（化工过程机械专业论文）侧入式搅拌中固液悬浮的数值模拟.pdf

at h e s i ss u b m i t t e dt o t h ef a c u l t yo fg r a d u a t eo fs h a n d o n gu n i v e r s i t y f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g s i m u l a t i o no f s o l i d - l i q u i ds u s p e n s i o ni ns t i r r e dv e s s e l s w i t hs i d e - e n t e r i n ga g i t a t o r s c a n d i d a t e ：l i ug u a n y i s p e c i a l t y ： c h e m i c a lp r o c e s sm a c h i n e r y s u p e r v i s o r ：p r o f z h o us h e n j i e s h a n d o n gu n i v e r s i t y , j i n a n p rc h i n a a p r i l ，2 0 1 0 导下， h ，本 论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 ； 论文作者签名：型l 塾二 日 、l 7 期：印? ! ：三：三， 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：圣墅二二导师签名： 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 主要符号及意义v i i 第1 章绪论1 1 1 课题研究背景1 1 2 国内外研究现状3 1 2 1 轴流搅拌器研究现状3 1 2 2 侧入式搅拌研究现状5 1 2 3 固液悬浮研究现状7 1 2 4 模拟常用方法1o 1 3 主要研究内容15 第2 章侧入式搅拌的数值模拟1 7 2 1 引+ 言17 2 2 搅拌器17 2 3 搅拌槽几何模型和网格划分18 2 4 模拟物系19 2 5 数学模型l9 2 6 模拟方法的选择与设置2 1 2 7 全槽悬浮转速2 3 2 8 加入固相对流场的影响2 3 2 9 本章小结2 4 第3 章水平偏角对固液悬浮的影响2 7 3 1 引占2 7 3 2 水平偏角对液相流场的影响2 7 3 2 1 水平偏角对流型的影响2 7 3 2 2 水平偏角对槽底速度场的影响2 9 1 1i 东大学硕十学位论文 3 2 3 水平偏角对搅拌槽中部速度场的影响3 3 3 3 水平偏角对固相浓度分布的影响3 6 3 4 水平偏角对功率消耗的影响3 8 3 5 本章小结3 9 第4 章转速对固液悬浮的影响4 1 4 1 引言4 1 4 2 转速对液相流场的影响4 1 4 2 1 转速对中心上升速度的影响4 1 4 2 2 转速对槽底速度场的影响4 2 4 2 3 转速对搅拌槽中部速度场的影响4 4 4 3 转速对固相浓度分布的影响4 7 4 4 转速对功率消耗的影响4 8 4 5 本章小结4 9 结束语5 l 参考文献5 3 致谢5 9 n c o n t e n t s c o n t e n t s c h 烈e s ea b s t r a c t i a b s t r a c t i i i l i s to fs y m b o l s v i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u n do f t h er e s e a r c h 1 1 ：! g l o b a lr e s e a r c hs t a t u s 3 1 2 1r e s e a r c hs t a t u so f a x i a lf l o wi m p e l l e r 3 1 2 2r e s e a r c hs t a t u so fs i d e e n t e r i n ga g i t a t i o n 5 1 2 3r e s e a r c hs t a t u so fs o l i d - l i q u i ds u s p e n s i o n 7 1 2 4m e t h o d so fs i m u l a t i o n 1 ( ) 1 3c o n t e n t so f t h et h e s i s 11 ； c h a p t e r2n u m e r i c a ls i m u l a t i o no fs i d e e n t e r i n ga g i t a t i o n 17 2 1i n t r o d u c t i o n 17 2 2i m p e l l e r 17 2 3m o d e l i n ga n dm e s h i n go ft h es t i r r e dt a n k 18 2 4m a t e r i a ls y s t e m 1 9 2 ! ；n u m e r