湿法烟气脱硫除雾效率和流场优化的数值模拟研究

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环境形势的日益严峻和环保要求的进一步提高,使粉尘、酸雾等大气污染物的治理日益受到人们的重视。除雾器作为燃煤电厂烟气除雾的主要设备,其除雾性能好坏决定除雾后烟气能否达到排放标准。为了研究提高除尘、除雾效率的有效方法,本文对燃煤电厂湿法脱硫系统中广泛使用的折流板除雾器和近年发展起来的应用在湿法脱硫塔后,在脱除PM2.5、硫酸雾、微细粉尘、汞金属等方面取得了良好效果的湿式电除(雾)尘器进行了数值模拟研究。分析了不同参数对折流板除雾器除雾效率的影响;研究了提高湿式电除尘器内部流场均匀性的流场调节的常规方法和新方法。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)针对目前燃煤电厂湿法脱硫系统中广泛使用的折流板除雾器,本文利用欧拉—格朗日法对湿法脱硫折流板除雾器内气液两相流动建立数学模型。参考已有实验研究对本文所建立模型进行验证。通过模拟计算得到除雾器叶片间距、板型、流速对不同粒径雾滴的分级除雾效率和总除雾效率的影响,得到不同粒径雾滴的运动轨迹和捕集规律:流速在2-7 m·S-1,板间距在20,26,38mm范围的梯形和三角形叶片除雾器,粒径小于16μm的雾滴去除效率随流速增加呈现不规律的波动,随着板间距的增加而下降的趋势不明显,几乎不受叶片形状变化的影响;粒径大于16μm的雾滴去除效率随流速增加而增大,随着板间距增加显著下降;在板间距为38mm时,梯形板除雾效率大于三角形板,在板间距较小的情况下,两种板型的性能相差不大;流速小于3 m·s1时,粒径小于20μm雾滴的去除对气流均匀性要求较高,气流扰动增强利于小雾滴的碰撞聚并;流速高于3 m·S-1时,气流扰动增强增加了小雾滴运动的随机性,不利于小雾滴的碰撞聚并。(2)针对湿式电除尘器在工业应用中存在流场分布不均导致的除尘、除雾效率降低等问题,本文以某电厂湿式电除尘器改造项目为案例,对湿式电除尘流场进行了数值模拟计算,将模拟结果与现场实验测试结果对比,验证了模拟的准确性。通过流场分析得到除尘器入口流量分配不均和电场区流场分布不均的原因,利用流场调节的常规方法,通过设置导流板,气流分布板等措施,对入口烟道,进气喇叭等结构进行改造,使得入口流量分配均匀,电极迎风面流场分布得到改善。分析得出:为使入口流量均匀分配,应综合采用以下措施:增加入口烟道宽度、在入口烟道转弯处增设圆弧导流板、在联箱内增加斜导流板;圆弧导流板能对烟道内的气流流动起到良好的组织作用,进气喇叭的锥度不能过小,否则会引起气流对湿式电除尘器内部电场区的直接冲刷,且增加系统压降;进气喇叭内设置角度沿锥度较小一侧倾斜的导流斜板,将气流导向锥度较小一侧区域,可改善由于喇叭原始结构的缺陷造成的喇叭出口流场分布不均的问题;常规的流场调节方法虽然能在一定程度上改善气流分布,降低流速峰值,其调节过程需要反复调试,且调节后的流场仍然无法满足一些湿式电除尘器对流场均匀性的高要求。(3)基于数值模拟方法研究探讨了一种调节流场均匀性的新方法,利用横向和纵向隔板相互交错在喇叭口内形成梯形导流结构,根据喇叭出口截面某区域流量与对应的喇叭入口该区域面积的关系,能够分别在两个方向对喇叭口出口截面流场进行调节。与常规方法相比能够有效降低流速偏差,使电极迎风面流速在2~3m/s的区域面积占78%,流速偏差达到0.19,提高目标截面的流速均匀性;为了避免两个方向的流量调节相互干扰,喇叭口内的横向隔板与纵向隔板的高度应保留一定的高度差,差值根据喇叭尺寸确定;横向与纵向隔板数量或梯形蜂巢结构导流栅格的数目的设定,是根据对流场均匀性的要求来确定的,其数目越多,可实现的均匀性越高。
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