逆流型急冷塔内温度场分析及其结构参数优化.pdf
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1、化工机械2023 年化工机械作者简介院毛宇渊1995-冤袁硕士研究生袁从事动力工程专业的研究袁遥引用本文院毛宇袁胡新生袁王彬袁等.逆流型急冷塔内温度场分析及其结构参数优化咱J暂.化工机械袁2023袁50渊4冤院544-548.在现有的固体废弃物处理技术中袁焚烧处理是破坏废弃物危害性和实现废弃物减量最有效的方法之一袁生成的物质稳定且无公害咱1暂遥但如果焚烧工艺不当的话袁排放的烟气中就会含有大量污染物袁其中的二噁英类物质会对人体的免疫系统产生抑制作用袁容易在生物体内积累袁且难以排出咱25暂袁工程上常使用急冷塔来减少二噁英的后期合成遥急冷塔内的核心部件为双流体喷枪渊空气雾化喷枪冤袁 它是通过调节气压
2、与水压来改变出水量和喷雾粒径大小的遥 陈斌等以水尧空气为工质袁发现存在最佳的气液压力比能够使 D32最小袁并且拟合了一定范围内的喷嘴流量预测关联式咱6暂遥郭荆璞等采用激光粒度仪对喷雾性能进行试验探究袁分析了喷雾粒径沿轴向尧径向变化的规律咱7暂遥 付祥钊等采用气液质量流量比作为自变量袁发现 SMD 随气液质量流量比的增加袁先逐渐减小袁达到极小值后袁又逐渐增大咱8暂遥 LIU K 等使用三维激光相位多普勒分析仪渊PDA冤测量喷雾参数袁并对液滴平均直径和轴向速度进行研究咱9暂遥盛锴等建立急冷塔内的脱硫全反应模型袁直观地模拟出气相速度场尧温度场以及 SO2浓度场分布咱10暂遥王超等采用 RNG k鄄着
3、 湍流模型和 VOF 多相流模型进行了模拟袁为裂解气急冷系统的最佳工况确定了初始参数咱11暂遥 詹仕巍和虞斌对急冷塔内气液两相流动进行了模拟袁 研究了入口烟气温度尧液滴初始粒径尧初始温度及喷射速度对液滴群蒸发的影响咱12暂遥目前对于空气雾化喷嘴的实验和数值模拟研究是较为成熟的袁但急冷塔内的温度场分析和参数影响研究较为简单袁同时关于塔体结构参数的优化研究较少袁对实际指导作用不明显遥 因此笔者从工程实际项目出发袁首先对急冷塔内的温度场分布进行详细分析袁并在大范围的操作工况下对塔体结构参数进行优化并拟合数据袁为高温烟气急冷塔工程设计提供一定的参考遥1逆流型急冷塔内温度场分析某工程项目的急冷塔物理模型
4、如图 1 所示遥相较于顺流喷雾袁逆流喷雾时喷嘴附近区域的温度急剧下降而后缓慢变化袁所需塔高较小且对二DOI:10.20031/ki.0254鄄6094.202304018逆流型急冷塔内温度场分析及其结构参数优化毛宇胡新生王彬孙茂伟渊海军航空大学青岛校区冤摘要定义温度均匀性指标 Tu=1-r渊r 为塔截面温差绝对值与其平均温度的比值冤对急冷塔内温度场进行分析袁基于此指标袁对不同操作条件的塔体结构进行了优化计算遥 优化计算时袁首先认为塔体截面温度范围处于 0.95T1.05T 区间时渊T 为热平衡出口温度冤已基本实现冷却目的袁并取满足该温度均匀性要求的最小塔高为有效高度曰然后在每种工况下取多组塔径
5、进行计算袁寻求各自的有效高度袁并以内壁表面积最小为最优解曰由此获得了不同操作条件下优化后的塔体结构参数表及其预测关联式遥结果表明袁最优塔径与内壁表面积随着喷枪的气液压力比增大而减小袁呈单调递减趋势遥关键词急冷塔温度均匀性结构优化气液压力比预测关联式中图分类号TQ053.5文献标识码A文章编号0254鄄6094渊2023冤04鄄0544鄄05544第 50 卷第 4 期化工机械化工机械图 2x=0 m 截面温度云图和急冷塔内区域划分示意图噁英的抑制效果更佳咱13暂袁 因此选取逆流喷射方式遥图 1逆流型急冷塔物理模型相关参数如下院进口烟气流量1 405.8 kg/h进口温度500 益要求出口温度1