i c a lm o d e l 1 9 2 6s e l e c t i n ga n ds e t t i n go fs i m u l a t i o nm e t h o d 2 1 2 7s u s p e n s i o nr o t a t es p e e df o re n t i r et a n k 2 3 2 8i n f l u e n c eo f a d d i n gs o l i do nf l o wf i e l d 2 3 2 9c o n c l u s i o n ：! z l c h a p t e r3i n f l u e n c eo f ao ns o l i d l i q u i ds u s p e n s i o n 2 7 3 1i n t r o d u c t i o n 2 7 3 2i n f l u e n c eo f ao nl i q u i df l o wf i e l d 2 7 3 2 1i n f l u e n c eo f ao nf l o wp a t t e r n 2 7 3 2 2i n f l u e n c eo f ao nv e l o c i t yf i e l da tt a n kb o t t o m 2 9 山东大学硕十学f 7 ：论文 3 2 3i n f l u e n c eo f ao nv e l o c i t yf i e l da tt h eh a l f h e i g h to f t a n k 3 3 3 3i n f l u e n c eo f ao ns o l i dp a r t i c l ec o n c e n t r a t i o nd i s t r i b u t i o n 3 6 3 4i n f l u e n c eo f ao np o w e rc o n s u m p t i o n 3 8 3 5c o n c l u s i o n 3 9 c h a p t e r4 i n f l u e n c eo fr o t a t es p e e do ns o l i d l i q u i ds u s p e n s i o n 4 1 4 1i n t r o d u c t i o n 4 1 4 2i n f l u e n c eo fr o t a t es p e e do nl i q u i df l o wf i e l d 4 1 4 2 1i n f l u e n c eo fr o t a t es p e e do nr i s i n gs p e e di nt h et a n kc e n t e r 4 1 4 2 2i n f l u e n c eo fr o t a t es p e e do nv e l o c i t yf i e l da tt a n kb o t t o m 4 2 4 2 3i n f l u e n c eo f r o t a t es p e e do nv e l o c i t yf i e l da tt h eh a l f h e i g h to f t a n k 4 4 4 3i n f l u e n c eo f r o t a t es p e e do ns o l i dp a r t i c l ec o n c e n t r a t i o nd i s t r i b u t i o n 4 7 4 4i n f l u e n c eo f r o t a t es p e e do np o w e rc o n s u m p t i o n 4 8 4 5c o n c l u s i o n 4 9 s u m m a r y 51 r e f e r e n c e s 5 3 a c k n o w l e d g e 5 9 l i 摘要 摘要 当今世界环境污染同益严重，火电厂大量安装了烟气脱硫塔，脱硫塔底部浆 液池是典型的侧入式搅拌。侧入式搅拌是一种特殊的搅拌形式，被广泛应用于石 化、造纸、食品、环境等行业，它具有搅拌桨直径相对较小、安装位置特殊、搅 拌功率较小等特点。由于流型的特殊性，侧入式搅拌般将四个轴流搅拌器均匀 安装在特大型平底搅拌槽底部侧壁。每个搅拌器不但有一个水平偏角，还有一个 垂直倾角。垂直倾角一般取l o o ，作用是使搅拌器产生的轴流射向槽底，吹起槽底 的固体颗粒减少沉淀；水平偏角一般取4 0 至1 2 0 之间的某值，作用是在槽底产生环 流，加大四个搅拌器轴流扫过的面积，从而加强槽底各位置液相流动，减少固体 的堆积。四个搅拌器轴流在槽底中心区域相互作用，产生向上的液流，液流到达 水面再向四周分散，最后沿着槽壁向下流动，从而在全槽循环，达到固体悬浮的 目的。 脱硫塔底部浆液池中固液悬浮效果对整个系统的脱硫效果有重要影响，而搅 拌器水平偏角则是影响液相流场以及固相悬浮的关键因素。到目前为止，对侧入 式搅拌中固液悬浮数值模拟方面的研究较少，为此用f l u e n t 等软件进行如下工作： 建立了侧入式搅拌槽的数值分析模型，物料选用固相体积分数为1 5 、粒径 为5 0 9 m 的石膏晶体脱硫塔浆液两相体系，采用标准加湍流模型模拟液相流动， 欧拉多相流模型模拟悬浮过程。