多级喷动内循环烟气脱硫塔内颗粒浓度分布特性的研究

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本文通过实验和数值模拟的手段对多级喷动内循环烟气脱硫塔的阻力特性及塔内颗粒浓度分布特性进行研究,颗粒浓度采用等速取样来测量,数值模拟以FLUET商用软件为计算平台。  首先进行了实验系统的气相阻力特性实验研究,测得塔体和分离器常温下的阻力系数分别为33.9和101.5;实验系统中各部分压力损失权重分别为:旋风分离器,75%;脱硫塔出口,13%~16%;脱离塔入口,8%~12%;两级塔体,0.5%。气相数值模拟研究把实验台分为塔体和旋风分离器两部分来进行,前者使用雷诺应力模型进行模拟,后者使用RNGk-e模型进行模拟,共模拟了三种空塔气速,三种工况下塔内速度分布趋势大致相同,这说明塔内速度分布主要受塔体结构影响,而空塔气速变化对塔内烟气速度分布的影响则相对较小。模拟结果与实验结果在趋势上基本相同,说明经过实验结果校正和优化的数值模拟具有相当的可信度,可以在进一步的研究和工程实践中作为重要的辅助工具。  塔内颗粒浓度分布的实验研究针对三种空塔气速和三种入口颗粒浓度进行。取样结果表明二级塔体中心区域的颗粒浓度高于一级塔体中心区域的颗粒浓度,且不同入口浓度下颗粒浓度沿塔高分布的趋势大致相同。一级塔体内颗粒在截面上的分布趋势比较均匀,但存在着一定的偏斜,这主要是由于文丘里结构造成的;二级塔体壁面区域的颗粒浓度高于中心区域的颗粒浓度,这是由于二级塔体内存在内循环造成的。随着空塔气速的增加,二级塔体内颗粒浓度逐渐减弱,且二级塔体内各位置颗粒的浓度差异逐渐减小。壁面附近区域的颗粒浓度随烟气流量增加而呈现降低的趋势,故过高的空塔气速的增加不利于内循环进行。  本文采用欧拉双流体模型对脱硫塔进行了气固两相的数值研究,主要对二级塔体内颗粒浓度的分布特性进行了分析,结果表明二级塔体截面上的颗粒分布特性大致相同,循环区内的颗粒浓度要高于喷射区;空塔气速较低时,在二级塔体循环区与中心喷射区的界面处,颗粒浓度分布存在波动,靠近循环区一侧颗粒浓度稍低,靠近喷射区一侧颗粒浓度稍高;空气流量增加后,这种波动会减弱,直至消失。空塔气速增加或入口颗粒浓度的减小会使喷射区的尺寸增加,同时也使得循环区的尺寸减小,不利于二级塔体颗粒浓度的提高;空塔气速降低会使气流携带颗粒的能力也随之降低,同时使塔内流场趋于不稳定状态。因此在设计脱硫塔时,选取空塔气速要同时考虑两方面的因素,即:降低空塔气速控制气流携带能力以增强塔内循环和提高空塔气速以增强脱硫塔运行稳定性。本文研究的多级喷动内循环烟气脱硫工艺正是在在综合优化这两方面因素的基础上提出的新型脱硫工艺。
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