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吸收塔导流环均流作用分析

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吸收塔导流环均流作用分析

雷胜楠1,蒋成军1

1.葡京评级,浙江省 绍兴市 312000;)

摘要本文设计一种吸收塔导流环,通过应用于吸收塔喷淋层,改善烟气分布,使进入吸收塔内的烟气分布均匀,避免偏流,同时能防止烟气爬壁短路,并可将吸收塔壁上浆液再次引入喷淋区,提高脱硫效率;设计导流环为截面是等边三角形的圆环,其边长取100mm~500mm不等,结果表明,覆盖率约为10%~15%,烟气在整个喷淋区域内爬壁现象得到改善效果较好。

关键词:吸收塔;导流环;烟气均布

0引言

在吸收塔内增加均流构件能有效改善吸收塔内烟气分布,烟气和浆液的流场分布影响吸收塔内传质、传热和反应进行的程度。在吸收塔喷淋管层设置烟气导流环,有利于改善烟气分布,使进入吸收塔内的烟气分布均匀,避免偏流,同时能防止烟气爬壁短路,并可将吸收塔壁上浆液再次引入喷淋区,提高脱硫效率。

郭瑞堂[1] 通过安装气液传质强化构件,对湿法烟气脱硫喷淋塔内的气液传质进行了优化试验研究及模拟。结果表明,气液传质强化构件能够防止烟气沿塔壁逃逸,整流气相流场,强化气液两相在吸收区的混合,有利于SO2吸收,通流截面一定时,喷淋区压降和脱硫效率随构件与水平面夹角的增大而增大,构件与水平面夹角一定时,喷淋区压降和脱硫效率随通流截面的增大而减小;徐敬[2]在工艺计算基础上实现了石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统设计的图形化、可视化,使设计者能够在良好的操作界面引导下,完成系统配置、参数输入、工艺计算、设备选型及经济分析等操作,提高了工作效率、缩短了设计周期和决策时间;孟宪禹[3] 模拟研究了除雾器、喷淋浆液、喷淋方向、塔高以及出口方式等对脱硫塔内部流场的影响,研究结果表明:除雾器对脱硫塔的流场有较大影响,在模拟过程中不能忽略;浆液的喷淋对烟气流动有整合作用,且向上喷淋更有利于流场的均匀整合,更有利于除雾器除雾,且改变喷淋方向对流场阻力的影响较小;加高塔体有利于除雾器区域流场的均匀性,有利于除雾器除雾,但不利于脱硫反应区域流场的均匀性;改变脱硫塔出口方式为顶出对脱硫塔流场的影响不大,不能起到均匀流场的作用,反而提高了脱硫塔阻力,不利于脱硫塔运行。

目前,在设计工作中,改善气体流场的措施主要通过三维模拟,直观了解整个脱硫系统的气流分布,并重点分析局部流动的涡流区、高压区等,针对性的改善烟道结构形式、吸收塔的外形设计、托盘的优化等。改善烟气流场的同时,应优化系统内部液体分布,通过合理布置喷淋层、优化喷嘴形式等措施,使得烟气和液体流场相互作用,达到最佳的接触、吸收和反应效果。对于无均流提效构件塔,增加均流提效构件,有利于改善烟气分布,使进入吸收塔内的烟气分布均匀,避免偏流。如在吸收塔内设置烟气导流环,能防止烟气爬壁短路,并可将吸收塔壁上浆液再次引入喷淋区,提高脱硫效率。对于已有均流提效构件的吸收塔,可以通过调节均流提效构件开孔率、加装第二层均流提效构件等达到提效效果。

1物理模型

1.1几何模型及简化

本研究对象为吸收塔喷淋层烟气导流环,模拟吸收塔塔径为10m,将截面如图1的导流环结构引入吸收塔喷淋层,导流环为截面是等边三角形的圆环,其边长取100mm~500mm不等,研究导流环的覆盖面积与导流效果的影响规律。该模型的设计优势是当烟气从导流环下方流入时,导流板可使烟气沿导流板流动,防止烟气沿吸收塔产生爬壁现象,能更好的导入喷淋区,提高烟气和浆液的有效接触,另一方面,导流环汇流板能使吸收塔塔壁上浆液再次汇入喷淋区,提高浆液利用率。

1吸收塔导流环结构示意图

1.2数值模拟及边界条件

整个吸收塔及导流环模型的数值模拟通过SolidWorks Flow Simulation软件完成,吸收塔模拟边界条件为:入口烟气流量330000 Am3/h,温度130℃

