均匀进气喷嘴塔数值分析.pdf
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1、装备制造技术 2023 年第 7 期0引 言湿法脱硫是当今化工行业中最有效的烟气脱硫方法,具有脱硫效率高、技术成熟、运行稳定等优点。喷淋脱硫塔是湿法脱硫的核心设备,在脱硫塔内入口烟气中的与喷淋层喷出的石灰石浆液通过气液反应以实现 SO2的脱除。脱硫塔内烟气分布的均匀性是保持脱硫效率的一个关键因素。进气装置是脱硫塔的重要组成部分,直接影响着脱硫塔内部气体分布均匀性。王旭等1对三种不同入口位置的喷淋塔内部两相流场进行了数值模拟,对喷淋塔入口位置的改进设计有一定参考价值;肖国俊2针对脱硫塔的进气角度进行了脱硫塔内部流场的模拟,得出了不同角度下气体的分布情况。研究脱硫塔进气装置对塔内流场的影响已成为当
2、前一项重要课题。雾化进气喷嘴是决定喷雾质量的关键因素,对脱硫效率有重大影响,因此合理的喷嘴选型对于脱硫塔的运行效率至关重要。目前市面上较为常见的进气喷嘴分为压力式、撞击式、旋转式、静电雾化式等。而在湿法烟气脱硫中使用较为普遍的是压力式进气喷嘴,结构简单且维修方便。压力式的进气喷嘴通过将压力势能转化为动能,加速流经喷嘴的流体,高速运动的流体会在空气中形成液膜,随后与空气产生剪切作用,液膜破碎成小水滴从而实现雾化3。几种常见的压力式进气喷嘴雾化性能见表 1。综合国内进气喷嘴装置应用研究现状,对脱硫塔的进气喷嘴进行结构设计,并利用 CFD 数值模拟方法与已有空心锥进气喷嘴装置进行气体分布模拟对比,对
3、设计的均匀进气喷嘴装置合理性进行了对比验证4。1均匀进气喷嘴方案设计均匀进气喷嘴装置如图 1 所示,主要包括进气管1、支座 2、扩管 3、连接件 4、分布管 7 组成。主进气管焊接在分布管上,分布管为圆环管状。烟气在进入脱硫塔后,其进气路线碰撞后形成一个环形区域 5。扩管与塔壁 6 贴合,分布管内环与扩管通过连接件连接。内环、连接件、扩管之间通过法兰连接。支座结构,均匀进气喷嘴塔数值分析庄绕林1,吴成强2,李乡鹏2,王在良1(1.江苏科圣化工机械有限公司,江苏 淮安 223003;2.淮阴工学院,江苏省先进制造技术重点实验室,江苏 淮安 223003)摘要:进气喷嘴装置是影响脱硫塔内部气体分布
4、均匀性的重要结构,气体分布越均匀,脱硫效率越高。设计出一种均匀进气喷嘴塔,并利用 Fluent 软件将均匀进气喷嘴塔与空心锥进气喷嘴塔内部三维流场进行了数值模拟。结果表明:均匀进气喷嘴塔内气体流动比空心锥进气喷嘴塔平稳,无大波动,且相同高度截面上的 E 值小于空心锥进气喷嘴塔。根据 E=0.5 来判断,均匀进气喷嘴塔内气体均匀度约在 Y=1.5 m 的高度达到标准,进而推断得出均匀进气喷嘴塔比空心锥进气喷嘴塔材料节省 25%。关键词:均匀进气喷嘴塔;空心锥进气喷嘴塔;E 值中图分类号:TQ413.2文献标志码:A文章编号:1672-545X(2023)07-0067-04收稿日期:2023-0
5、3-11第一作者:庄绕林(1975-),男,江苏泗阳人,高级工程师,研究方向:机械设计及其自动化.表 1四种常见压力式进气喷嘴的雾化性能比较进气喷嘴类型雾化粒径雾化场形状雾化角螺旋进气喷嘴雾化粒径最小,在 0.1 耀 0援5MPa的液压范围内,雾化粒径范围大致 200耀600滋m,最小可达到204滋m,粒径分布均匀实心锥,液滴分布紧密雾化角较大,可达到 105毅左右实心锥进气喷嘴雾化粒径较大,范围在 1700 耀2100滋m 之间,粒径分布均匀实心锥雾化角随压力的增大而增大空心锥进气喷嘴雾化粒径较小,范围在 1100 耀1900滋m 之间,虽然雾化效果较好,但是粒径随压力变化较大,稳定性不好空
6、心锥雾化角较小,在 50毅左右,但是较为稳定,变化不大扇形进气喷嘴雾化粒径最大,范围 1800 耀2200滋m,由于并非所有液滴都是空气切割而成,所以雾化粒径分布均匀性很差梭状液膜呈扇形,110毅左右,扩散范围大67Equipment Manufacturing Technology No.7袁2023支座由上下固定环及支撑台组成。两个固定环组成圆的直径等于分布管的直径,两端设置通孔,用螺栓来紧固。均匀进气喷嘴装置工作原理如下:烟气从进气主管进入分布管,并沿着分布管流向四周。随后,扩散的烟气从内环的分口,经连接件流动到各扩管,最终进入脱硫塔内部。脱硫塔内,烟气经碰撞后形成一个圆形区域,为汇流区
7、;扩管内侧的烟气均匀充斥满汇流区。最后,所有烟气沿塔高方向流动。2空心锥与均匀进气喷嘴塔物理模型的建立2.1 物理模型进气装置对塔内流场的分布情况的影响。在模拟过程中,忽略塔内浆液池、除雾区,喷淋段用多孔介质等效替代。由于烟气从塔底侧向进入,从塔顶直接排出,运用 Solidworks 软件建立了常规进气塔和均匀进气塔的模型,如图 2 所示,(a)为空心锥进气喷嘴塔模型,(b)为均匀进气喷嘴塔模型,由下而上可分为进气区、多孔介质区以及直排区。除进气装置外,塔体的所有结构尺寸都相同。2.2 边界条件的设置采用速度进口边界条件,速度入口方向与进气管截面垂直。所用模拟气体为空气,考虑重力的影响。两塔多
8、孔介质区阻力系数设置为相同,且多孔介质区采用各向同性。出口采用压力出口边界条件。2.3 速度均匀性评判标准为了对比两塔内部空气分布的均匀性,采用的评判标准为:E 越1nni=1移Vi-VaVa蓸蔀2蓘蓡12(1)其中,Vi是为各选取点的速度,Va是各点之间的平均速度,n 为选取点的个数。测点个数的选取如图 3 所示:在塔内圆形截面上从内至外取四个圆,每两圆的直径差为恒定值。取最大圆的三条直径,将圆分为等面积六个扇形,取点为直线与各圆的交点,共计 25 个点。3模拟结果分析3.1 空心锥进气喷嘴塔模拟结果分析肖国俊对脱硫喷淋塔烟气入口角度做了多个角度的改变并进行大量实验模拟,模拟结果如图 4 塔
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