6、80 益喷嘴流量190 kg/h雾化水温度25 益喷雾形状空心锥喷雾塔径渊塔高冤0.54 m渊3.30 m冤图 2 为 x=0 m 截面温度云图和急冷塔内区域划分示意图袁从图 2a 可以看出袁塔内最低温度集中在喷嘴附近区域袁进口端和出口端的温度几乎不变袁为便于分析袁对急冷塔进行区域划分袁分为进口段渊773.0 K袁0.00.6 m冤尧蒸发段渊452.5773.0 K袁0.61.9 m冤尧混合段渊452.5 K袁1.93.3 m冤3个部分遥 同时为了定量描述塔内温度的均匀性袁定义温度均匀性指标 Tu渊Tu=1-r袁r 为塔截面温差绝对值与其平均温度的比值冤 对温度场进行分析遥 截取出一些高度的截
7、面平均温度和截面温度范围袁 此温度范围为该截面上的最低和最高温度遥 进口段的上述两个指标均没有变化袁蒸发段变化剧烈袁混合段变化减缓遥 混合段中的截面平均温度变化很小可以忽略袁 但随着塔高的增加袁截面上最低和最高温度的差值不断减小遥 z=2.1 m截面上温差为 39 益袁与该截面平均温度的比值是9.2%曰z=2.9 m 截面上温差为 25 益袁与该截面平均温度的比值是 5.8%袁这说明混合段虽然在平均温度上变化细微袁但提高了烟气的温度均匀性遥2急冷塔结构参数优化2.1特定工况下对于特定工况取多组塔径建模袁优化计算时认为塔体截面温度范围处于 0.95T1.05T 区间时渊T 为热平衡出口温度冤 已
8、基本实现冷却目的袁取满足该温度均匀性要求的最小塔高为有效高度袁545化工机械2023 年化工机械2 811.6500600700800D/mH/m8 434.811 246.4D/mH/m1.12.651.42.60D/mH/m0.72.051.32.60D/mH/m0.81.950.92.254 217.40.72.400.82.200.92.555 623.20.82.651.02.351.13.55进口温度Tin/益最优塔径和有效高度流量 Qin/kg 窑 h-1表 2各工况下最优塔径 D 和有效高度 H并以内壁表面积最小为最优解遥表 1 为某特定工况渊进口烟气温度 600 益袁流量 1
9、4 058 kg/h袁 出口烟气温度 220 益袁 喷雾角55毅冤下改变塔径时所得到的一系列参数遥 按照上述要求袁当截面温度范围达到渊209 益袁231 益冤时袁即可认为该截面高度为有效高度遥 图 3 为该特定工况下改变塔径时的有效高度和内壁表面积变化袁有效高度随塔径增大而减小袁内壁表面积则是先减小后增大袁存在极小值遥 按照内壁表面积最小的选取原则袁5 组塔径中的最优塔径为 1.4 m遥表 1某特定工况下改变塔径所得参数塔径 Dm1.11.5塔高m551.251.351.45出口温度Tout益218.8219.1218.9218.9219.0有效高度 Hm无3.102.852.552.40内壁
10、表面积 Sm2无11.6811.6311.2111.312.2大范围操作工况下将进口温度和流量范围扩大袁 计算出所需用水量袁选择合适的喷枪袁所采用的喷枪型号为RY鄄FM5袁 气压 0.215 MPa袁 当水压从 0.12 MPa变化到 0.42 MPa 时袁出水量从 450 kg/h 增加到1 590 kg/h袁满足上述工况用水量需求袁急冷塔相关参数如下院图 3某特定工况下改变塔径时的有效高度和内壁表面积变化进口烟气流量2Qm8Qm渊Qm=1405.8 kg/h冤进口烟气温度500800 益要求出口温度180 益所需用水量5061 520 kg/hRY鄄FM5 喷枪水量4501 590 kg/
11、hRY鄄FM5 喷枪气液压力比0.5121.792RY鄄FM5 喷枪喷雾粒径85125 滋m喷雾锥角55毅参照上述方法袁可以得到大范围操作工况下的最优塔径 D 和有效高度 H袁见表 2袁表中左上角空白是因为水量达不到喷枪量程下限未做计算袁右下角空白是因为计算无法收敛或由于液滴损耗达不到出口温度遥 图 4 为最优塔径与表面积随进口温度和流量变化图袁可以看出袁当进口烟气温度和流量增加时袁最优塔径和内壁表面积也会随之增大遥由表 2 的数据可知袁塔径的大小与进口温度和流量相关袁而进口温度和流量的改变会影响喷枪出水量袁 出水量的调节是依靠改变气压和水压袁因此将喷枪的气压和水压合并成一个影响参546第 5
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