从液相速度场、固相浓度分布及能量消耗等方面 探讨了搅拌器水平偏角和转速对整个搅拌槽固液悬浮效果的影响规律，确定了最 佳水平偏角和转速。 对模拟结果进行分析总结，得到了下列结论：对固体悬浮起主要作用的是槽 心区域的上升液相流动。加入固相后的上升液相流速比加入固相前要低，流型也 会发生定改变。随着搅拌器水平偏角n 的增大，槽底循环加强，沉淀面积减小， 但槽心区域上升液相逐渐减弱，固相颗粒在全槽的悬浮能力随之减弱。反对侧入式 搅拌流型和各个位置的液相流速有不同程度的影响，n 为8 0 至1 0 0 时的流型和液相 流速对固液悬浮最为有利，而且此时槽底沉淀面积相对较小，平均固相浓度较低。 山东大学硕十学佗论文 从节能方面考虑，a 为1 0 0 时功率消耗最小。综合各个因素，1 0 0 为最佳水平偏角。 转速的增大可以提高槽底各个位置的液相流速，转速超过2 4 0 0 r p m 时，槽心区域 液相上升速度增大逐渐不明显。提高转速有利于固体悬浮，搅拌器转速大于等于 2 4 0 0 r p m 时，基本就能够达到固相在全槽悬浮的要求。随着转速的增长，单位体积 功率非线性增加。综合各个因素，2 4 0 0 r p m 左右是最佳转速，此时能量消耗适中， 悬浮达到要求。这些结论为工业操作提供一定的参考。 关键词烟气脱硫；侧入式搅拌；固液悬浮；数值模拟 a b s t r a c t a b s t r a c t n o w a d a y s ，t h ee n v i r o n m e n tp o l l u t i o no f t h ew o r l dg e t sw o r s ea n dw o r s e m a n yf l u e g a sd e s u l f u r i z a t i o n ( f g d ) t o w e r sa r ei n s t a l l e di np o w e rp l a n t s t h e r ei sat y p i c a l s i d e e n t e r i n ga g i t a t i o na t t h eb o s o mo ft h ef g d t o w e r s i d e - e n t e r i n ga g i t a t i o ni s a s p e c i a lk i n do fs t i r r i n g i ti sw i d e l yu s e di nt h ef i e l do fp e t r o c h e m i s t r y , p a p e r - m a k i n g ， f o o da n de n v i r o n m e n ti n d u s t r y i t sc h a r a c t e r i s t i ci sa sf o l l o w i n g ：t h ed i a m e t e ro ft h e s t i r r e ri sc o m p a r a t i v e l yl i t t l e ，t h ei n s t a l l i n gl o c a t i o ni s e s p e c i a l ，t h ep o w e ro ft h e a g i t a t i o ni sc o m p a r a t i v e l ys m a l l b e c a u s eo ft h ep a r t i c u l a r i t yo fi t sf l o wp a t t e r n ，f o u r a x i a lf l o wi m p e l l e r sa r ei n s t a l l e ds y m m e t r i c a l l ya tt h eb o t t o mo ft h es i d ew a l lo fq u i t e l a r g es t i r r e dv e s s e lw i t hf l a tb o a o m t h e r ei sn o to n l yah o r i z o n t a ld e v i a t i n ga n g l eb u t a l s oav e r t i c a ld e v i a t i n ga n g l eo ft h ei m p e l l e rs h a f t t h ev e r t i c a la n g l ei sa l w a y s10 0 i t m a k e st h ea x i a lf l o w sf r o mt h ei m p e l l e r sg ot ot h eb o t t o mo ft h et a n ka n db l o wt h es o l i d p a r t i c l e su pi no r d e rt or e d u c et h ed e p o s i t t h eh o r i z o n t a la n g l ei su s u a l l yb e t w e e n4 0 a