吸收塔導流環均流作用分析
2018-07-17 10:38:51
吸收塔導流環均流作用分析
雷勝楠1，蔣成軍1
（1．浙江德創環?？萍脊煞萦邢薰?，浙江省 紹興市 312000；）
摘要：本文設計一種吸收塔導流環，通過應用于吸收塔噴淋層，改善煙氣分布，使進入吸收塔內的煙氣分布均勻，避免偏流，同時能防止煙氣爬壁短路，并可將吸收塔壁上漿液再次引入噴淋區，提高脫硫效率；設計導流環為截面是等邊三角形的圓環，其邊長取100mm~500mm不等，結果表明，覆蓋率約為10%~15%，煙氣在整個噴淋區域內爬壁現象得到改善效果較好。
關鍵詞：吸收塔；導流環；煙氣均布；
0引言
在吸收塔內增加均流構件能有效改善吸收塔內煙氣分布，煙氣和漿液的流場分布影響吸收塔內傳質、傳熱和反應進行的程度。在吸收塔噴淋管層設置煙氣導流環，有利于改善煙氣分布，使進入吸收塔內的煙氣分布均勻，避免偏流，同時能防止煙氣爬壁短路，并可將吸收塔壁上漿液再次引入噴淋區，提高脫硫效率。
郭瑞堂[1] 通過安裝氣液傳質強化構件，對濕法煙氣脫硫噴淋塔內的氣液傳質進行了優化試驗研究及模擬。結果表明，氣液傳質強化構件能夠防止煙氣沿塔壁逃逸，整流氣相流場，強化氣液兩相在吸收區的混合，有利于SO2吸收，通流截面一定時，噴淋區壓降和脫硫效率隨構件與水平面夾角的增大而增大，構件與水平面夾角一定時，噴淋區壓降和脫硫效率隨通流截面的增大而減?。恍炀?/span>[2]在工藝計算基礎上實現了石灰石/石膏濕法煙氣脫硫系統設計的圖形化、可視化，使設計者能夠在良好的操作界面引導下，完成系統配置、參數輸入、工藝計算、設備選型及經濟分析等操作，提高了工作效率、縮短了設計周期和決策時間；孟憲禹[3] 模擬研究了除霧器、噴淋漿液、噴淋方向、塔高以及出口方式等對脫硫塔內部流場的影響，研究結果表明：除霧器對脫硫塔的流場有較大影響，在模擬過程中不能忽略；漿液的噴淋對煙氣流動有整合作用，且向上噴淋更有利于流場的均勻整合，更有利于除霧器除霧，且改變噴淋方向對流場阻力的影響較小；加高塔體有利于除霧器區域流場的均勻性，有利于除霧器除霧，但不利于脫硫反應區域流場的均勻性；改變脫硫塔出口方式為頂出對脫硫塔流場的影響不大，不能起到均勻流場的作用，反而提高了脫硫塔阻力，不利于脫硫塔運行。
目前，在設計工作中，改善氣體流場的措施主要通過三維模擬，直觀了解整個脫硫系統的氣流分布，并重點分析局部流動的渦流區、高壓區等，針對性的改善煙道結構形式、吸收塔的外形設計、托盤的優化等。改善煙氣流場的同時，應優化系統內部液體分布，通過合理布置噴淋層、優化噴嘴形式等措施，使得煙氣和液體流場相互作用，達到最佳的接觸、吸收和反應效果。對于無均流提效構件塔，增加均流提效構件，有利于改善煙氣分布，使進入吸收塔內的煙氣分布均勻，避免偏流。如在吸收塔內設置煙氣導流環，能防止煙氣爬壁短路，并可將吸收塔壁上漿液再次引入噴淋區，提高脫硫效率。對于已有均流提效構件的吸收塔，可以通過調節均流提效構件開孔率、加裝第二層均流提效構件等達到提效效果。
1物理模型
1.1幾何模型及簡化
本研究對象為吸收塔噴淋層煙氣導流環，模擬吸收塔塔徑為10m，將截面如圖1的導流環結構引入吸收塔噴淋層，導流環為截面是等邊三角形的圓環，其邊長取100mm~500mm不等，研究導流環的覆蓋面積與導流效果的影響規律。該模型的設計優勢是當煙氣從導流環下方流入時，導流板可使煙氣沿導流板流動，防止煙氣沿吸收塔產生爬壁現象，能更好的導入噴淋區，提高煙氣和漿液的有效接觸，另一方面，導流環匯流板能使吸收塔塔壁上漿液再次匯入噴淋區，提高漿液利用率。
圖1吸收塔導流環結構示意圖
1.2數值模擬及邊界條件
整個吸收塔及導流環模型的數值模擬通過SolidWorks Flow Simulation軟件完成，吸收塔模擬邊界條件為：入口煙氣流量330000 Am3/h，溫度130℃。
2結果與分析
