半干法烟气脱硫过程的数值模拟.pdf
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半干法烟气脱硫过程的数值模拟李国莲(安徽建筑工业学院环境工程系,安徽合肥230601)摘要:
对增湿脱硫实验装置进行了数值模拟研究,依据流体动力学原理建立气液固三相耦合模型:
即质量、动量、能量和湍动能耗散输运方程,在构造脱硫装置的网格模型基础上,通过有限元数值计算方法,借助流体软模拟计算了反应器内的脱硫过程,考虑脱硫荆加入量、反应温度、烟气流量工艺因素的影响时该活性脱硫荆的脱硫性能。
将模拟值与实测值进行了对比,误差较低,表明本模型及其参数具有一定的准确性。
关键词:
脱硫反应器;脱硫效率;欧拉模型;数值模拟中图分类号:
X169文献标识码:
A文章编号:
10068759(2008)06001303ST【)DIYONM瓜任CR【CALSn仉】I。
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nIlnle五calsirn山d增湿烟气脱硫工艺中So:
气体的吸附反应主要是在雾滴液相中进行的,此类吸收问题是在非均相反应系统中进行的,而研究非均相反应系统的方法有双膜孥论,扩散边界层理论,溶质渗透理论和表面更新理论,本文将脱硫反应过程进行动收稿日期:
20080623安微省教育厅自然科学研究项目资助(2伽292B)安徽建筑工业学院硕士科研启动基金资助(200叫701)力学的数值模拟,对反应器内烟气(气)、脱硫剂(固)、水滴(液)三相相互作用的物理化学过程进行深入研究4】o1实验装置及方法实验开始后先打开液化气钢瓶及灶具,启动引风机,系统预热一段时间后,打开So:
减压阀门,启动电磁震动加料器加料加入脱硫剂,同时开万方数据l矮李阖莲半干法溜气脱硫过程的数值模拟扁雾优装置,待工提稳定后慰烟气分柝仅测量进气口烟气温度,进气口及排气口Soz浓度。
实验流程匿l所示。
鬻l脱臻置艺滚程蘸1液化气瓶;2灶台;3寨气罩;4喷雾装置;5S02钢瓶;6。
鼓蕊魂;7。
电磁振动加秘嚣;8。
是藏器;9。
旋效验尘器;lO引风机;ll12s02入庸口测点2数学模型及其理论分析2。
l数值模拟的基本模型别在进行质量、能量、动量衡算和对流体运动进行分析时,通常有以下四种模型:
DPM模型、VOF模型、醚溉地模登、欧救模型。
本模拟考虑褶闯的相互作用,拟采用欧拉多相流模型。
Euleri锄模型霹以对备耀进行单独计算,每枢都有单独的守僵方程,具有很大的适应性。
22模型假设副
(1)烟气流动为稳态定常流;
(2)将烟气视为不可压缩粘性流体;(3)假设动力波洗涤塔为绝热,对流及换热仪在三相之间进行:
忽略喷嘴对气流传热及其影响。
23横型的守恒方程州反波器志体现气樱有反应盈气耦和颗粒楱(液滴)有质量变化的湍流多相流动的气液固3相流动反玻模型在采用多漉体模型描述聪候,可建立以下的瞬时控制方程组:
(1)气榛控制方程表达式:
气相连续方程:
瓤pg)私嘁h武气褶动嫠方程:
耗哪)岳h_咚)=吨鲁卜毒(Ilf善+考|+导hm|+罢k_I+K饰魄
(2)气相组分质量分数方程:
黪啊s)砉h聊s毒,卜噜卜坞强豫气相能量方程:
耗喁丁)丢hr)=丢。
笼豺哪艘衲
(2)固糨控制方程表达式:
脱硫剂颗粒相连续方程:
警+昙粕)=。
(5)脱硫剂颗粒褶数密度连续方程:
鲁+毒也)=o脱硫剂颗粒相动蹙方程:
)+寿G蹦,)=罢G嘞)卜pp纩虿+瓦t分(7)万方数据第22卷第6期能源环境保护15知毒锦)=一以p绋一一月t酝(3)液滴控制方程表达式:
液雾颗粒相连续方程:
昙阱+兰。
)=一氆镌瓦阱+丽妒户一氆镌液雾相数密度连续性方程:
警+昙)=o液雾颗粒褶动量方程:
w(8)(9)(10)昙饥毒)=尝t瑚+p湛ivImi2臻憋白五一乏嚣,憋(12)将以上方程组进行&舭展开,本模拟剃用了Bous8妇sq假说,将雷诺应力项与时均速度梯度联系起来,使得守恒方程数与变量数相等。
3输运方程的初始边界条件本模拟中涉及到三个边界条件:
