基于CFD的WFGD烟气脱硫技术效率分析

采用CFD数值计算方法，在喷淋塔不同烟气进气速度的条件下，对WFGD系统的脱硫效率进行了分析。研究表明，烟气入口速度为4～5 m/s时，WFGD系统的流场和压力场分布比较有利于脱硫反应的进行，脱硫反应效率较高、功耗比较低，达到了较理想电厂烟气脱硫的节能环保效果。

目前，燃煤SO2污染控制技术可分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫三大类。其中，湿法烟气脱硫技术(WFGD)是燃烧后脱硫的技术，具有吸收剂资源丰富、成本低廉等优点，已成为世界上技术最成熟、实用业绩最多、运行最稳定的脱硫工艺。但该技术在电厂实际应用过程中的脱硫效率受到了很多因素的影响。本文采用CFD数值计算方法，在喷淋塔不同烟气进气速度的条件下对WFGD系统的脱硫效率进行了分析。

1 WFGD系统速度分布分析

本文选取WFGD脱硫系统烟气入口到反应器出口烟道之间的区域为计算区域。WFGD脱硫反应器入口烟道的截面为8 m×10 m的长方形截面，入口烟道与垂直方向为60°角;烟气出口尺寸为5 m×8 m，总高度为31 m。为了研究不同速度对喷淋效率的影响，固定了其他影响因素，在取浆液喷射速度为5 m/s、喷淋高度为18 m、喷淋量为10 kg/s、喷淋粒子直径为1 mm、烟气进气角度为60°的情况下，研究了烟气的进气速度分别为3 m/s、4.5 m/s、6 m/s时的脱硫效率。

通过观察分析不同进气速度的流线图可知，随着速度的增大，涡旋的大小和产生涡旋的位置都在有规律地变化。当速度为3 m/s和4 m/s时，在塔底的左端形成了小涡旋，并逐渐缩小，速度为5 m/s时，涡旋消失，但当速度达到6 m/s时，又在上侧形成了涡旋。由此可见，随着速度的增加，涡旋先逐渐消失，后逐渐上移。采用同样的分析步骤后发现，在塔底部的涡旋在逐渐缩小，但随着速度的增大，在烟气进口与塔壁交接处形成了一个小涡旋，且其强度在逐渐增大。这可能是因进口角度小、速度方向变化大而引起的。在烟气出口处形成了涡旋，其原因可能与进口处形成涡旋的原因一致。

2 WFGD系统压力分布分析

不同烟气进口速度时WFGD系统的压力云图如图2所示。

由压力分布云图可知，随着速度的增加，在喷淋装置上部的压力逐渐增大，但均匀度基本一致。塔底部的高压点的位置所有变化，强度都有所增加，且可以观察到4 m/s时的压力分布比3 m/s时的均匀，5 m/s时的压力分布比较紊乱，且在左下角形成了一个高压区。当速度为6m/s时，虽然压力较大，但均匀度较高，只在塔底形成了一个很小的高压区，未影响浆液与烟气之间的反应。分析其产生的原因，可能是随着进口速度的增加，需要的压力越来越大，烟气与浆液之间对流的速度也越来越快，导致浆液对烟气的拖拽力在不断增大，造成流场分布不均匀。

进口烟气流速是喷淋脱硫技术系统重要的设计参数之一。经过分析计算，得出了不同的流速获得脱硫效率。实验数据表明，随着速度的增加，脱硫效率先上升，后下降，在4～4.5 m/s之间达到最高点。一旦速度越过5 m/s，脱硫效率急剧下降。

3 结论

通过数值模拟计算分析，研究了WFGD系统的不同进气速度对脱硫效果的影响以及进气速度分别为3 m/s、4.5 m/s、6 m/s时的脱硫效率。经过分析，烟气入口速度为4～5 m/s时，WFGD系统的流场和压力场分布比较有利于脱硫反应的进行，脱硫反应效率较高、功耗比较低、效果比较理想，可作为工程应用的设计依据。