通过流场分析某脱硫塔二级除雾器流速对烟筒内冷凝出水量的影响 原创

1、 模拟说明及三维模型

本次模拟对象为某脱硫塔顶部除雾器，由于监测点位含水量过大，对监测结果影响较大，现场提出如下解决方案：拆掉一半旋流叶片，减少离心风速，即降低旋流而上液滴量，整体风速降低也有利于液滴在重力作用下的降落，从而达到减少测点处含水量的目的。脱硫二级旋流器除雾的原理主要基于离心分离和惯性碰撞的物理机制，用于在湿法脱硫（如石灰石-石膏法）系统中高效去除烟气中的雾滴和微小颗粒。但由于烟囱中的水量大部分并非从旋流器而来，而是由于烟囱升高，温度降低，气体凝结而成的水；经现场实际测量：从烟囱标高40m处至出口，每隔5m监测一段水量，监测数据如下所示：

模拟方法及目的：本次模拟采用DPM模型，筒壁采用wall-film边界，液滴粒径取50μm；在40m标高至75m标高之间，每隔5m位置处设一圆环面作为液滴入射面，根据上述所测水量输入液滴流量；并从原始检测孔位置（标高55.3m）至最高极限监测点（监测面位置距烟囱出口为2倍烟囱直径）每隔3m设置一处监测面，并拾取每个监测面上的粒子分布，并以此为判断拆掉一半旋流叶片是否能达到降低测点含水量目的的依据。

图1 三维模型

图中x2~x9为各圆环液滴入射面；c1~c6为各粒子分布监测面。

流场模拟的关键：

1、速度场分布：

• 核心参数：烟气流速和其旋转的切向速度。切向速度直接决定了离心力的大小。
• 分析目标：确保流场均匀，避免出现低速区（除水无效）或高速区（可能导致二次夹带）。理想的流场是在旋流器下游形成稳定、强烈的旋流。

2、压力场分布：

• 核心参数：系统压降。旋流器的引入必然会增加烟气的阻力，表现为系统压降升高。
• 分析目标：在保证除水效率的前提下，优化旋流器叶片角度、密度等结构，尽可能降低压降，以减少引风机的能耗。

3、液滴轨迹与捕集效率：

• 核心参数：液滴的粒径分布。CFD模拟可以追踪不同粒径液滴的运动轨迹。
• 分析目标：模拟旋流器对不同粒径液滴（特别是15μm以下的细小液滴）的捕集效率。目标是让尽可能多的液滴轨迹终止于烟囱壁面。

4、二次夹带风险：

• 核心参数：壁面液膜的稳定性与烟气流速。
• 分析目标：分析烟囱壁面的液膜是否会被高速旋转的烟气重新撕碎并带走（即二次夹带）。这反而会降低除水效果甚至恶化情况。需要确保排水系统畅通，能及时将汇集的水排走。

2、 模拟结果

经模拟，本烟囱内的烟气流动状态如下所示：