n d12 0 i tp r o d u c e sc i r c u m f l u e n c ea tt h eb o r o ma n di n c r e a s e st h ea r e af o u ra x i a lf l o w s p a s sb y s ot h el i q u i df l o wg e t ss t r o n g e ra n dt h es o l i dd e p o s i td e c r e a s e s f o u ra x i a l f l o w sh i te a c ho t h e ri nt h ec e n t e ro ft h et a n kb o r o m ar i s i n gf l o wi sm a d e ，a n di tg o e s t ot h es u r f a c ea n ds p r e a d sa r o u n d ，a n dg o e sd o w na l o n gt h es i d ew a l l s ot h ef l o wg o e s e v e r y w h e r ei nt h ev e s s e la n d t h es o l i dp a r t i c l e ss u s p e n d t h ee f f e c to fs o l i d l i q u i ds u s p e n s i o na tt h eb o r o mo ft h ef g dt o w e r sp l a y sa n i m p o r t a n tr o l ei n t h ed e s u l f u r i z a t i o ne f f e c to ft h ew h o l es y s t e m ，a n dt h eh o r i z o n t a l d e v i a t i n ga n g l eo ft h ei m p e l l e rs h a f ti s t h ek e yf a c t o ro nl i q u i df l o wf i e l da n ds o l i d s u s p e n s i o n b u tu n t i ln o w , t h er e s e a r c ho nt h es i m u l a t i o no fs o l i d l i q u i ds u s p e n s i o ni n s t i r r e dv e s s e lw i t hs i d e e n t e r i n ga g i t a t o r si sv e r yf e w , s ot h ef o l l o w i n gw o r kw i t hf l u e n t s o f t w a r ew a sd o n e ： t h en u m e r i cm o d e lo ft h ev e s s e lw i t hs i d e - e n t e r i n ga g i t a t o r sw a sb u i l t t h e t w o p h a s es y s t e mc o n s i s t e do fg y p s u mc r y s t a la n d m i x t u r el i q u i da tt h eb o s o mo ff g d i i i 山东人学硕十学何论文 t o w e r s o l i dp a r t i c l ev o l u m ef r a c t i o nw a s15 ，a n dt h ep a r t i c l ed i a m e t e rw a s5 0 i - t m s t a n d a r dk - et u r b u l e n tm o d e lw a su s e dt os i m u l a t et h es t e a d yl i q u i dp h a s ef l o wf i e l d ， a n dt h eu n s t e a d ys o l i d l i q u i d s u s p e n s i o np r o c e s sw a ss i m u l a t e dw i t ht h ee u l e r i a n m u l t i p h a s em o d e l t h ei n f l u e n c e sm a d eb yh o r i z o n t a la n g l ea n dr o t a t es p e e do n s o l i d - l i q u i ds u s p e n s i o np e r f o r m a n c ei ns t i r r e dv e s s e lw i t hs i d e - e n t e r i n ga g i t a t o r sw a s e x t e n s i v e l yi n v e s t i g a t e di nt h ew a yo fl i q u i dv