湿法脱硫喷淋塔空塔流场数值模拟

　　1　前　言

　　喷淋塔是气液反应工程中的常用设备。用于脱硫工程的喷淋吸收塔如图1所示,石灰石浆液通过循环泵送至塔中不同高度布置的喷淋层的喷嘴。浆液雾从用耐磨材料制成的喷嘴向下喷出形成分散的小液滴并往下掉落,同时,烟气逆流向上流动,在此期间,气液充分接触并对二氧化硫进行洗涤。

　　影响喷淋塔设计和喷淋塔的脱硫效率的关键因素是塔内复杂的流场,对于喷淋塔这一反应器,仅靠试验难以揭示塔内的流场情况,因此数值模拟在认识喷淋塔气体流动规律与指导设计、放大上起着重要的作用。

　　Fluent的软件设计基于“CFD计算机软件群的概念”,针对每一种流动的物理问题的特点,采用适合于它的数值解法在计算速度,稳定性和精度等各方面达到最佳。从而高效率地解决各个领域的复杂流动的计算问题。fluent对付工程问题,尤其是边界形状复杂的问题有它自己的优势,特别是gambit生成非结构化网格很方便。而且fluent收敛很快。

　　本文利用fluent软件对喷淋塔空塔的流场进行三维数值模拟。采用k-ε模型建立数学模型,选择显示差分格式,用SIMPLE算法进行计算。

　　2　喷淋塔基本参数

　　进口烟气速度16.13m/s

　　烟气温度110.4℃

　　密度0.9292kg/m³

　　定压比热1.07kJ/kg·℃

　　进口压力275mmH2O

　　出口压力104mmH2O

　　3　喷淋塔空塔流场三维数值模拟

　　根据流体流动的理论,喷淋塔内的流动是三维湍流问题,由于湍流的复杂性,通常需要借助合适的湍流模型。由于k-ε模型考虑了对流和扩散对脉动速度的影响,因此被运用于计算有回流的流动及三维边界层流动。由于喷淋塔内存在回流,且计算区域较多,我们采用的是应用比较多的湍流模型是K-ε两方程模型。因为其有一定计算精度且计算量较小。本处理采用的是SIMPLE算法求解脱硫塔内的流场分布。

　　4　计算结果

　　4.1　喷淋塔内的流场总观视图

　　流场视图二可以看出烟气经隔板后向下流动的流场分布,由上向下逐渐收缩的一个过程,这是由于该处流经的横截面是半圆形,由于其圆形边界的约束,边界层和塔壁阻力的影响的缘故。

　　4.2　横截面处的流场分布

　　截面视图一为塔内距浆液面高度1.6mm流场视图;当烟气由塔进口进入塔内时,烟气扩容,形成一个逆时针的漩涡。由于进口速度分布的不均匀(在内侧速度很大,速度约为30m/s左右,右下角形成一个逆时针的大涡),内侧壁的流场继续保持原有的运动态势,没有较大的偏流,碰到隔板后产生回流,在此处形成强烈湍流区,漩涡在靠近塔壁时速度较大,约为10m/s左右。沿逆时针塔壁方向烟气由于边界层作用,速度逐渐降低。当烟气沿塔壁回流至进口处时速度仍然很大,约为8m/s左右,在进口处与进口烟气发生碰撞,湍流程度加大,在塔壁与进口的交界处产生边界层脱离,沿涡漩方向进入涡漩,影响了整个涡漩的流场分布,使涡漩的湍流程度加大。