspow的曳力模型在循环流化床脱硫模拟中匀性。使用较多。李艳平等嘲以双流体模型为基础，使用唐强等[s应用DPM模型与反应模型求解了1台Gidaspow曳力模型结合颗粒动力学理论，对下部装旁通式循环流化床脱硫塔内的动量、能量及组分方有文丘里气体分布器的循环流化床脱硫反应器内气程，模拟结果和实验数据符合较好。固两相流动特性进行数值模拟。模型中引入了源项公从气固流动现象上看，离散颗粒模型方案最符合式，以全面描述气固两相的相互作用以及

7、固相的出现气固两相系统的宏观结构。模型直接给定单个颗粒的对气相湍流作用的影响，并与实验值进行了比较，模物理特性，便于跟踪模拟存在蒸发、团聚、破碎等异相拟计算值与实验值吻合良好，验证了双流体模型方程反应情况颗粒的经历。另外，该模型假设较少，颗粒方的适用性。程是常微分方程，形式较简单。但是，由于颗粒被完全但是，Gidaspow曳力模型未考虑颗粒团聚效应考虑成离散的体系，颗粒运动方程数和颗粒数目相而形成的聚式流态化特征，导致模拟时的气固相间同，计算量随颗粒数增加而增大，当颗粒项的质量分曳力值大于实际流化时的真实曳力值，高估了床层数增大时，颗粒对流体的影响也

8、逐渐增大，求解过程的膨胀特性，使床层压降增大。因此，基于颗粒团聚中容易导致收敛困难，限制了其在循环流化床脱硫