e l o c i t yf i e l d ，s o l i dp a r t i c l ec o n c e n t r a t i o n d i s t r i b u t i o na n dp o w e rc o n s u m p t i o n o p t i m u mh o r i z o n t a la n g l ea n dr o t a t es p e e dw e r e c o n f i r m e d b ya n a l y z i n gt h er e s u l t so fs i m u l a t i o n ，t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sw e r eo b t a i n e d ：t h e r i s i n gl i q u i df l o wi nt h ec e n t e rz o n eo ft h et a n ki n f l u n c e st h es o l i ds u s p e n s i o nm o s t t h e r i s i n gs p e e do fl i q u i df l o wa f t e ra d d i n gs o l i di sl e s st h a nb e f o r ea d d i n gs o l i d ，a n dt h e f l o wp a t t e r na l s om a k e sac e r t a i nc h a n g e w i t ht h eh o r i z o n t a la n g l en i n c r e a s i n g ，t h e f l u i dc y c l ea tt h eb o t t o mg e t ss t r o n g e r , a n dt h ea r e ao fd e p o s i tr e d u c e s ，b u tt h er i s i n g f l o wi nt h ec e n t e rz o n eg e t sw e a k e rs ot h a tt h es o l i ds u s p e n s i o ng e t sw e a k e r am a k e s d i f f e r e n ti n f l u n c e so nf l o wp a r e ma n d l i q u i dv e l o c i t yi n d i f f e r e n tl o c a t i o n si n s i d e e n t e r i n ga g i t a t i o n w h e n6 t i sb e t w e e n8 。a n d10 。，f l o wp a a e ma n dl i q u i dv e l o c i t y i sb e s tf o rs o l i ds u s p e n s i o n c u r r e n t l y , t h ed e p o s i ta r e aa tt h eb o t t o mi sr e l a t i v e l ys m a l l a n dt h ea v e r a g es o l i dp a r t i c l ec o n c e n t r a t i o ni s l o w c o n s i d e r i n gp o w e rs a v i n g ，t h e p o w e rc o n s u m p t i o ni st h el e a s tw h e na = l0 。s oo p t i m u mh o r i z o n t a la n g l ei s 10 。t h e r o t a t es p e e di n c r e a s i n gm a k e sl i q u i dv e l o c i t yb i g g e re v e r y w h e r ei nt h ev e s s e l b u tw h e n r o t a t es p e e di sb e y o n d2 4 0 0 r p m ，t h el i q u i dr i s i n gs p e e di n c r e a s e ss l o w e r i n c r e a s i n gt h e r o t a t es p e e di sg o o df o rs o l i ds u s p e n s i o n w h e nt h er o t a t es p e e di se q u a lt oo rb i g g e r t h a n2 4 0 0 r p m ，s o l i dp a r t i c l e sc a l ls u s p e n da l lo v e rt h et a n k a sr o t a t es p e e di n c r e a s e s ， t h eu n i tv o l u m ep o w e ri n c r e