（热能工程专业论文）湿法脱硫除雾系统性能优化.pdf

华北电力人学硕士学位论文 摘要 某电厂6 0 0 m w 机组在运行过程中，由于除雾器除雾效率偏低，脱硫系统的g g h 经 常出现堵塞现象，严重影响脱硫系统的正常运行。针对此问题，本文做了除雾器的 性能优化实验研究，分析了丝网结构对除雾器实验的影响，并得出除雾器的优化板 形。同时利用数值模拟与实验研究相结合的方式，研究了满负荷和4 5 0 m w 两种典型 运行工况，得出对应的除雾系统优化方案：当机组在满负荷下运行时，通过拓宽烟 道和优化除雾器板型，可以有效的提高除雾器的除雾效率；在4 5 0 m w 工况下，拓宽 烟道的效果并不理想，可以通过改造除雾器板型达到优化的目的。 关键词：除雾器，数值模拟，性能优化 a b s t r a c t d u et ot h el o we f f i c i e n c yo fm i s td i m i n a t o r ，t h eg g ho fd e s u l f u r i z a t i o ns y s t e mo fa 6 0 0 m wp o w e rp l a n tw a so f t e nb l o c k e dd u d n go p e r a t i o n ，a n ds e r i o u s l ya f f e c t e dt h e n o r m a lo p e r a t i o no fd e s u l f u r i z a t i o ns y s t e m f o rt h i sp r o b l e m ，t h i sp a p e rh a sd o n eam i s t e l i m i n a t o rp e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o ne x p e r i m e n t a ls t u d y , a n y l y s i s e dt h ei m p a c to ft h e m e s hs t r u c t u r et ot h em i s te l i m i n a t o re x p e r i m e n t ，a n do b t a i n e do p t i m i z e dv a n e s t y l e m e a n w h i l e ，c o m b i n e dt h em u m e r i c a ls i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a ls t u d y , s t u d y e d t w ot y p i c a l o p e r a t i n gc o n d i t o n so ft h ef u l ll o a da n d4 5 0 m w a n dc o n c l u d e d t h e c o r r e s p o n d i n go p t i m i z a t i o np r o g r a n ：w h e nt h eu n i tw a sr u n n i n ga tf u l ll o a d ，h e i g h t e n i n g f l u e p l a t ea n do p t i m i z i n gt h ev a n es t y l eo fm i s te l i m i n a t o rc o u l di m p r o v ed e m i s t e f f i c i e n c y ；i nt h e4 50 m wo p e r a t i n gc o n d i t i o n ，t h ee f f e c to fw i d e n i n gt h ef l u e p l a t e w a s n ts a t i s f a c t o r y , w h i l e ，t r a n s f o r m i n gm i s te l i m i n a t o rp l a t ec o u l do p e r a t e k e yw o r d s ：m i s te l i m i n a t o r , n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，p