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管束式玻璃钢除雾器的现状

2018-12-4 7:55:41点击:







管束式玻璃钢除雾器是近年来兴起并逐渐应用的新型脱硫塔除雾器,具有对细小颗粒去除效率高、阻力小、投资成本低、维护简单等特点。已有多个电厂采用管束式玻璃钢除雾器实现了颗粒物的超低排放,即在吸收塔入口颗粒物含量≤30mg/Nm3的前提下,吸收塔烟囱出口颗粒物含量≤5mg/Nm3,并可在长时间连续稳定运行。


 


目前,对于管束式玻璃钢除雾器的研究主要集中在工程实践阶段,通过对部分已投运的脱硫机组出,入口粉尘含量及烟气压力进行检测,获取除尘效率、压力损失等相关数据。但玻璃钢除雾器运行环境为气-液-固三相耦合,影响因素多、工况复杂,通过实际工程仅能获取综合除雾效率,且开发成本高、周期长、可视化效果差,难以针对性地对玻璃钢除雾器进行优化设计。


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计算流体力学(CFD)是一种快速发展的数值仿真技术,该技术可克服实际工程试验研究的局限性,利用该技术对玻璃钢除雾器除雾性能开展的研究备受关注。对波纹板玻璃钢除雾器不同流速下的除雾特性进行了对比分析。采用RNG湍流模型对旋流板玻璃钢除雾器流场及压降特性进行了模拟。采用标准k-ε模型预测波采用STD和低雷诺数k-ε模型对折流板玻璃钢除雾器进行了研究,并与实验结果对比得出低雷诺数k-ε湍流模型与实验结果更为接近的结论。国内部分学者采用欧拉-拉格朗日模型对吸收塔内多种玻璃钢除雾器进行了数值计算。然而,对管束式玻璃钢除雾器除雾特性进行的数值模拟较少。


 


本文采用CFD技术对管束式玻璃钢除雾器流场进行模拟,考察了烟气流速、叶片角度、颗粒粒径等参数对除雾效率及压力损失的影响,为管束式玻璃钢除雾器的进一步优化设计提供依据。


 


2 模型建立与计算方法


 


2.1 流场计算的假设


 


管束式玻璃钢除雾器由为多个圆筒组成,圆筒内周向布置扇形叶片。烟气携带大量液滴,经叶片旋流后产生向上的离心运动。液滴惯性较大,易脱离烟气的旋流轨迹而甩向壁面,粘附在壁面上下滑,从而实现气液分离。为在保证与实际情况尽可能契合的前提下减小计算量,本文仅针对单个管束通道内的烟气流动进行流场计算,并做出以下假设与简化:


 


(1)烟气流场为定常流场,流动参数不随时间变化。


 


(2)将烟气视为不可压缩气体。


 


(3)忽略叶片厚度,将其视为无限薄的面。


 


(4)以水代替浆液,且颗粒直径视为恒定,忽略蒸发,冷凝,聚并等过程。


 


(5)颗粒碰到壁面即视为被捕捉,不再参与剩余计算过程。


 


2.2 模型的建立


 


采用三维建模软件solidworks对管束式玻璃钢除雾器进行几何建模,采用网格划分软件icem对模型进行非结构化网格划分。由于叶片处烟气流态发生急剧改变,为加强计算的精度,对PP除雾器叶片处网格进行适当加密。计算域总网格数约140万。


 


2.3 气相流场计算方法


 


将烟气视为连续相,采用欧拉法计算气相流场,通用方程为:


 


式中:ρ-气相密度;?覫-通用场变量;t-时间;u-气相速度;Γ-扩散系数;S-源项。在连续性方程、动量方程中,通用场变量?覫和 Γ分别为1、u、T和0、μ、K/c,其中T-气相温度,μ-动力粘度,K-传热系数,c-比热容。


 


采用三维雷诺时均Navier-stokes处理湍流,由于烟气经过叶片后产生强烈旋流,故本文采用对旋流适应性较好的realizable k-ε双方程模型描述雷诺应力,采用标准壁面函数描述近壁面流动情况。