a s e sn o n l i n e a r l y c o n s i d e r i n ga l lf a c t o r s ，t h eo p t i m u mr o t a t e s p e e di s2 4 0 0 r p m a tt h i st i m e ，t h ep o w e rc o n s u m p t i o ni sm e d i u m ，t h es u s p e n s i o n s a t i s f i e st h ed e m a n d a l lc o n c l u s i o n sa b o v eo f f e rs o m er e f e r e n c e sf o ro p e r a t i o n si nt h e i n d u s t r y i v a b s t r a c t k e y w o r d s ：f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n ；s i d e - e n t e r i n ga g i t a t i o n ；s o l i d l i q u i ds u s p e n s i o n ； n u m e r i c a ls i m u l a t i o n v 论文中主要符号及意义 主要符号及意义 c - d 曳力系数； d 浆n l 直径( m ) ； d 搅拌轴直径( m ) ： 喀同体颗粒直径( 岬) ； g 重力加速度( m s 2 ) ； 日液位高度( m ) ； k ，动鬣交换冈数； ，搅拌轴深入长度( m ) ； 肘总手h 矩( n m ) ； p y 单位体积功率( w m 3 ) ； 尺岛雷诺数； 丁搅拌槽直径( m ) ； 4 ，液相速度久鼙( i 眺) ； 同相速度久量( 1 眺) ； y 液体体积( m 3 ) ： z 垂直高度( m ) ： 仅水平偏角( o ) ： p 承直倾角( o ) ； 9 ，液相体积分数； 仍f i l i l 相体积分数； ，液相动力粘度( p a s ) ； 尸，液相密度( k g m 3 ) ； 风i 刊相密度( k g m 3 ) ； 叶轮旋转角速度( r a d s ) ； q 旋转坐标系。卜- 角速度( r a d s ) ； v l l 第1 章绪论 曼鼍! 曼曼皇曼! 曼! ! 曼曼曼! 曼曼曼曼曼皇! 粤! ! ! 曼曼曼曼量! 曼曼曼曼! 蔓曼曼曼曼曼曼鼍曼! 舅曼i i | m 皇曼曼皇曼曼曼曼曼曼鼍 1 1 课题研究背景 第1 章绪论 环境污染是当今世界人类面临的重大挑战之一，它已经严重的威胁到人类的 生存环境。环境污染中的一种是空气污染，污染主要来源于硫化物和氮化物，其 中硫化物( 主要是s 0 2 ) 主要来源于煤等化石燃料燃烧排放的烟气，燃煤产生的 s 0 2 排放量占s 0 2 排放总量的9 0 以上【。大量排放的s 0 2 导致酸雨这一自然灾害， 植被、森林和建筑物被严重腐蚀，人类生活环境遭到严重破坏。保护环境，减少 有害气体排放已成为世界各国的当务之急。 长期以来，我国能源生产与消费结构中，煤炭始终处于主导地位，占我国一 次能源7 5 左右，这种格局在较长的一段时问内不会改变。燃煤锅炉排放烟气是 大气污染的最大根源，其产生的二氧化硫使我国的酸雨污染逐年加重，这使得我 国环境保护任务更加艰巨。燃煤电厂的烟气脱硫工作是我国s 0 2 总量控制的重中 之重。因此，采用合理的烟气脱硫技术，控制燃煤产生的s 0 2 ，是减少s 0 2 排放量 的关键，也是抑制我国酸雨污染的核心【ij 。 为遏制酸阿污染的进一步恶化，国务院以国函1 9 9 8 5 号文批准了国家环保总 局制定的酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案。在两控区内，对工业污染 源排放实行分阶段控制。以火电厂为例，新建、改建燃煤含硫量大于1 的电厂， 必须同步建设脱硫设施；现有燃煤含硫量大于l 的电厂，应实行减排措施，在2 0 1 0 年前分批建成脱硫设施或采取其它具有相应效果的措施i n 。 湿法烟气脱硫工艺是当今脱硫率最高的工艺，最高脱硫率在c a s = i 1 1 2 5 时 可达到9 8 以上。湿法工艺包括许多不同类型的工艺流程，使用最多的是石灰石 石灰一石膏湿法工艺，约占所有f g d 安装总量的7 0 。根据吸收塔型式的区别可 分为三类：逆流喷淋塔、顺流填料塔和喷射鼓泡反应器。常用的为逆流喷淋塔型 式湿法工艺，其工艺流程如图1 1 所示1 2 】。 山东人学硕十学位论文 自爱曩一曩 图1 - 1 年i 灰4 i ；ti 灰筇i 膏法烟气脱硫：1 ：艺流程图 石灰石浆液在吸收塔内对烟气进行逆流洗涤，经雾化喷嘴喷出的石灰石浆液 滴和烟气中的二氧化硫进行反应，生成可溶性亚硫酸钙和亚硫酸氢钙，并以小颗 粒状流入到浆液池中。氧化风机把氧化空气喷入浆液池中，在搅拌器的作用下， 使亚硫酸钙和亚硫酸氢钙几乎全部强制氧化生成石膏结晶。用石膏排出泵将浆液 排出，送往石膏旋流器，进行浓缩及颗粒分级，稀的溢流液返回吸收塔及部分进 入废水处理系统外排，浓缩的底流流向真空皮带机进行石膏脱水【2 1 。 