e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o n 华北电力大学硕士学位论文 目录 摘要i 英文摘要i 第一章绪论1 1 1 研究背景 1 2 脱硫技术介绍 1 2 1 我国现有主要脱硫工艺 1 2 1 1 湿法脱硫工艺 1 2 1 2 干法脱硫工艺 1 2 1 3 半干法脱硫工艺 1 2 2 台山电厂脱硫系统 1 3 本文的研究目的与意义 第二章除雾器的实验研究5 2 1 除雾器构造5 2 1 1 除雾器本体5 2 1 2 除雾器冲洗系统5 2 1 3 除雾器类型6 2 1 3 1 折流板除雾器6 2 1 3 2 旋流板除雾器7 2 1 3 3 丝网除雾器7 2 1 3 4 纤维除雾器8 2 2 除雾器性能9 2 2 1 除雾器的主要设计参数9 2 2 1 1 烟气流速9 2 2 1 2 除雾器叶片间距9 2 2 1 3 除雾器的级数9 2 2 2 除雾器的主要性能参数9 2 2 2 1 除雾效率9 2 2 2 2 系统压降1 0 2 2 2 3 除雾器临界烟气流速1 0 2 3 除雾器实验系统1 1 2 4 实验原理1 2 2 5 实验内容与方法1 3 2 5 1 实验用喷头的选定1 3 2 5 2 丝网结构对除雾效率的影响1 5 2 5 3 实验方法1 6 2 6 实验结果1 6 2 6 1 除雾器效率1 6 2 6 2 除雾器压降2 2 2 6 3 实验结果分析2 4 第三章数值计算方法2 6 i i 3 1 c f d 控制方程2 6 3 1 1f l u n e t 软件介绍2 6 3 1 2 f l u n e t 求解过程2 6 3 2 计算方法2 7 3 2 1 c f d 控制方程2 7 3 2 2 湍流流动模型2 7 3 2 3 控制方程的离散化2 8 3 2 4s i m p l e 数值算法2 8 3 3 烟道建模2 9 第四章满负荷下烟道优化分析3 1 4 1 烟道优化方案的提出3 1 4 2 各工况的流场分布3 2 4 2 1 原烟道工况3 2 4 2 2 沿坡度加高烟道3 3 4 2 3 水平加高烟道( 导向板不改动) 3 5 4 2 4 在水平加高的烟道内进行导向板改造3 8 4 3 计算结果分析4 0 4 3 1 各改造工况流场的比较分析4 0 4 3 2 各改造工况下的除雾效率4 2 4 4 小结4 5 第五章常见负荷下的烟道流场分析4 7 5 1 机组的常见负荷工况4 7 5 2 各方案下的流场分布4 7 5 3 各方案下的除雾效率分析4 9 5 3 小结5 0 第六章结论与展望5 1 6 1 机组在满负荷下运行5 1 6 2 机组在常见负荷下运行5 1 6 3 工作展望5 1 参考文献5 3 致谢5 6 附录5 7 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 9 1 i i 华北电力大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 随着国民经济的高速增长，电力需求十分强劲。发电总装机容量由2 0 0 0 年的 3 1 9 亿千瓦已经增加到2 0 0 8 年的7 9 2 亿千瓦，增长了近1 5 倍。我国是一个煤炭 生产和消费大国，煤炭占一次性能源生产和消费总量的7 5 左右，鉴于中国能源 的基本国情，我国发电装机容量中火电机组占得比重最大。尽管在十一五规划期间， 我国能源结构进行了积极调整，新能源得到很大的发展，但是总的能源结构在今后 很长一段时间内难以发生根本变化，截至2 0 0 8 年底，全国总装机容量中火电机组 仍然占据了7 6 ，火力发电是电力发展的主要力量。然而火电厂在生产运行中会产 生大量污染气体，给社会的生产生活造成了严重影响，其中电厂废气的中的s 0 。是 大气中非常严重的污染物之一。 二氧化硫排放是造成我国大气环境污染及酸雨不断加剧的主要原因，严重危害 了人类生存的环境及对人体健康的影响。从1 9 9 8 年以来，我国s 0 ：年排放量超过美国， 连续多年居世界首位。据国家环境保护总局历年的统计数据显示，我国s 0 ：年排放量 从2 0 0 0 年的1 9 9 5 万吨发展至u 2 0 0 5 年的2 5 4 9 万吨，增长了2 7 8 ，我国“十五环境 保护计划指标没有全部实现。在国家环境保护“十一五”规划中，国家环保总局规 划的目标是至u 2 0 1 0 年把二氧化硫排放总量控制在2 2 9 5 万吨，比2 0 0 5 年减少1 0 乜】。