石灰石-石膏湿法烟气脱硫塔内流场模拟及优化分析

北极星环保网讯: 首先介绍石灰石-石膏湿法脱硫工艺过程和存在的问题，然后结合影响脱硫效率的主要因素，采用CFD技术，建立模型、选取参数、计算并分析了脱硫塔内流场的特性，最后提出相应的优化方案，为数值模拟和工业优化设计提供参考。

关键词：湿法脱硫;流场模拟;优化分析

面对我国日益严峻的大气污染问题，为了减轻SO2污染及酸雨的危害，必须从主要源头着手，控制燃煤电厂的SO2排放。治理烟气中的SO2有三类方法：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫及燃烧后脱硫。

美国EPRI(电力研究协会)统计显示，已经开发的近百种脱硫工艺中，仅有10多种真正实现了工业应用。80%的已投运或在建的脱硫系统采用了湿法烟气脱硫技术。其中，石灰石-石膏湿法烟气脱硫是最为广泛采用的一种脱硫工艺。然而，该法涉及了复杂的物理化学反应过程，如何研究其反应机理及过程，进而进行工艺优化设计，是提高效能和经济性的关键。

本文利用CFD(computationalfluiddynamics)技术对脱硫塔内气液两相流进行研究，探讨塔内流场模型建立、参数选择及流场特性，为脱硫塔的优化设计提供参考。

1问题分析

1.1石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺

石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统主要包括：石灰石制备系统、烟气系统、SO2吸收系统、石膏脱水和处理系统、控制及电气系统。其主要工艺过程：从锅炉引风机引出的烟气全部进入FGD系统，首先通过气气热交换器(MGGH)对未脱硫烟气进行降温，再进入吸收塔进行脱硫反应，完成脱硫后的净化烟气经溢流槽及两级除雾后，再通过MGGH被重新加热到80℃以上经烟囱排出。

石灰石-石膏湿法脱硫工艺技术成熟，脱硫效率可达95%以上;原料来源广、价廉易得;容量可大可小，应用范围广;系统运行稳定，变负荷运行特性优良;副产品便于综合利用;技术进步快。但是，该法投资和运行费用较高、占地面积较大，关于提高脱硫效率、降低脱硫能耗的研究是该技术研究与发展的主要方向。

1.2存在问题

通过对石灰石-石膏湿法脱硫工艺过程的分析，结合实际喷淋塔内的物理化学反应可知，影响脱硫效率的因素主要有：吸收液的pH值、烟气温度和流速、石灰石粒度及纯度、吸收液停留时间、液气比及浆液循环量。而工艺优化的难点就在于各种影响因素之间也会相互影响，并受到能耗的制约。

较低的pH值有利于石灰石的溶解和生成物的氧化，但有腐蚀性，而较高的pH值则有利于SO2的吸收，但不利于石灰石溶解;烟气流速大，可形成湍流增强气液传质，但易造成烟气带水从而增加除雾器负担，同时增加风机能耗;高纯度、细颗粒的石灰石增大了反应接触面积，但石灰石制造成本也相应增加;吸收液停留时间长有利于提高吸收液利用率，但会导致土建和设备费用增加;液气比加大相当于提高了喷淋密度，但增加了设备造价和能耗。

采用实验方法对以上复杂过程和问题进行分析有很大难度，一般是建立实验室模型反映实际问题，二是对实际工程问题进行归纳总结，但都不能经济有效的对优化设计进行探索。CFD方法与实验方法对比，具有技术花费少、可以得到吸收塔中速度场、强度场等详细信息的优点，对喷淋塔的优化设计具有重要意义。

2研究内容

2.1研究对象

石灰石-石膏湿法脱硫的喷淋塔内实际上是一个涉及气-液-固三态，包括化学反应、传质、传热等过程的复杂的过程。本文研究对象为喷淋塔内的流场。基于双膜理论，将喷淋塔内的复杂流动视为气液两相流。其中，烟气在流经各喷淋层时，烟气中的SO2与喷出的石灰石浆液发生复杂的反应，反应后的烟气继续向上流动，经过除雾器，从塔上方排出。

对于喷淋塔内的气液两相流流场，将烟气视为连续相，浆液视为离散相，且流场为湍流。以某电厂喷淋塔为例，其相关参数如表1所示。

表1喷淋塔相关结构及运行参数

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