湿式脱硫喷淋塔内部流场的数值模拟

论文摘要

本文以典型的氨-硫酸铵法脱硫喷淋塔作为研究对象,研究了脱硫系统的工作原理和设备组成,运用有限体积法,利用计算机模拟塔内工况,并对塔体结构进行优化,为我国自行研制、设计、优化脱硫设备提供借鉴。本文对脱硫塔内的三维两相流场进行了数值模拟,气相采用湍流k-ε模型,颗粒相采用离散相模型,选用显示差分法和SIMPLEC算法进行计算。分析不同工况下空塔的内部流动状态,从气相流线图和速度分布云图中可以看出进口区域附近的流线涡流严重,塔壁左侧附近的气速较高,导致喷淋时气液比的大小分布不均,直接影响了脱硫效率。在空塔内安装液体分布环,并仿真对比了一个分布环在不同高度下和高低位置结合的两个分布环对塔内流场的影响,在此基础上,进一步分析了分布环在不同通流截面对塔内流场的影响,由塔高方向上不同横截面的速度-位置曲线图可以看出,塔内安装两个分布环后,它的通流截面为75%时,喷淋塔内部流场得到了有效的改善,塔壁左侧附近的高气速带消失,塔中心速度略高于塔边缘速度,有效提高了脱硫效率。喷淋时,喷嘴喷射角度的增大,使液膜覆盖率得到提升,喷淋层的间距增加,延长了气液接触时间,有利于脱除烟气中的SO2。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 湿式烟气脱硫技术简介
• 1.2.1 烟气脱硫技术分类
• 1.2.2 常用的湿法脱硫技术
• 1.3 湿式氨法脱硫机理及工艺流程
• 1.3.1 湿式氨法脱硫特点及原理
• 1.3.2 脱硫工艺系统
• 1.3.3 喷淋塔内的主要设备
• 1.3.4 生产中有几个关键问题
• 1.4 研究方法
• 1.4.1 方法概述
• 1.4.2 氨法脱硫的研究方法
• 1.5 研究的主要内容
• 1.6 研究目的和意义
• 第2章 喷淋塔内部流场数值模拟的数学模型
• 2.1 CFD 软件及其应用简介
• 2.1.1 CFD 软件概述
• 2.1.2 CFD 商用软件的组成
• 2.2 CFD 模型的数值求解方法
• 2.2.1 CFD 模型的数值方法
• 2.2.2 计算区域的离散化
• 2.3 烟气流动控制方程
• 2.4 稀疏两相流模型
• 2.4.1 欧拉与拉格朗日描述
• 2.4.2 颗粒轨道的计算
• 2.5 求解器的选择
• 2.6 本章小结
• 第3章 喷淋塔内部流场的数值模拟
• 3.1 分析方案的制定
• 3.2 模型创建及初始、边界条件
• 3.2.1 计算区域
• 3.2.2 基本假设
• 3.2.3 计算网格的划分
• 3.2.4 计算参数及边界条件
• 3.3 计算结果与分析
• 3.3.1 无喷淋时塔内气相流场的模拟
• 3.3.2 通流截面对烟气流场的影响
• 3.3.3 入口速度对塔内烟气流场的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 喷淋塔气液两相流场的模拟
• 4.1 离散相模型概述
• 4.1.1 颗粒体积分数的适用范围
• 4.1.2 模拟连续相中悬浮颗粒的限制
• 4.2 离散相模型的边界条件及设置
• 4.2.1 喷淋装置简图
• 4.2.2 离散相的边界条件
• 4.2.3 喷嘴的（射流）雾化模型
• 4.2.4 两相间的耦合计算
• 4.3 有喷淋时塔内气相流场的模拟
• 4.3.1 有、无分布环的比较
• 4.3.2 出口截面烟气流速的比较
• 4.3.3 有、无喷淋时烟气流场的比较
• 4.3.4 喷嘴喷射角度对气相流场的影响
• 4.3.5 喷淋层间距对塔内压降的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介