我 国燃煤产生的s o ：排放量占s o ：排放总量的9 0 以上，而火电厂燃煤排放的s o 。是中国最 主要的s o ：排放源，因此国家控制s 0 2 排放的重中之重在于火电。我国现已将控制酸 雨和s 0 ：污染纳入中华人民共和国大气污染防治法。自从“十五”以来，为了控制 污染、保护环境，我国又出台了一系列的相关政策、法律、法规和标准，对控制包括 火电厂在内的工业污染源提出了更严格的要求。1 9 9 6 年我国制定了2 1 世纪议程 和中国环境保护行动计划等纲领性文件，对电力工业环境保护提出了很高的要 求。为实现“十一五规划纲要提出的s 0 ：削减目标，提高烟气脱硫设施建设和运行 质量，根据国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定精神和国务院关 于印发节能减排综合性工作方案的通知的要求，为促进s 0 2 排放污染的治理，2 0 0 0 年国家环境保护总局开始试点征收s 0 2 排污费( 环发( 2 0 0 0 ) 7 5 号) ：2 0 0 3 年1 月，国 务院发布排污费征收使用管理条例，自2 0 0 3 年7 月1 日起全面开征二氧化硫、氮 氧化物排污费。2 0 0 7 年7 月4 同，国家发改委办公厅会同国家环境保护总局办公厅以 发改办环资 2 0 0 7 1 5 7 0 号文，印发了关于丌展烟气脱硫特许经营试点工作的通知， 并印发了火电厂烟气脱硫特许经营试点工作方案。这些法律、法规、政策和标 染等问题湿法脱硫工艺是世界上应用最多的，占脱硫总装机容量的8 3 0 2 吖1 。据美 国环保局( e p a ) 的统计资料，全美火电厂采用湿式脱硫装置中，石灰石石灰一石膏湿 法占8 7 ；双碱法占4 1 ，碳酸钠法占3 1 。目前，湿法脱硫工艺占据8 0 以上的烟 气脱硫市场。湿法脱硫工艺主要有：石灰石石灰一石膏法、海水法、双碱法、亚钠 循环法、氧化镁法等。 1 2 1 2 干法脱硫工艺 干法脱硫工艺用于电厂烟气脱硫始于2 0 世纪8 0 年代初。它使用固相粉状或粒 状吸收剂、吸附剂或催化剂，在无液相介入的完全干燥的状态下与s o 。反应，并在干态 下处理或再生脱硫剂阳1 。脱硫产物为干态，工艺流程相对简单、投资费用低；烟气在脱 硫过程中无明显降湿，利于排放后扩散；无废液等二次污染：设备不易腐蚀，不易发生 结垢及堵塞。但要求钙硫比高，反应速度慢，脱硫效率及脱硫剂利用率低；飞灰与脱硫 产物相混可能影响综合利用；对干燥过程控制要求很高。干法脱硫工艺主要有：荷电 干法吸收剂喷射脱硫法、电子束照射法、吸附法等。 1 2 1 3 半干法脱硫工艺 半干法脱硫工艺融合了湿法、干法脱硫工艺的优点，具有广阔的应用前景。它利 用热烟气使c a ( o h ) 2 吸收烟气中的s 0 ：，在反应生成c as o 。0 5 h 2 0 的同时进行干燥 过程，使最终产物为干粉状阳1 。该工艺通常配合袋式除尘器使用，能提高1 0 - 一1 5 的 2 华北电力人学顾士学位论文 脱硫效率。半干法脱硫工艺主要有：喷雾干燥法、循环流化床法、增湿灰循环法、烟 道喷射法等。 1 2 2 台山电厂脱硫系统 目前电厂烟气脱硫技术中，湿法脱硫工艺占主导地位。广东国华粤电台山发 电有限公司1 、2 号机组烟气脱硫装置采用的是从日本引进的千代田c t 一1 2 1 鼓泡塔石 灰石一石膏湿法烟气脱硫技术。脱硫系统烟气流程如图1 - 1 所示 图1 - 1 台山电厂脱硫系统烟气流程 来自锅炉引风机出口的烟气经增压风机( b u f ) 提升压头，进入气一气加热器( g g h ) 降温侧，高温原烟气降温后进入吸收塔。排烟通过吸收塔时，烟气中的s o ：被喷淋浆 液所吸收，进入液相。烟气在吸收塔内被冷却。吸收塔循环泵从反应罐中连续不断 地将循环吸收浆液送至一个或多个插入吸收塔内的喷淋母管中，每根母管上有许多 支管，支管上装有众多雾化喷嘴，浆液经喷嘴雾化成细小的液滴喷出。经洗涤后的 烟气在离开吸收塔之前需通过除雾器，除雾器的作用是出去烟气中携带的浆体液 滴。为防止固体物堵塞除雾器的流道，需冲洗除雾器n0 。离开除雾器的清洁烟气再 返回到g g h 的加热侧，提升烟气温度，然后经f g d 系统出口烟道，从烟囱排入大气中， 到此f g d 装置完成了锅炉排烟脱硫过程。 1 3 本文的研究内容 广东国华粤电台山发电有限公司烟气脱硫装置由北京博奇电力科技有限公司 总承包，采用石灰石一石膏湿法烟气脱硫系统。