多管文丘里循环流化床烟气脱硫冷态试验研究及数值模拟

循环流化床烟气脱硫技术是国内外正在研究并逐步工业化的一种先进技术。现有流化床脱硫塔布风板多采用单文丘里管,容易造成脱硫塔本体内流场分布不均,随着脱硫装置的大型化,这种现象越来越严重。本文提出了多管文丘里循环流化床布风板的设计。以150MW煤粉锅炉脱硫装置为研究对象,进行了入口段内加装流线型导流板、加装简易直导流板和变文丘里管径分布等三种改进措施的设计,结合多管文丘里布风板以改善脱硫塔本体内的流场。在此基础上,对脱硫塔本体内不同床体进口结构的速度场进行了实验研究与数值模拟,分析各种因素对其的影响规律,为研究循环流化床内气固两相流动、传热传质和脱硫过程以及优化脱硫装置结构提供了理论依据。 本文遵循冷态模化的有关相似原理,设计建造了多管文丘里循环流化床烟气脱硫装置的冷态模拟试验台,采用先进的PIV(Particle Image Velocimetry)对试验台内流场进行了非侵入式的测量,得到了脱硫塔本体内的气体流场和多个文丘里管内的气体流量分布,并运用流量偏差系数对各文丘里管内的气体流量分布及偏差产生原因进行了深入分析与讨论,同时测量了不同几何结构试验台在不同工况下的阻力损失。结果表明,脱硫装置的单侧进口结构严重影响多管文丘里管群内的气体流量分布,使得脱硫塔本体内的气流产生了不良流动行为。通过对试验台入口通道加装不同形式导流装置或者变文丘里管径分布,都可以有效地优化脱硫塔内的气体流场,采用流线型入口导流板或者变文丘里管径分布不仅能使各文丘里管均流,改善脱硫塔本体内的流场,而且不会明显增加脱硫装置的阻力损失。 本文应用FLUENT软件对循环流化床内的气体流动特性进行研究。采用前处理软件GAMBIT进行计算区域的网格划分;采用有限容积法对模型的控制方程进行离散化,压力—速度耦合采用PC-SIMPLE算法。运用k -ε湍流模型对循环流化床不同几何结构入口形式的循环流化床气体流场进行了数值模拟,数值模拟结果与试验值吻合良好。针对150MW煤粉锅炉脱硫装置单侧进烟的系统布置方式,综合考虑脱硫性能、压力损失、施工和运行等因素,推荐在脱硫塔烟气入口段加装流线型导流板,采用变文丘里管径分布也可达到比较理想的效果。