旁通式循环流化床脱硫塔脱硫特性的数值模拟.pdf

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1、第34卷第2期煤炭转化Vo1．34No．22O11年4月C0ALC0NVERS10NApr．2011旁通式循环流化床脱硫塔脱硫特性的数值模拟唐强"侯世锋张晓琴摘要应用标准k一￡模型、DPM模型和物质输运与化学反应模型求解了一台旁通式循环流化床脱硫塔内的动量、能量及组分方程，模拟结果和实验数据符合较好．模拟研究了两种脱硫塔的脱硫效率和流动阻力，进一步研究了空床气速和循环倍率对旁通脱硫塔脱硫效率的影响．结果表明，旁通式脱硫塔的脱硫效率和阻力特性要优于无旁路脱硫塔；旁通式脱硫塔的脱硫效率随空床气速的增加呈现先略有增加后降低的趋势；当循环倍率从2O增大到5O时，脱硫效率随之有明显

2、的增加，当循环倍率大于50时，脱硫效率随循环倍率的增大略有增加．关键词循环流化床，烟气脱硫，脱硫塔，脱硫效率，数值模拟中图分类号TQ051．113，TQ546．50引言床脱硫塔脱硫效率的影响·循环流化床烟气脱硫是2O世纪8O年代后期发1物理模型与数学模型展起来的一种半干法烟气脱硫技术，在以煤烟型污旁通式循环流化床脱硫塔物理模型见图1．该脱染为主的我国得到了广泛发展．_】该工艺以循环流硫塔主体结构为圆柱形，高2．36m，直径为0．2m；脱化床原理为基础，通过高速烟气流与脱硫剂颗粒充硫塔主体下部设置文丘里入口段，高0．25m，喉部分接触从而实现烟气脱硫，具有耗水量少、投资运行

3、直径为0．06m；回料口直径为0．03m，距塔底高度费用低、脱硫剂利用率和脱硫效率高等优点．但为1m，倾斜布置，与炉膛主体成3O。角；在文丘里入随着研究的深入，发现无旁路的循环流化床脱硫塔口段上方，对称分布有4个旁通烟气入口，直径为内存在着流场偏斜的问题，而且不能很好地适应烟0．02m，距塔底0．26m处．通过网格无关化验证气负荷的变化，当烟气负荷低于设计工况时，会影响后，将模型划分为24万个组合体计算单元(见图脱硫剂在脱硫塔内的流化效果，而且不利于风机的1)．脱硫塔的其他参数见第42页表1．稳定运行；烟气量偏高时则会导致脱硫效率有所下降．CFD(computationa

4、lfluiddynamics)数值模拟方法现已成为研究多相流动和化学反应等问题的有效方法．G6mez等l_6应用Euler—Euler两相流机制对工业用的喷雾干燥脱硫器进行了数值模拟，并通过与实验结果的比较验证了CFD用于研究脱硫装置的准确性；胡金榜等]采用实验与模拟相结合的方式研究了循环流化床脱硫塔内的两相流动，并针对流场偏斜的问题提出了将返料口对称布置的设想；Z×4Marocco等]也以一台工业用的喷雾干燥脱硫器为模型采用Euler—Iagrange两相流机制进行了数值图1物理模型和计算单元划分模拟，取得了比较满意的结果．本研究对循环流化床Fig．1Diagramof

5、physicalmodelandcalculationofunit脱硫塔增设了烟气旁路，采用CFD数值模拟方法，烟气循环流化床脱硫塔内的物料质量浓度为研究脱硫塔结构、空床气速和循环倍率对循环流化0．5kg／m。～2kg／m。，体积浓度小于1O．[10,11]因*重庆市科技攻关重大项目(CSTC，2008AC2051)．1)副教授、硕士生导师，重庆大学动力工程学院；重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室，400030重庆；2)硕士生，重庆大学动力工程学院，400030重庆收稿日期：201011-23；修回日期：2010—12-2142煤炭转化2011年此，用Flu

6、ent软件模拟时，采用Euler—Lagrange机制和标准k—e模型来模拟塔内气固两相的湍流流动．有研究表明，塔内进行的主要化学反应“。为：童堡11Ca(OH)2+SO一CasO。·-砉_HzO+寺H2O厶≤(1)该反应对SO为一级反应．选用物质输运及化学反应模型来模拟塔内SO和脱硫剂Ca(OH)的反应，反应速率方程以及相应的化学动力学参数按文献E13，143中选取．模拟中假设：1)脱硫剂颗粒为球形，且取平均粒径；2)颗粒在脱硫塔内只受重力和气固两相问的曳力；3)忽略O。和CO对脱硫反∞舳∞如∞如加m应的影响；4)反应仅在浆滴的液相中完成，脱硫剂与SO的反应按式(1)进

7、行；5)忽略颗粒间的摩擦所产生的热量；6)脱硫剂颗粒到达壁面即被反弹回脱硫塔内．模拟时，将Ca(OH)和CaSO。颗粒作为离散相，固体颗粒与增湿水混合完全，在脱硫剂表面形成一层稳定液膜．进入脱硫塔后，浆滴内所包含的Ca(OH)：向液滴表面扩散并同与浆滴表面接触的SO。发生反应，生成CaSO。·1／2HO．与此同时，浆滴表面的水分在热烟气的作用下蒸发．随着反应的进行，浆滴表面的水分蒸发完全，生成的CaSO。附着在固体颗粒表面，此时该脱硫剂颗粒停止反应．入口边界采用速度型入口，出口为出流型边界条件；忽略通过壁面向外界的传热，故将壁