该电厂在实际运行中，石灰石一石 膏湿法烟气脱硫系统多次出现g g h 积灰堵塞，使得g g h 压差急剧升高，导致增压 华北电力大学硕上学位论文 风机无法正常运行，严重影响了脱硫装置的正常运行。积灰通常是由以下两方面的 因素交互作用而产生的。一方面，原烟气侧锅炉除尘效率偏低，造成烟气中的大量 粉尘附着在g g h 换热元件上；另一方面，脱硫系统中的除雾器除雾效率不高，穿过 除雾器的微小浆液液滴在换热元件的表面上蒸发之后，形成固体的结垢物，进而导 致g g h 的堵塞】。通过调研发现，台山发电有限公司锅炉烟气采用双室四电场静电 除尘器，除尘器除尘效率设计为9 9 3 3 ，实际运行中完全满足设计要求，所以g g h 堵塞的主要原因为除雾器的除雾效率达不到预期值。 针对此问题，本文以台山电厂1 、2 号机组的除雾器系统为研究对象，进行相 关的除雾器性能优化实验，分析丝网结构对除雾器性能试验的影响，在雾化喷嘴后 加装两级丝网的设计，虽然一方面使大液滴破碎成更小的颗粒，但是雾滴中也有大 量相对较小的液滴，当这些小液滴喷到丝网后会附着在上面，并随着小液滴的聚集 而变成大的液滴最终被空气带走，所以雾滴在经过丝网后的粒径分布会比先前有一 定的变化。本文对加装丝网和去除丝网两种情况分别进行实验，通过综合分析得出 最优的除雾器板形组合，最终达到提高除雾器效率的目的。同时文中利用商用 f l u e n t 软件，对满负荷和常见负荷( 4 5 0 m w ) 两种典型运行工况进行烟道的流场分 析计算，结合除雾器的性能实验结果，对除雾器前烟道和除雾器板形进行优化分析， 最终得出两种运行工况下的除雾系统优化方案。 4 华北电力大学硕士学位论文 2 1 除雾器构造 2 1 1 除雾器本体 第二章除雾器的实验研究 脱硫系统中的除雾器主要由除雾器本体和冲洗系统两部分构成，其中除雾器本 体是除雾器系统的主体部件，它是由除雾器叶片、卡具、夹具、支架等组装而成。 其工作原理是利用除雾器叶片的流线偏折产生离心力，将液滴分离出来，在板片壁 面上形成水膜，缓慢下流，最终完成除去烟气中存在的液滴及少量的粉尘，从而减 少烟气带水，防止烟气换热元件g g h 的堵塞，保证脱硫系统的正常运行n 铂。 除雾器叶片的布置方式又很多种，通常有水平型、人字型、v 字型、组合型等 ( 如图2 1 所示) 。 釜三羹 雩s 2 1 2 除雾器冲洗系统 图2 - 1 除雾器稚置方式 除雾器冲洗系统的作用是定期冲洗掉由除雾器捕集的浆体、固体沉积物，保持 板片的清洁、湿润，防止叶片结垢和流道堵塞n 引。另外除雾器冲洗水还是吸收塔的 主要补给水，是系统水平衡中的重要部分。除雾器冲洗系统主要由冲洗喷嘴、冲洗 管道、冲沈水泵、自动开关阀、压力仪表、流量计以及程控器等组成。 除雾器的冲沈喷嘴是除雾器冲洗系统的关键部件，应考虑其自由畅通孔径、雾 化形状、喷射角度、粒径分布等特征参数。f d g 系统中常用的喷嘴主要有三种型式： 切向喷嘴( 空心锥喷嘴) 、轴向喷嘴( 实心锥喷嘴) 和螺旋喷嘴。衡量喷嘴性能的 主要指标为雾化粒度和雾化角，雾化粒径取决于喷嘴的型式、流量、雾化角和喷嘴 压降，通常喷嘴的雾化角度在9 0 1 2 0 之间n 引。 华北电力大学硕士学位论文 3 除雾器类型 除雾器的种类较多，我国化学工业应用的除雾器以离心力为原理的除雾器为 此外还有纤维除雾器和丝网除雾器等，离心力原理的除雾器有折流板除雾器、 板除雾器以及压力除雾器n 钔。湿法脱硫塔采用的除雾器主要为折流板除雾器， 是旋流板除雾器。 3 1 折流板除雾器 折流板除雾器是利用液滴与某种固体表面相撞击而将液滴捕集的，汽液通过曲 挡板，流线多次偏转，液滴则由于惯性而撞在挡板上被捕集下来，如图2 2 所 虽然折流板除雾器只能除去1 0 | lm n 5 1 的液滴，但与其他除雾器相比，它具有 简单、压降低及可处理含有粉尘等杂物而不易堵塞、易冲洗等优点。因此被国 气脱硫设备的制造厂商广泛的采用。 口 气流方向 折行板除雾器 口 气流方向 带倒钩弧形板除雾器 图2 - 2 折流板除雾器原理示意图 除雾器叶片是折流板除雾器的最关键部位，其性能对整个除雾系统的运行有着 至关重要的作用。除雾器叶片通常由高分子材料( 如聚丙稀、f r p 等) 或不锈钢( 如 3 1 7 l ) 两大类材料制作而成。除雾器叶片结构主要有折形板、弧形板、带倒钩弧形 板三种( 如图2 3 所示) ，其中常用的除雾板形为8 和b 6 华北电力人学硕十学位论文 abc 图2 3 几种结构形式的除雾器叶片 2 1 3 2 旋流板除雾器 旋流板除雾器是一种结构较简单而除雾效率较高的除雾装置( 如图2 4 ) 。