【摘 要】
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湿法烟气脱硫（WFGD）系统由于效率高、成本低、运行稳定,广泛应用于火电、化工、水泥、陶瓷等行业。然而,经WFGD系统处理后的烟气会携带大量酸性液滴。这些液滴不仅会对系统下游设备造成腐蚀和堵塞,而且排至大气后会导致“烟囱雨”现象,对环境造成严重污染。因此,为解决“烟囱雨”问题,开发性能优良的除雾器是当前研究的热点。CFD数值模拟是研究除雾器性能的重要手段。但传统欧拉-拉格朗日法所构建的除雾模型是无
【基金项目】
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国家自然科学基金项目《烟气微细颗粒表面特性及其复合凝并机理研究》（项目批准号:51676072）；
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湿法烟气脱硫（WFGD）系统由于效率高、成本低、运行稳定,广泛应用于火电、化工、水泥、陶瓷等行业。然而,经WFGD系统处理后的烟气会携带大量酸性液滴。这些液滴不仅会对系统下游设备造成腐蚀和堵塞,而且排至大气后会导致“烟囱雨”现象,对环境造成严重污染。因此,为解决“烟囱雨”问题,开发性能优良的除雾器是当前研究的热点。CFD数值模拟是研究除雾器性能的重要手段。但传统欧拉-拉格朗日法所构建的除雾模型是无法预测高烟气流速作用下因液滴飞溅和液膜分离等造成的二次携带现象。在高流速烟气工况中,仿真预测结果与工程实际情况差距大。针对这一问题,本文在传统欧拉-拉格朗日法的基础上耦合欧拉壁膜模型,考虑除雾过程中液膜的发展、运动、分离等特性,通过数值仿真开展折流板和旋流板两种除雾器的对比研究,分析烟气流场、液滴捕集和二次携带特性;考察除雾性能对结构参数变化的敏感性,提出优化策略。本文主要结论如下:（1）采用realizable k-ε湍流模型、离散相模型和欧拉壁膜模型分别描述烟气的湍流流动、液滴的轨迹运动和液膜的生成、发展、运动、分离规律,建立了考虑二次携带现象的除雾模型。该模型预测曲线变化与相关文献实验结果一致,模型可行;（2）折流板除雾过程中产生二次携带现象的主要原因是由流道转角处局部烟气流速过大造成的液膜分离所致。增大叶片板间距和转折角均会提升转角处流速,使除雾器临界速度下降,加剧液膜分离,降低除雾器稳定性;（3）在低于临界速度时,折流板除雾效率随板间距增大而降低,随转折角增大而增大;在高于临界速度时,除雾效率随板间距增大而减小,随转折角增大而降低。在研究工况下,折流板存在一组结构参数优化组合:板间距取20mm,转折角度取40°。此时对比基础型,除雾效率可提升16.38%,压降降低9.74%;（4）相较于折流板,旋流板具有更佳的除雾效率和除雾稳定性。一方面是因为旋流板具有更宽的粒径捕集范围,能实现对10～30μm液滴的高效捕集;另一方面是旋流场能将新生成液滴再次甩至捕集壁面,实现二次捕集,有效避免了除雾“恶化”现象;（5）在其他条件不变的情况下,旋流板除雾效率随捕集段长度、盲板直径、旋流板高度、叶片数增大而增大,随旋流板直径、叶片仰角增大而减小;旋流板除雾器进出口压降随捕集段长度、盲板直径、旋流板高度、叶片数增大而增大,随旋流板直径、叶片仰角的减小而增大;（6）旋流板除雾器存在一组优化结构参数组合:捕集段长度取1200mm,旋流板直径取400mm,盲板直径取150mm,旋流板高度取70mm,叶片数取12片,叶片仰角取26°。在研究工况下,优化后的旋流板除雾效率能稳定保持在96.48～99.12%,叶片数减少了6片。
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