2结果与分析

本文分别模拟了烟气导流环边长为100mm200mm300mm400mm500mm时,其对吸收塔内烟气的影响,覆盖率的计算方法为,导流环水平截面积占塔内径截面积的百分比,导流环边长为100mm时,其覆盖率3.4%,模拟均设置了四层导流环

2.1速度分布


2导流环边长100mm(覆盖率3.4%

2为导流环边长100mm时吸收塔内烟气速度分布,由于导流环水平截面积较小,导流板边长为100mm,其导流效果不明显,当烟气流过吸收塔右侧时,烟气方向改变较小,烟气爬壁现象虽有改善,但壁面烟气流速仍然较大。

3 导流环边长200mm(覆盖率6.8%

3为导流环边长200mm时吸收塔内速度分布。当增加导流板边长为200mm,覆盖率为6.8%,此时由于吸收塔左侧导流环结构对烟气产生的影响不可忽视,使得虽然右侧导流环改善了爬壁现象,但随着左侧结构影响的加剧,爬壁现象仍不能较好的改善。

4 导流环边长300mm(覆盖率10.1%

4为导流环边长300mm时吸收塔内烟气速度分布。增加导流板边长为300mm,覆盖率为10.1%,此时由于导流环尺寸的继续加大,导流环的导流作用成为主要影响因素。

5 导流环边长400mm(覆盖率13.4%

5为导流环边长400mm时吸收塔内烟气速度分布。增加导流板边长为400mm,覆盖率为13.4%,此时导流环的导流作用显著,壁面烟气流速较低,烟气爬壁现象明显得到改善。

6 导流环边长500mm(覆盖率16.6%

6为导流环边长500mm时吸收塔内烟气速度分布。增加导流板边长为500mm,覆盖率为16.6%,此时烟气在喷淋区域内爬壁现象的改善效果明显。

2.2流线分布


7 导流环边长100mm(覆盖率3.4%

7为导流环边长100mm时吸收塔内烟气流线分布,由于导流环覆盖率3.4%,其导流效果不明显,壁面烟气流速仍然较大,流线分布明显,因此导流环边长较小时,无法起到较好的导流效果。

8 导流环边长200mm(覆盖率6.8%

8为导流环边长200mm时吸收塔内流线分布。当导流板覆盖率为6.8%时,导流板的扰流效果已经较覆盖率为3.4%时明显,贴壁面流线速度较低。

9为导流环边长300mm时吸收塔内流线分布。当导流板覆盖率为10.1%时,导流板的扰流效果明显,贴壁面流线速度接近为零。

9 导流环边长300mm(覆盖率10.1%

10 导流环边长400mm(覆盖率13.4%

10为导流环边长400mm时吸收塔内流线分布。当导流板覆盖率为13.4%时,可见图中导流环处,贴壁面流线分布较少,说明此时烟气已较少聚集在此,有效防止烟气爬壁。

11为导流环边长500mm时吸收塔内流线分布。当导流板覆盖率为16.6%时,与覆盖率为13.4%时均能达到设计导流环的目的,但在吸收塔径不变的前提下,导流环覆盖率越大,喷淋管喷淋区面积越小,因此在达到改善烟气分布,避免偏流的目的同时,不易设计覆盖率较大的导流装置。

11 导流环边长500mm(覆盖率16.6%

3结论

在吸收塔内增加均流构件能有效改善吸收塔内烟气分布,烟气和浆液的流场分布影响吸收塔内传质、传热和反应进行的程度。

1)在吸收塔喷淋管层设置烟气导流环,有利于改善烟气分布,使进入吸收塔内的烟气分布均匀,避免偏流,同时能防止烟气爬壁短路,并可将吸收塔壁上浆液再次引入喷淋区,提高脱硫效率。

2)增加导流环覆盖率,可加强吸收塔内烟气的扰动,提高气体湍流程度,但塔径不变的前提下,增加导流环覆盖率的同时,减小了喷淋区面积,因此导流环覆盖率并非越大越好。

3)综合考虑,当导流板边长为300~450mm时,覆盖率约为10%~15%,烟气在整个喷淋区域内爬壁现象得到改善,且其结构尺寸较为合理,同时对其他设备设计安装影响较小。

参考文献

[1]  郭瑞堂石灰石活性和塔内流场对湿法烟气脱硫效率的影响研究[D]杭州浙江大学,2008

[2]  徐敬石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统模拟计算软件的开发及应用[J]工程科技,2011S1396

     [3]   孟宪禹湿法烟气脱硫系统喷淋塔流场均匀性研究[D]北京北京交通大学,2015


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