它 的主要组成部分是一块旋流板，气流通过叶片时产生旋转和离心运动，流体通过中 间盲板被分配到各叶片，形成薄液层，与旋转向上的气流形成搅动，喷成细小液滴， 甩向塔壁后，液滴受重力作用集流至集液槽，并通过溢流装置流到下一塔板的盲板 区，从而达到除雾的效果n 7 1 。 图2 _ 4 旋流板除雾器系统 2 1 3 3 丝网除雾器 丝网除雾器是使用广泛的一种除雾器。这是因为它可以分离直径大于3 5 1 t m 的 颗粒，且压降不大，通常低于2 4 5 p a ，能同时兼备这两项指标的唯有丝网除雾器。 此外，它还有造价低，操纵弹性大可在设计负荷的3 0 1 1 0 内操作而不降低效率， 若含可溶固体颗粒只要增设冲洗装置亦可使用等优点。和挡板一样，丝网主要也是 靠惯性碰撞除雾n8 j 。气体流动方向最常见的是垂直向上，某些场合也有水平的。在 7 华北电力大学硕士学位论文 向上流动时，被床层捕捉到的液滴慢慢落下积聚在丝网底段，而后返回塔中；水平 流动时，气体和液滴流动方向呈错流，结构设计时要注意防止液滴在丝网的上段被 气流带走 2 1 3 4 纤维除雾器 纤维除雾器由单个或多个安装在容器或槽体内花板上的除雾元件组成见图2 5 ， 目前用来生产纤维除雾器的纤维母材有玻璃、陶瓷、金属、聚丙烯、聚氯乙烯、聚 乙烯、聚四氟乙烯、尼龙及其它聚酯材料等，在实际应用中，玻璃纤维是最常用的材 料。一方面，玻璃纤维适应性广，耐酸、耐温：另一方面，玻璃纤维成本低廉、易于生 产加工。 在纤维除雾器工作时，含有雾粒的气体水平通过纤维床层时，雾粒通过惯性碰 撞、直接拦截、布朗运动及静电作用等三种除雾机理机理将雾粒捕集在单个的纤维 上，并逐渐凝聚成大颗粒或液膜在气流推动力的作用下，穿过纤维床层，并沿床层的 内表面在重力的作用下排出床层n 引。其中惯性碰撞直径大于3pm 的雾粒有较大的惯 性力，动量使其脱离气流流线直接撞在纤维上而被捕集；直接拦截直径介于1 3i im 的雾粒，沿气流流线运动，当其与纤维相当接近时，它就会捕集；布朗运动非常细小 的粒子与气体分子之间的碰撞产生了随机运动，这种运动的方向既可能顺着气流方 向，也可能与气流方向相反或跟气流方向垂直。 图2 - 5 纤维除雾器示意图 2 2 1 2 除雾器叶片间距 叶片间距的大小也会对除雾器除雾效率构成较大的影响。当叶片间距增大时， 使得液滴在通道中的流通面积变大，颗粒与气流的偏转差异性变小，当气流通过叶 片偏转角时，液滴不容易被捕集。而间距越小，除雾效率虽有一定提高，但是系统 压降变大，冲洗难度加大，叶片被堵的可能性也变大。因此选取合适的除雾器叶片 间距对维持除雾系统的稳定运行非常重要n 引。影响叶片间距选取的主要因素有：叶 片结构、系统烟气特征( 流速、s 0 2 含量、带水负荷、粉尘浓度等) 、吸收剂利用 率等。目前脱硫系统中最常用的除雾器叶片间距大多在2 0 - - 5 0 m m 。 2 2 1 3 除雾器的级数 最初在f g d 系统中采用过单级除雾器，但是除雾效率偏低，经常造成除雾器 下游设备( 主要是g g h ) 的结垢和腐蚀。目前大多数f g d 系统都采用了两级除雾 器，总体除雾效果可以是液滴浓度降到7 5 m g m 3 以下h 1 。如果设置第三级除雾器， 除雾效率进一步提高的余地较小，与投资成本和烟气压损的增加相比是不合算的， 因此f g d 系统中很少采用三级除雾器。 2 2 2 除雾器的主要性能参数 2 2 2 1 除雾效率 除雾效率是指在单位时间内除雾器所捕捉到的液滴总量与进入除雾器的液滴 总量的比值。除雾效率是除雾器的关键性能参数，影响除雾器除雾效率的因素主要 有：气流流速、除雾器内的气流分布、叶片形式、叶片间距及除雾器布置形式等。 除雾效率有2 种表示方法，即总效率碾和粒级效率刁。乜。总效率是指被除下 的颗粒占气体进口颗粒总数的质量分率；粒级效率是针对于某一粒度范围颗粒而 言。m c n u l t y 和m o n a t 对1 8 种不同结构和参数的叶片进行了研究，得到了干压降、 湿压降( 压降比r ) 、载点动能因子、欧拉数的值和除雾效率随叶片类型、气速、 9 华北电力大学硕士学位论文 液滴直径的变化规律，在不同流速下的除雾效率随液滴直径的变化规律：粒级效 率随液滴直径的增大而提高，直径大于7 0 u m 效率达到1 0 0 ；临界动能因子以 下，效率随气体动能因子增大而上升，且可分离出的液滴直径减小。 2 2 2 2 系统压降 它是指烟气通过除雾器通道时所产生的压力损失，系统压力降越大，能耗就越 高。