湿法烟气脱硫喷淋塔内气液流场的数值模拟

盟 ＋ ｉ ）一 ｄ ｖ ＝ 卫 ＋ ｉ０ｇａ Ｃ）Ｆ ｄｖｘｒｄｖ＋ ）
ｕ‘ ｏ ｙ
＋ （ ） ＋ ｉ（ ａ （） Ｆ ｖ 一 ｄｖ ｄｗ） ＋
上式 中 Ｐ为静 压 ，ｘ Ｆ 为浆液滴对烟气 流场 的反作用力 。此动 Ｆ、 、 量方程就是著名 的纳维一斯托克斯（ａｉ － Ｓ ｋ ｓ Ｎ ｖ ｒ ＇ ｏｅ 方程。 ｅ ｔ ） 根据塔 内烟气 流动湍流实际情况 ， Ｆ Ｃ Ｄ中建立此方程来求 解烟气 的运动轨迹。 ２ 液滴运动控制方程 ． ２
２２１ 滴 颗 粒 运 动 方程 ．． 液 由于喷 淋液滴 的分散体积率 较小（ 远小于 １％）故采用拉格 朗 日 ０ ， 法 来 描 述 液 滴 的 运 动 较 为 精 确 ， 选 用 Ｄ Ｍ（ ｉ ｒｔ ｈ ｓ ｄｌ） 即 Ｐ Ｄｓ ｅｅ ａｅ ｃ Ｐ Ｍｏ ｅ 模 ｓ 型来跟踪液滴运动。吸收塔内的浆 液滴 受到诸 如重力 、 曳力 、 浮力等力 的 作 用 ， 文 主要 考虑 重 力 和 曳 力 对 液 滴 的作 用 。 本 根 据 液滴 在 烟气 流场 中 的受 力分 析 ，液 滴 颗 粒 的运 动方 程 可表 示 为 【 ３ 】 ：
捌趣出口
淋塔 内烟气流动过程进行了三维数值模拟和分析 ，得出了一些有益的 结论 ， 对喷淋塔的设 计和优化具有～定的指导作用。
２喷 淋 塔 内部 烟 气 流 场 数 学 模 型 的 建 立 ． ２１烟气流场控制方程 ．
将烟气视为连续相 ， 采用欧拉法对其进行描述 。 对于不可压缩烟气 流场 的连续控制方程可表示为 ：
旦 ＋ ＋旦Ｉｖ ＋型 ＝ 巳 ！ ＿ Ｐ ０
ａ ｔ ａ ｘ ａ ｘ ａ ｘ
横掇馘城
由高 斯 散 度 定 理 可 以 整理 成 以下 形 式 ：
誓＋（） ｄｐ ｏ ｉｕ ｖ＝
动 量 守 恒 控 制 方程 为 ：
旦 ￣ｉ ） 号。（（ｇｄ）Ｆ ｄ ＝ 卫十ｉＩａ（） ｘ ｖ 一 １ ｘ ｕ＋ ｖａ
ｄｐ ｕ
＿
＝
Ｆ（Ｃｕ） Ｄ Ｕ ｐ ＋
式中 ：Ｄ Ｕ） ＦＭ－ ｐ Ｎ颗粒受烟气的单位质量曳力 ， 表达式为 其
图 １模 拟 区域 示 意 图 在 建 立 物 理 模 型 时， 主要 基 于 以 下几 点 假 设 ： （） １进入脱硫喷淋塔 内的烟气看作不可压缩牛顿流体 ， 忽略温度变 化对 烟 气 密 度 以及 速度 的影 响 ； （ ） 淋 塔 模 拟 区域 为 除 雾 器 下部 至浆 液 面 ； ２喷 （ ） 不 考虑 塔 内喷 嘴 等 部件 对 烟 气 流 场 的 影 响 ； ３暂 （ ） 定 整个 脱 硫 喷 淋 塔 的塔 壁 为 绝 热 表 面 ； ４假 （） ５ 文中暂不考虑烟气与液滴之间的传质 以及反应 ， 将烟气 由空气 代替 ， 喷淋介质 由水代替 ； （） ６ 由于脱硫喷淋塔内的传质与传热 过程相 当复杂多变 ， 其内部的 运 行 不 可 能是 稳 态 的 ， 本 文假 定 为 稳 态 。 而 由于脱硫喷淋塔内的传热 、 传质过程复杂 ， 采用 以上假设使得建模 及计算过程得到简化［１ ６， － 但对模拟结果的精确性有一定的影响 。 ９ 而本文 主要是对脱硫喷淋塔内的流场作定性分析 ， 误差只要在允许 的范 围内， 都是可 以接受的 ， 做以上 的假设使得数值模拟计算更为简便。 采用结构化网格 对三维模拟 的空 间区域进行 网格划分 ，如 图 ２所