人翻初始条件、蹙面边界条件和出口条件。
(1)瞻已知模拟条件及经验公式给定入曩边界上的、舻、l,、灿五、e分布,其中kq,如=o003u2q蚋:
船(13)一向2瓦丽面尹(13)
(2)固体壁面边界条件:
采用无滑移条件,即珏蒯=影w*=球Ml森_盛=柚由于壁面附近速度迅速下降并趋于零。
粘性力将在瀛动中怒主导侔蔫,逶用予离数流动懿一方程不适用予壁面附近的流动,本模拟采用壁面函数法进行处理:
(3)轴对称线(r=O)处边界条件:
芒:
要:
嬖:
要:
粤:
o(。
4)i2i2_222u(14)仪承暾礅&(4)出口边界条件:
在反应器的出口处烟气分布不均,放出瞄处采掰篷力边界条件。
4数值求解方法采用s啪算法,对流相采用二阶迎风差分格式。
模拟计算中所有变量收敛条件定为:
l10一气符号说明:
1el,e厂一湍流模登参数;co,C扩颗粒与流体间拽力系数;Cr气体定篮吃热,J傀K;C,厂一液漓颗粒比热,J傀K;C广脱硫剂颗粒比热,J傀K;卜扩散系数;D液雾颗粒直径,m;舀。
脱硫颗粒壹径,m;肘广一液雾相单个颗粒质鬣,kgm,单个液雾颗粒质量变化率,l【gs;r壁蕊法线方向;nr液雾颗粒数密度;珏一脱硫剡颗粒数密度;P静压,Pa;口广一滚匿相阉换热,js;Q,一反应吸热,J傀;豫R础准数;r径向坐标,m;r温度,K;于广气化湿度,K;rb大气温度,K;乳广一液雾齐温速率,Ks;彬切向速度,ms;埘,化学反应速率;茗轴肉坐标,m;l,一气相组分s的质量浓度分数;卜通用扩散系数;气相动能耗散率。
5结果与分析(下转第38页)万方数据38。
能源环境保护第22卷第S期工艺流翟说暖:
禽有粉尘的气体经分散在各5结论产尘点的集气罩有效收集后从除尘净化塔顶部的内篱进入,在内筒的螺旋导流叶片的导流,而由喷嘴喷出的循环液在内整形成一层很薄的不断下流的水膜。
含尘气体在离心力的作用下粉尘颗粒甩向塔壁,并被水膜黏附,沿筒壁流下。
与此同时,具有一定流速的含尘气体通过内筒下部通过180。
转向旋转主舞,实现气承分离,旋转上舞的气流进一步离心分离尘粒和水滴。
最后通过净化的废气经引风橇后接入排气篱。
4系统的运行情况本系统投入正常运行后,经当地环保监测站监测表明:
治理后车间煤尘浓度与排气简煤尘排放浓度分别仅为4s粥m3、85瑚gm3;完全达到工作场所有害因素职业接触限值(GBz22002)及大气污染物综合排藏标准(GBl繇孵一1996)的要求。
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4-pt1H。
雌4,Hl(上接第15页)具体见图2、图3所示。
薹誊墨O+广_r__T删J-厂上TJ广上16050零40篓30鼙20100烟气滚爨蠢纛琏。
图2烟气流纛与脱硫效翠的关系O。
lO3O5O7O9脱硫嗣糯入量“gB。
)圈3脱硫剂加入与脱硫效率的笑系本项目采用密闭抑尘与双旋喷雾除尘相结合工艺治理选煤厂车阏粉尘,舆有低投资,低遥行成本、高处理率,建设工期短,操作维修方便等优点。
鼷对循环球利用选煤厂的现用德环沉淀池,循环水采用闭路循环不外排,故也不存在二次污染的阀题,符合煤矿粉尘治理技术发展的方向。
该技术达到了同行业先进水平。
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19848”q_-。
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一+-嵋模拟结果表明:
计算值与实测值的相对误差范围为O15,由于建立的数学模型孛参数较多,在选取参数值以及模型的假设等方面均存在一定的不合璎性,偿本模拟建立的数学模黧及运用的计算方法仍具有一定的可靠性。
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锨勰w158【8】陶义铨数值f专热学【M】遵安交通大学出版杖,19黯,16159。
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