除雾系统压降的大小主要与烟气流速、叶片结构、叶片间距及烟气带水负荷等 因素有关心羽。典型的操作压降( p ) 与动能因子( f ) 关系曲线如图2 6 所示，气体在 叶片间通道的流动为高度湍流，故压降与流速的平方成正比。图中最下一根是干压 降线，在对数坐标上为斜率等于2 的直线。除雾时，叶片表面有一流动液层，使得 气流通道减小，压降增大，该压降称湿压降。它的变化规律与干压降有一些差别， 雌线上出现一个转折点称载点。载点以下，干、湿压降线基本上保持平行；超过载 点，压降随f 的增大而骤升，意味着雾沫二次夹带量的不断增大。 盖 i 薯 h ，i ，窖_ ，i 孑学 图2 - 6 压降与动能因子的关系 2 2 2 3 除雾器临界烟气流速 当烟气流速在一定范围内时，除雾器对液滴的捕捉能力会随烟气流速增大而增 加。因为气流夹带着液滴在通过除雾器叶片拐角处时，液滴的离心力作用更大，使 其很容易从烟气中分离出来，打到除雾器叶片上而被捕捉，流速越快，离心力的差 异越大，捕捉效率也会越高。然而当烟气流速超过一定流速后除雾能力会骤然下降， 这一临界烟气流速称为除雾器临界烟气流速。临界点的出现，是由于产生了二次夹 带乜3 | 。速度过高气流会撕裂除雾器板片上形成的液膜，同时大的液滴打到壁面上的 1 0 华北电力大学硕士学位论文 冲击力也会很大，产生更多的破碎液滴，在综合作用下经过除雾器后液滴的携带量 增加，也就是所谓的二次夹带现象。 目前国内外对二次夹带的机理研究还很欠缺，很多研究还处于理论摸索阶 段。截止目前对二次带水现象研究较多的是利用流体计算软件进行模拟计算，应用 较为成熟的流体计算软件主要有c f x 和f l u n e t 两种。国内外很多学者对软件中的 颗粒相拖拽公式( d r a gl a w ) 以及液滴的撞击破裂模型( d r o pc o l l i s i o nm o d e l 和 d r o pb r e a k u pm o d e l ) 进行了一定的修正与改进，使除雾器的数值模拟更贴近于实 验结果。其中y iw a n g 和p w j a m e s 等人在其文章中首次提出了到现在还广泛应用 的湍流扩散模型为e i m ( t h ee d d yi n t e r a c t i o nm o d e l ) 比引，并在e i m 模型中加入 了g r e e n f i e l d 和q u a r i n i 等所提出壁面条件修正条件幢引，从而更确切的反应了近 壁面处的流动特点。随后j a m e s ，a z z a o p a r d i ，w a n g 等人对除雾器中液膜的移动及分 离特征进行了研究，并结合液膜的沉积与分离模型，加深了对除雾器中液滴发生二 次夹带问题的理解乜 。z z o p a r d i 和s a n a u l l a h ( 2 0 0 2 ) 的在其除雾器实验中，提出了 一个极具代表性参数：w e b e r 数( w e = 3 r , i t s 万2g i + 8 ) c ，) ，他可以较好的反应发生 二次夹带的条件，不过还需要更多的实验研究来确定发生二次携带的标准，要建立 一个全面反应二次夹带的数值模型还需要大量的理论和实验研究瞳 驯。 2 3 除雾器实验系统 除雾器实验系统包括三个子系统：试验平台：试验平台是按照台山电厂的除 雾器布置方式搭建而成喷射系统：喷射系统主要有水泵、供水管道和喷头组成 供风系统：供风系统中通过控制阀门可以给实验平台提供不同的风量，进而可以改 变除雾器前流速的分布。除雾器实验系统的示意图如2 7 所示： 图2 7 除雾器实验系统 实验所需要的气流由送风机提供，风机能够提供的最大风量是3 1 3 0 4 7 9 2 m 3 h ， 华北电力人学硕士学位论文 即为0 8 6 9 1 3 3 1m 3 s 。在试验台进口前的管路上安装阀门以调节风量的大小，采 用电子差压式风速仪与皮托管( 见图2 8 ) 测量除雾器进口的风速，通过调节进口管 路阀门的开度大小，以选择所需要的气流速度，气流速度可以在o m s 1 4 m s 的范 围内变化，能够满足除雾器实验的要求。试验用的除雾器挡板形式有聚丙烯折形板 和带倒钩的弧形板两种，试验台可以分别对单级和两极得除雾器进行试验。在两级 的除雾器档板下都安有集水槽，实验过程中，除雾器除下的水进入集水槽内，然后 用水桶测量除下的水的重量，从而计算出各级除雾器的除雾效率。 2 4 实验原理 图2 - 8 电子差压计及皮托管 本实验结合电厂除雾器前烟道内的小液滴分布情况来选用合适的实验喷头，供 风系统提供不同的风量模仿除雾器前的流场分布。