基于烟气脱硫折流板除雾器的数值模拟与优化

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除雾器作为湿法烟气脱硫除雾过程中的关键设备之一,对减少工业污染起到至关重要的作用。本文针对现有除雾器存在除雾效果不佳的问题,从气体流速、滴直径大小和板间距等因素方面入手,分析其对除雾效率和压降的影响,通过对10μm~40μm四种液滴直径运动状态的数值模拟得出,除雾器对小直径的液滴捕获率极差,且在除雾器入口处存在流场过于稳定导致除雾效率较差的现象,以及除雾通道内部折板弯道处压差大,烟气偏离壁面的问题。针对上述除雾器存在的缺陷,对除雾器入口处和内部折板拐弯处进行外构件的优化设计,且优化后除雾器除雾效率得到了20%~60%的提升,特别是对于直径在15μm~20μm的微型液滴,除雾效率提升至为明显。本论文的主要工作和研究成果包括以下方面:(1)本文通过CFD中的Fluent模块应用,分别对板间距设置为40mm的折流板除雾器、折线型除雾器和普通波纹板除雾器除雾通道内的气液两相流场进行了数值模拟,依次得到了三种类型除雾器在不同结构参数下运行的除雾效率和压损,三类不同板型除雾器对直径在0~20μm的液滴除雾情况均不理想,当限制流体速度4m/s时,只能得到20%以下的除雾效果,但随着直径愈来愈大尤其是超过20μm后,折流板除雾器除雾效率明显高于折线型除雾器和普通波纹板除雾器。(2)对折流板除雾器除雾效率的影响因素进行了分析,主要包括烟气流速、液滴直径大小以及板间距对除雾效率的影响,为下文对折流板除雾器除雾通道的数值模拟分析提供了理论基础。(3)通过除雾器结构网格划分、计算工况和边界条件设置等方式,对折流板除雾器进行仿真模拟,分析了不同位置的速度和压力变化情况;对影响除雾器除雾效率的因素折流板板间距离、气体进气速度值、不同折流板板型和液滴直径进行分析。基于流场分析所存在的问题,首先针对除雾器入口处气速过于均匀的问题进行入口处设置涡形缓冲管的优化方案,其次针对折流板除雾器折板拐弯处内外侧高低压差而导致除雾效率较差的情况,对折流板弯道处进行了内置弧形钩状构件的优化方案。(4)最后对脱硫塔中的湿法脱硫除雾工艺流程进行了简单介绍,阐述了折流板除雾器在脱硫塔中的应用情况,以及其常见的故障分析。
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