本文分別模擬了煙氣導流環邊長為100mm、200mm、300mm、400mm、500mm時，其對吸收塔內煙氣的影響，覆蓋率的計算方法為，導流環水平截面積占塔內徑截面積的百分比，導流環邊長為100mm時，其覆蓋率3.4%，模擬均設置了四層導流環
2.1速度分布
圖2導流環邊長100mm（覆蓋率3.4%）
圖2為導流環邊長100mm時吸收塔內煙氣速度分布，由于導流環水平截面積較小，導流板邊長為100mm，其導流效果不明顯，當煙氣流過吸收塔右側時，煙氣方向改變較小，煙氣爬壁現象雖有改善，但壁面煙氣流速仍然較大。
圖3 導流環邊長200mm（覆蓋率6.8%）
圖3為導流環邊長200mm時吸收塔內速度分布。當增加導流板邊長為200mm，覆蓋率為6.8%，此時由于吸收塔左側導流環結構對煙氣產生的影響不可忽視，使得雖然右側導流環改善了爬壁現象，但隨著左側結構影響的加劇，爬壁現象仍不能較好的改善。
圖4 導流環邊長300mm（覆蓋率10.1%）
圖4為導流環邊長300mm時吸收塔內煙氣速度分布。增加導流板邊長為300mm，覆蓋率為10.1%，此時由于導流環尺寸的繼續加大，導流環的導流作用成為主要影響因素。
圖5 導流環邊長400mm（覆蓋率13.4%）
圖5為導流環邊長400mm時吸收塔內煙氣速度分布。增加導流板邊長為400mm，覆蓋率為13.4%，此時導流環的導流作用顯著，壁面煙氣流速較低，煙氣爬壁現象明顯得到改善。
圖6 導流環邊長500mm（覆蓋率16.6%）
圖6為導流環邊長500mm時吸收塔內煙氣速度分布。增加導流板邊長為500mm，覆蓋率為16.6%，此時煙氣在噴淋區域內爬壁現象的改善效果明顯。
2.2流線分布
圖7 導流環邊長100mm（覆蓋率3.4%）
圖7為導流環邊長100mm時吸收塔內煙氣流線分布，由于導流環覆蓋率3.4%，其導流效果不明顯，壁面煙氣流速仍然較大，流線分布明顯，因此導流環邊長較小時，無法起到較好的導流效果。
圖8 導流環邊長200mm（覆蓋率6.8%）
圖8為導流環邊長200mm時吸收塔內流線分布。當導流板覆蓋率為6.8%時，導流板的擾流效果已經較覆蓋率為3.4%時明顯，貼壁面流線速度較低。
圖9為導流環邊長300mm時吸收塔內流線分布。當導流板覆蓋率為10.1%時，導流板的擾流效果明顯，貼壁面流線速度接近為零。
圖9 導流環邊長300mm（覆蓋率10.1%）
圖10 導流環邊長400mm（覆蓋率13.4%）
圖10為導流環邊長400mm時吸收塔內流線分布。當導流板覆蓋率為13.4%時，可見圖中導流環處，貼壁面流線分布較少，說明此時煙氣已較少聚集在此，有效防止煙氣爬壁。
圖11為導流環邊長500mm時吸收塔內流線分布。當導流板覆蓋率為16.6%時，與覆蓋率為13.4%時均能達到設計導流環的目的，但在吸收塔徑不變的前提下，導流環覆蓋率越大，噴淋管噴淋區面積越小，因此在達到改善煙氣分布，避免偏流的目的同時，不易設計覆蓋率較大的導流裝置。
圖11 導流環邊長500mm（覆蓋率16.6%）
3結論
在吸收塔內增加均流構件能有效改善吸收塔內煙氣分布，煙氣和漿液的流場分布影響吸收塔內傳質、傳熱和反應進行的程度。
1）在吸收塔噴淋管層設置煙氣導流環，有利于改善煙氣分布，使進入吸收塔內的煙氣分布均勻，避免偏流，同時能防止煙氣爬壁短路，并可將吸收塔壁上漿液再次引入噴淋區，提高脫硫效率。
2）增加導流環覆蓋率，可加強吸收塔內煙氣的擾動，提高氣體湍流程度，但塔徑不變的前提下，增加導流環覆蓋率的同時，減小了噴淋區面積，因此導流環覆蓋率并非越大越好。
3）綜合考慮，當導流板邊長為300~450mm時，覆蓋率約為10%~15%，煙氣在整個噴淋區域內爬壁現象得到改善，且其結構尺寸較為合理，同時對其他設備設計安裝影響較小。
參考文獻
[1] 郭瑞堂．石灰石活性和塔內流場對濕法煙氣脫硫效率的影響研究[D]．杭州：浙江大學，2008．
[2] 徐敬．石灰石/石膏濕法煙氣脫硫系統模擬計算軟件的開發及應用[J]．工程科技，2011，S1：396．
[3] 孟憲禹．濕法煙氣脫硫系統噴淋塔流場均勻性研究[D]．北京：北京交通大學，2015．