空气夹带着喷头喷出的液滴经过 除雾器挡板，然后运用水平衡法测量除雾器的除雾效率。 称重法计算除雾效率原理如下：假设进入除雾器截面的雾滴量为m 被一级除 雾器除下的雾滴量为m 被第二级除雾器除下的水量为m 。：，试验之前供水桶内 总水量为m 。，试验之后供水桶内的总水量为m 。 则进入除雾器的雾滴重量为： m m = m 。一m 6( 2 1 ) 一级除雾器除雾效率为： ”老 二级除雾器除雾效率为： 1 2 ( 2 - 2 ) 华北电力大学硕上学位论文 总除雾效率为： 2 5 实验内容与方法 2 5 1 实验用喷头的选定 m r 2 2 瓦- - e , l 铲气警 ( 2 - 3 ) ( 2 - 4 ) 除雾器的性能试验要尽可能精确的模拟除雾器前的小液滴分布情况，电厂除雾 器前烟气中夹带的小液滴是由于烟气通过鼓泡塔后形成的，而本实验台只能通过水 喷头来模拟烟气中的液滴分布，所以水喷头的选型尤为重要，根据台山电厂所提供 的测试报告，所得到的进入除雾器的烟气携带的小液滴粒径分布如下图2 - 9 和图 2 1 0 所示。 液滴粒径分布 。i 。| 三i ；譬；i 品j 器品嚣j 导 辱 暑暑三毒| 蓦i 墨兰j 量i 墨萎嚣量耋耋萎萋蠢 ! 7 8 91 01 2 81 5 1 7 52 02 53 0 i3 5 4 0 14 5 5 06 07 0 t8 0 9 01 0 0 1 1 4 0 1 1 8 0 - 2 0 0 1 2 2 0 1 2 4 02 6 02 8 0 1 3 0 0 1 3 4 0 3 6 0 1 4 小液滴粒径 图2 - 9 除雾器前烟气中小液滴粒径分布 1 3 一曩一筮求皿棚赣裂曛珀衄嘲簌袋鬃 华北电力大学硕士学位论文 图2 1 0 除雾器前烟气中小液滴累积体积分布 喷雾系统要达的目的主要有两个，一是要使喷雾在除雾器入口之前能够均匀的 分布；二是要使喷嘴喷出的雾滴粒径分布尽量与现场的粒径分布相近，因为在相同 的条件下，除雾器对不同粒径的雾滴的除去率是不同的，只有雾滴粒径分布与现场 接近，所测得的除雾效率才具有代表性。 喷嘴的参数包括：压力、流量、喷雾类型、喷射角度、液滴粒径分布、液滴速 度等。喷嘴需要工作在一定的喷射压力下，这样才能保证喷雾效果。喷射压力越小 则雾化效果越差，雾滴的粒径越大。喷嘴根据其喷雾效果不同主要有实心圆锥喷嘴， 空心圆锥喷嘴，扇形喷嘴，空气雾化喷嘴等类型，如图2 1 1 所示。 实心圆锥喷嘴 空心圆锥喷嘴扇形喷嘴空气雾化喷嘴 图2 1 1 喷嘴类型 实心圆锥喷嘴所喷出的雾呈实心圆锥状，空心圆锥喷嘴所喷出的雾则呈空心圆 锥状，扇形喷嘴所喷出的雾则为一个扇形平面。空气雾化喷嘴则是利用空气来使液 1 4 囵 鼍爹+孽睦 华北电力大学硕士学位论文 体更进一步地雾化成非常微小的雾滴。空气与液体的混合即可在喷嘴内也可在喷嘴 外。一般空气雾化水等低粘度的液体时最好在喷嘴内部实现气液混合。 喷嘴选型对整个试验非常重要。为了使除雾器入口的小液滴粒径分布最接近电 厂实际运行的小液滴粒径分布情况，本试验台配备了两种类型的喷嘴：实心圆锥喷 嘴5 个，空气雾化喷嘴1 个。对这六个喷嘴的喷雾粒径参数进行了对比，而且在试 验之前对各个喷嘴的喷雾效果进行了观察。实心圆锥喷嘴中有1 个为莱克勒实心圆 锥喷嘴，4 个为长源实心圆锥喷嘴，结果发现长源实心圆锥喷嘴最符合实验要求。 此外在除雾器试验台试验段之前加装了两级丝网，喷嘴喷出的雾滴碰撞在丝网上进 一步破碎成更小的雾滴，这样进入除雾器前的雾滴的粒径分布与台山电厂脱硫鼓泡 塔烟气所携带的雾滴粒径更加接近。根据台山电厂所提供的测试报告，所得到的进 入除雾器的烟气携带的小液滴粒径分布如下图2 - 9 和图2 1 0 所示。我们可以从图中 看出台山电厂除雾器前烟气所携带的小液滴的粒径分布为7 1 8 0 l a m 。长源实心 圆锥喷嘴的参数如表2 1 所示。通过对比可知长源的b b l 8 s s 3 喷嘴其喷雾粒径分 布为3 0 1 5 0 a m ，最接近电厂除雾器前小液滴的粒径分布。经过两级丝网破碎后其 小液滴将会更多，与电厂实际情况更吻合。 表2 一l 长源实心圆锥喷雾粒径分布 2 5 2 丝网结构对除雾效率的影响 由于所有喷嘴喷出的雾滴分布与电厂除雾器前烟道内的雾滴分布都不可能一 致，虽然3 撑实心圆喷嘴和现场的雾滴分布是最接近的，但是粒径分布还是有所偏大， 所以本实验提出了在雾化喷嘴后加装两级丝网的设计，一方面用来使大液滴破碎成 更小的颗粒，以便更好的接近于现场的粒径分布；另一方面，通过加装两级丝网使 得风道内的液滴分布更加均匀。 