这种工艺主要缺点是基建投资费用高、占地多、耗水量大、脱硫副产物为湿 念，且脱硫产生的废水需处理后排放。但是因为该工艺技术成熟、性能可靠、脱 硫效率高、脱硫剂利用率高，且用常见的石灰石作脱硫剂，其资源丰富、价格低 廉，加上脱硫副产品石膏有较高的回收利用价值，因此很适合在中、高硫煤( 含 硫率1 5 ) 地区使用【引。 目前世界上湿法石灰石石膏脱硫系统中，通常使用“三塔合一”的结构，即： 吸收塔、氧化塔和沉淀塔合为一体，成为一个整体的脱硫塔。石灰石浆液池就是 氧化塔和沉淀塔合为一体的结果。浆液池是脱硫塔的核心部件，它的运行情况直 接决定了吸收液的浓度和p h 值、氧化反应进行状况以及排出石膏的品质。而吸收 液的浓度与p h 值又是决定s 0 2 吸收率的关键因素。由此可知浆液池中的多相流动 与化学反应特性基本决定了脱硫塔的整体性能，所以关于浆液池中侧入式搅拌效 果的研究至关重要【3 1 。 2 第1 章绪论 浆液池底部侧壁安装有侧入式轴流搅拌器，从电动机向搅拌轴伸入端看，搅 拌器顺时针旋转，搅拌器在转动过程中，对流体的推力是向前的。安装侧入式搅 拌器的作用是：1 ) 防止固体颗粒在浆液池中沉淀，确保浆液能够均匀地输送到下 一个工艺过程中去。2 ) 加强氧化空气的扩散，促进亚硫酸钙的氧化、石膏晶体的 成长和石灰石的溶解。如果吸收塔搅拌器的选择和设置不当，将会使亚硫酸钙氧 化不充分，石灰石利用率降低，严重影响脱硫效率及所生成的石膏品质；另一方 面，搅拌器搅拌效果不均匀，容易造成罐底的局部沉积，特别是泵入口处的沉积， 这将导致泵的气蚀，高浓度的浆液可能进入泵中，造成泵的损坏【4 1 。 综上所述，吸收塔中侧入式搅拌器是烟气脱硫系统的重要设备，搅拌器的设 计和布置将影响脱硫系统的性能参数和运行可靠性。因此，合理的选择和布置吸 收塔搅拌器具有重要意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 轴流搅拌器研究现状 搅拌器是典型的过程设备之一，广泛应用于混合、悬浮、传热、传质及反应 等单元操作过程中。搅拌器种类繁多，按桨叶形式来区分，常见的有：桨式、涡 轮式、锚式、框式、推进式、螺带式、螺杆式、三叶后掠式、布尔马会式等。不 同的搅拌器的产生的流场各不相同，这主要受搅拌器叶片形状、搅拌方式和物料 的特性等多种因素的影响，其中搅拌器叶片形状对流场的影响最大。因为流场类 型对混合效果又有着直接的作用，所以搅拌器的性能和选择异常重型5 1 。 搅拌器通过自身的旋转把机械能传递给流体，一方面在搅拌器附近区域的流 体造成高湍流的充分混合区，另一方面产生一股高速射流推动全部液体在槽内沿 一定路径循环流动，循环流动的路径就是搅拌设备的“流型 。根据各种搅拌器产 生的流型不同，可把搅拌器分为径流和轴流搅拌器【5 】。 径流搅拌器的液体沿着搅拌器半径和切线方向流动，或液体从轴向流入、径 向流出。一般来说径流搅拌器桨叶与旋转平面央角为9 0 0 ，其叶片对液体施以径向 离心力，液体在离心力的作用下沿径向流出，然后在槽内循环。常见的径流搅拌 3 1 1 1 尔大学硕十学僚论文 器有齿片式叶轮、平叶桨式叶轮、直叶圆盘涡轮桨和弯叶涡轮桨等。径流搅拌器 的特点是叶轮功率消耗大，搅拌速度较快，剪切力强，可以避免类似轴流搅拌器 经常出现的轴的振动【5 j 。 轴流搅拌器的液体沿着与搅拌轴平行的方向流动，或轴向流入、轴向流出。 推进式叶轮，螺带式和螺杆式叶轮都是典型的轴流搅拌器。轴流搅拌器的特点是 不存在分区循环，单位功率产生的流量大，剪切速度小，且在桨叶附近较大范围 内分布均匀，具有较强的防脱流能力【5 】。 到2 0 0 6 年为止，我国大型燃煤机组的烟气脱硫装置中用于常规湿法脱硫工艺 的脱硫湿风机、高性能阀门、重要的检测与采样一次性元件等关键设备，国内还 没有制造技术，个别可以国产化的产品，其质量、性能与国外产品相比尚有不小 差距。特别是国内侧入式搅拌专用的轴流桨的研究和生产水平相对落后，其中应 用较多的为4 5 0 折叶桨和推进式搅拌器。这些搅拌器不但效率较低，并且桨叶为复 杂立体曲面，制造困难，难以大型化【6 】。国家对环保的越发重视，发电厂都需要安 装或者改进现有的脱硫设备，而且浆液池中本身搅拌环境恶劣，腐蚀较快，侧入 式搅拌器需求量飞速增长，国内开发高效节能、造价低廉且易于大型化的第二代 轴流搅拌器迫在眉睫，大势所趋。近年来国内研发出一系列轴流搅拌器，如北京 化工大学的c b y 型轴流桨，华东理工大学的新型平直叶r a f 翼型轴流桨【。7 1 ，江苏 石油化工学院j h 型轴流式搅拌桨等【引。在这方面国外走在前列，法国r o b i n 公 司的h p m 桨，德国e k a t o 公司的i n t e r p r o 桨，美国l i g h t n i n 公司的a 3 1 0 ， a 3 1 5 ，a 4 1 0 和a 6 0 0 0 系列桨，加拿大p r o c h e m 公司的m a x f l o 轴流桨等都 是新型轴流桨的杰出代表【9 舶】。 国内研究者对轴流桨的性能，开发以及应用等领域的研究逐渐深入，取得了 一定的进展。侯拴弟等利用三维粒子动念分析仪测量了螺旋桨搅拌内湍流运动参 数，分析了搅拌槽内瞬时速度信号特点，研究了搅拌桨与搅拌槽直径比、桨叶叶 端安放角对宏观运动参数分布的影响，