脱硫塔内部结构对流场影响的模拟研究

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1、脱硫塔内部结构对流场影响的模拟研究秦明坤SimulationstudiesoftheeffectofinternalstructuresontheflowfieldindesulfurizationtowerQinMingkun摘要通过Fluent软件对脱硫塔内流场进行了数值模拟研究，分析了脱硫塔内部结构对烟气流场的影响。结果显示：填料层降低了脱硫塔内部流场紊乱程度，减小了塔内回流区，使速度分布均匀，压力降增加。得出结论：填料层对脱硫塔内流场影响显著，不可忽略。关键词：数值模拟；脱硫塔；填料层；流场AbstractFluentsoftwareisusedtosimulatethefl

2、owfielddistributioninthedesulfurizationtower.Effectsofflowfieldcausedbyinternalstructuresinthetowerareanalyzed.Resultsshowthat:thepackinglayerloweredthedisturbancedegreeofflowfieldindesulfurizationtower,reducedthetowerrecirculationregion,uniformedthevelocitydistribution,andincreasedpressuredrop

3、.Theconclusionis：thepackinglayergreatlyaffectstheflowfieldinthedesulfurizationtower，andcannotbeignored.Keyword：numericalsimulation；desulfurizationtower；packinglayer；flowfield0引言湿法烟气脱硫的脱硫塔内部流场属于气液固三相混合流场，其内部流动影响因素很多，出入口烟道形状复杂。弄清楚脱硫塔内和出口烟道中部流场的分布特征，对优化脱硫塔结构设计、提高脱硫效率以及监测烟道内烟气流量和其它污染物浓度具有重要意义。国内外通常

4、采用流体力学软件Fluent对脱硫塔内部流场进行模拟。它在优化脱硫塔设计中体现出很大的优势，可以用来指导现场测试，减少工作量。前人在这方面已经有大量模拟[1-5]。然而，这些研究大多不考虑流场内部结构，只对空塔烟气进行模拟，或者考虑喷淋液体对流场的影响。这样就可能造成内部流场模拟不准确。因此有必要对脱硫塔内部结构进行模拟研究。1模拟对象和数学模型1.1对象及简化假设本文以某电厂脱硫塔实体为研究对象，内部结构见示意图1。烟气入口尺寸为宽4m×长16.5m；出口烟道宽6m×高11m；塔体尺寸长18.750m×宽15.844m×高13.516m；浆液池高度1.7m；填料层厚度为3.4m。进

5、行脱硫塔内部流场计算时，采用如下假设来简化模型，缩小计算量：1）不考虑浆液池液面对烟气流场的影响。2）烟气流动马赫数不高，将其视为不可压缩气体的流动。3）模拟只针对结构对流场的影响，不考虑液体喷淋和气液相的作用，模拟在常温下进行，忽略传热。4）忽略除雾器的影响[6],将填料层处理为多孔介质。为了对比不考虑内部结构和考虑后的塔内烟气流场，建立了两个模型A和B，如图1。计算网格为结构/非结构网格的混合。不考虑内部结构的模型总网格数约为78万，考虑后为121万。图1内部示意图&脱硫塔模型A和BA.不考虑脱硫塔内部结构B.考虑脱硫塔内部结构Fig1.Internalschematicdiag

6、ram&ModelsofdesulfurizationtowerAandB1.2数学模型1.2.1烟气相流场的模拟只研究脱硫塔内气相流场，它属于三维定常不可压缩流，烟气流场方程可描述为：(1)式中：为变量；为速度矢量；为广义扩散系数；由于雷诺应力相的存在，上述方程的时均形式并不封闭，本文采用标准双方程模型进行封闭求解[7]。1.2.2填料层的模拟填料层内气液两相流动过程十分复杂，目前研究已有不少[8-11]。本文只分析烟气气相流场，主要考虑填料层对流场阻力的影响，可将其简单处理为多孔介质。多孔介质模型通过在动量方程中增加源项来模拟计算域中多孔性材料对流体的流动阻力。它由两部分组成，即

7、Darcy粘性阻力项和惯性损失项：(2)其中，和分别为粘性阻力和惯性损失系数矩阵。这个负的动量源项导致多孔介质单元中的压力降。同时，在全部变量的输运方程和连续性方程中，瞬态项变为,其中为孔隙率，本文按文献[9]中选取0.901。对于简单的均匀多孔介质，分别在系数矩阵和中对角线项代入和，而其它项为零，则有:(3)其中,为渗透率；为惯性阻力系数。1.3计算参数及边界条件模拟计算所需参数见表1。表1参数及边界条件Tab.1Parametersandboundar