循環(huán)流化床煙氣脫硫系統(tǒng)氣固流動特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、循環(huán)流化床煙氣脫硫(CFB-FGD)是熱電站廣泛采用的煙氣脫硫技術(shù)之一。隨著煙氣脫硫裝置的大型化，如何更好地適應(yīng)鍋爐變負(fù)荷運(yùn)行并降低系統(tǒng)運(yùn)行阻力等問題顯得越來越重要。本文運(yùn)用數(shù)值模擬的方法，以260 t/h鍋爐CFB-FGD系統(tǒng)為研究對象，建立CFB-FGD系統(tǒng)氣固兩相流動的數(shù)學(xué)模型，基于Fluent計(jì)算平臺，重點(diǎn)研究結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)等因素對CFB-FGD系統(tǒng)中脫硫塔與除塵器內(nèi)部氣固流動特性的影響，旨在為CFB-FGD系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供指

2、導(dǎo)。本文的主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:
　　1)選用歐拉-拉格朗日方法與氣相湍流模型相結(jié)合，建立了CFB-FGD系統(tǒng)裝置內(nèi)的氣固流動數(shù)學(xué)模型，提出了采用多孔跳躍介質(zhì)模型對氣流均布板和濾袋進(jìn)行簡化與模擬的方法。采用有限體積法對氣相場控制方程進(jìn)行離散，采用DPM模型處理離散顆粒相，采用SIMPLE算法對離散方程進(jìn)行求解。
　　2)采用k-ε湍流模型模擬了CFB-FGD單孔脫硫塔的煙氣流動特性，分析了文丘里結(jié)構(gòu)參數(shù)對脫硫塔阻力和壓力場

3、的影響。結(jié)果表明，脫硫塔系統(tǒng)阻力90％以上來自文丘里管，隨漸擴(kuò)角的減小，脫硫塔系統(tǒng)阻力降低，塔內(nèi)壓力場漸趨對稱分布;文丘里喉部的高徑比對脫硫塔系統(tǒng)總壓降的影響較小;文丘里的阻力損失隨漸縮角的減小而降低;全曲面型文丘里脫硫塔的系統(tǒng)阻力相較于雙曲面型與直面型文丘里有大幅降低;文丘里管的阻力損失與喉部速度大致呈二次函數(shù)的關(guān)系。
　　3)利用k-ε湍流模型模擬了CFB-FGD七孔脫硫塔的煙氣流動特性，分析了脫硫塔結(jié)構(gòu)與運(yùn)行參數(shù)對CFB-F

4、GD脫硫塔內(nèi)煙氣流場及阻力損失等方面的影響。結(jié)果表明，在脫硫塔煙室設(shè)置合適的導(dǎo)流板雖然會使得脫硫塔的系統(tǒng)總壓降稍有上升，但卻可以顯著改善脫硫塔內(nèi)流場分布的均勻性;當(dāng)脫硫塔頂部出口結(jié)構(gòu)采用純圓柱、H3um/H3m為0.65、選用兩個半徑分別為2400mm和1555mm的90°彎頭時，不僅降低了脫硫塔系統(tǒng)阻力，而且有利于脫硫塔內(nèi)的物料循環(huán);脫硫塔的系統(tǒng)阻力與負(fù)荷基本呈二次函數(shù)的關(guān)系。
　　4)在CFB-FGD七孔脫硫塔上增設(shè)了旁路煙道

5、，研究了旁路煙道管徑、數(shù)量及其安裝位置對塔內(nèi)流場特性、阻力損失以及負(fù)荷調(diào)節(jié)性能等方面的影響。結(jié)果表明，旁路數(shù)量與旁路管徑的增加均可改善塔內(nèi)流場的對稱性;旁路煙氣流率隨旁路管徑的增加而增大，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)阻力下脫硫塔的負(fù)荷可以增加20％，從而使得脫硫塔系統(tǒng)負(fù)荷的調(diào)節(jié)范圍可擴(kuò)大為50％～130％;旁路型脫硫塔阻力損失的規(guī)律與無旁路型脫硫塔基本相同，但在相同煙氣流量條件下，系統(tǒng)總壓降得到了大幅降低;旁路型脫硫塔內(nèi)顆粒相在最優(yōu)調(diào)節(jié)方案下的流動軌跡分

6、布相較于原始脫硫塔更均勻，且與氣相場的分析結(jié)果基本一致。
　　5)開展了CFB-FGD系統(tǒng)中慣性除塵器、布袋除塵器以及一體化除塵器的數(shù)值模擬，分析了導(dǎo)流板數(shù)量、氣流均布板開孔率及其安裝位置等因素對除塵器內(nèi)部流場、運(yùn)行阻力以及濾袋處理風(fēng)量等方面的影響。結(jié)果顯示，①增設(shè)導(dǎo)流板并降低慣性除塵器內(nèi)氣流均布板的高度，提高了慣性除塵器的利用率，且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化條件下其系統(tǒng)總壓降有所降低。②通過將布袋除塵器的直管型進(jìn)口尾部煙道改為漸擴(kuò)型，并在箱

7、體右側(cè)煙氣進(jìn)口處布置中間10％，兩側(cè)35％開孔率的氣流均布板可得到較好的流場分布，且其系統(tǒng)總壓降在優(yōu)化時均有不同程度的增加。③在一體化除塵器中箱體右側(cè)進(jìn)氣壁面及距其2300 mm的預(yù)除塵器內(nèi)分別布置開孔率50％的氣流均布板可獲得最佳的流場調(diào)節(jié)效果，且設(shè)置兩塊均布板時，濾袋組處理風(fēng)量的均勻性要優(yōu)于布置一塊均布板時的狀況，系統(tǒng)阻力則稍有增加，而將除塵器氣室改為漸擴(kuò)型可明顯改善處理風(fēng)量的均勻性，系統(tǒng)阻力也有大幅降低。④兩種設(shè)計(jì)方案（慣性除塵器