科技信息
高校 理科 研 究
湿 法烟 号膜硫 喷 激 塔内 与 液 流芏 硇数 值 模捌 罚
杨 芳 菅从 光 苏 伟 石春 光 。
（． １中国矿 业 大 学（ 州） 徐 电力 工程 学院 ２武 汉龙净 环保 工程 有 限公 司） ．
［ 摘 要 】 文 以 ３０ 本 ０ ＭＷ 机 组 喷 淋 塔 为研 究 对 象 ， 用 Ｆｕｎ 软 件 对 塔 内气 液 两相 流场 进 行 三 维数 值 模 拟 。 果 发 现 喷 淋 对塔 内烟 利 ｌｅｔ 结 气具有整合作用 ， 可以有 效地使 气体分布趋向均匀； 内靠近塔壁和中间部分喷嘴布置较 少， 塔 导致气流逃逸， 降低 了吸收效率。模拟 结 果 对 喷 淋 塔 的 现 场 运行 及 结构 优 化 设 计 具 有 一 定 的指 导 作 用 。 ［ 关键词 ］ 喷淋塔 两相 流 三维数值模拟 喷嘴 Ｆｕｎ ｌｅｔ
法 中存 在 的 缩 小 误 差 和 安 全 问题 日 。 本文借助计算流体力学（Ｆ ） Ｃ Ｄ技术 ， 通过建立合理 的数学模 型对喷
式中 Ｆ 为其它作用力。 。 ３喷 淋 塔 内烟 气 流场 计 算 ． ３１ ．建立物理模型 本文模拟的喷淋塔结构如 图 １ 所示 ， 烟气由人 口烟道进入塔 内， 然 后 向上流动与喷嘴喷出的浆液滴进行接触 ， 烟气得到净化 ， 净化后的烟 气 经 除 雾 器 和 出 口烟道 排 出喷 淋塔 。
１ 引 言 ．
Ｆ Ｙ［ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｕ ＋ ｆ ｆｔ ＝ Ｆ（ 一 Ｆ ｍ１ ｕ ｄ △
喷淋塔是 当前 大型燃煤 电厂湿法 烟气脱 硫系统中气液传质 、 传热 与反应的核心设备 ， 烟气和浆液 的流场分 布直接决定着塔 内的传质 、 传 热及反应进行程度 。因此 ， 对塔内流场的模 拟研究成为喷淋塔优化设计 的研究 热点 。 目 ， 前 研究流体问题 的方法有模 型试验 、 理论分析 和数值 模拟 ３ 】 数值模拟方法具有经济 、 的特点 ， 种【 １ 。 高效 且排除了模 型试验方
刀 。
嚣訾
式 中 Ｒ 为相对雷诺数 （ 或颗粒雷诺数）其定义为 ： ，
Ｒ ｌ Ｐ
Ｉ
式 中 Ｃ 为曳力系数可 以采用如下表达式 ：
Ｃ ＝钆 Ｄ
本 文将 喷 淋 浆 液 的液 滴 近似 为球 形 ， 对 于球 形 颗 卡＝ 一 定 雷诺 而 奇， 在 数 范 围 内 ，ｌａ，３ 常数 ＩＳ ａ，２ａ 为 ，ｌ ＊。 Ｉ 由 于 吸 收塔 内 烟 气 流 动 为 湍 流 ，故 需 考虑 烟 气 湍 流对 塔 内浆 液 滴 运 动 的 影 响 。本 文 采 用 随 机 漫 步 模 型 对其 进 行考 察 。 ２２２液 滴 与 烟 气 间 相 互 作 用 ． ．