但是加装两级丝网也有一定的缺陷，虽然加装丝网可以使大的液滴破碎地更 小，但是喷头喷出的雾滴也有大量相对较小的液滴，当这些小液滴喷到丝网后会附 着在上面，并随着小液滴的聚集而变成大的液滴最终被空气带走。所以在喷头喷出 雾滴在经过丝网后的粒径分布会比先前有定的变化。本实验对加装丝网和去除丝 华北电力人学硕上学位论文 2 5 3 实验方法 行实验，并对结果分析比较得出那种情况更接近于电厂的实际工 1 启动系统风机，调节送风系统管道阀门开度、控制除雾器入口气流速度为指 定值。 2 开启水泵，喷雾，润湿壁面，关闭水泵，风机吹扫一定时间。 3 称量测试之前总水量，各个桶的重量。 4 润湿、吹扫完毕后，开启水泵并同时用秒表计量测试时间，开始测量，集水 槽同时开始收集除雾器除下的水，在此期间可测量湿态下除雾器压差，记录喷嘴喷 水压力。 5 关闭水泵同时停止计时，风机吹扫一定时间，将风道内的少量积水吹入积水 槽。 6 用电子秤测量各个积水槽所除下的水的重量 7 统计试验数据，计算除雾效率。 本实验考虑到影响除雾器除雾效率的主要因素有进入除雾器的进口风速、叶片 问距、布置级数、除雾器板型以及除雾器叶片板材。试验中选用的 烟气流速为：3 ，4 ，5 ，6 ，7 ，8 ，9 ，1 0m s ；叶片间距有：3 8 ，2 6 ，2 0 m m ；板型 有聚丙烯折形板，弧形带倒钩型两种。 2 6 实验结果 2 6 1 除雾器效率 本实验分别对折形板和带倒钩弧形板两种板型进行了除雾器效率的测量，并 针对试验台是否加装丝网进行分析比较，得出丝网结构对除雾效率的影响。本试验 台加装丝网的初衷是利用丝网结构对喷头喷出的大液滴进行破碎，使喷出的液滴平 均粒径减小。但是加装丝网后对小液滴也有影响，因为喷头喷出的小液滴在空气的 夹带下经过丝网，就会在其表面积聚，进而形成一层液膜。通过这样的综合分析后， 喷头喷出的液滴在经过丝网后，液滴的粒径分布会比设计值有一定的偏差，所以要 通过实验进行验证。图2 1 2 中分别列出了单级除雾器板形在加装丝网和不加装丝 网两种情形下的除雾效率曲线 1 6 3456789o j i 旷e 流速w s ) 456789 烟饿( e s ) 图2 一1 2 单级除雾器各板型下的除雾效率曲线 从图2 1 2 中可以看出，无论是折形板和弧形板，加装丝网的除雾效率和去除丝 网后的趋势基本一致。在各效率曲线中，在相同流速下去除丝网的除雾效率普遍要 1 7 蛄蓐ie砷话$为!i 余一辞凝酞遴 钟 万 为 舄 (一辟较觚笾 456789 烟镟劬，s ) 456 7 89 烟气黼基( m s ) 图2 1 3 两级折形板组合下的除雾效率曲线 图2 1 3 列出了两级折形板组合下的除雾效率曲线，从图中可以看出，四种折 华北电力大学硕l 学位论文 形板组合下，去掉丝网后的除雾效率普遍比加装丝网后的高，这就验证了前面单级 除雾器效率试验中得出的结论：加装丝网后进入除雾器入口前的液滴粒径分布更小 而且更均匀，使得液滴的分布更贴近于现场实际。所以从实验结果看，加装丝网后 的实验数据更接近于电厂的实际情况。 除雾器的高效除雾区间集中在4 m s - 8 m s 之间，从加装丝网后的各除雾效率 曲线中看：两级折形板间距2 6 2 6 组合和间距2 6 - 2 0 的两级组合效率比较高。间距 3 8 2 6 组合的除雾效率最高为8 8 6 ，3 8 - 2 0 除雾效率最高值为8 9 o ，2 6 - 2 6 组合 除雾效率最高值为8 9 5 ，2 6 2 0 除雾效率组合最高值为9 1 2 。两级折形板不同间 距组合的最高效率流速大约都为7 m s 左右，烟气流速超过此值后，除雾效率下降 较快。 4 56789 烟镟劬，s ) 456789 烟诫i s ) 4摹70 熘忾流速( a s ) 456789 烟镟w s ) 图2 1 4 两级弧形板组合下的除雾效率曲线 图2 1 4 列出了两级弧形板组合下的除雾效率曲线，同样四种弧形板型组合下， 去掉丝网后的除雾效率普遍比加装丝网后的高，说明加装丝网后进入除雾器入口前 1 9 华北电力大学硕：t 学位论文 的液滴粒径分布更小而且更均匀，使得液滴的分布更贴近于现场实际。除雾器的高 效除雾区间集中在4 m s 一8 m s 之间，从加装丝网后的各除雾效率曲线中看：两级弧 形板间距2 6 - 2 6 组合和间距3 8 - 2 0 的两级组合效率比较高。间距3 8 - 2 6 组合的除雾 效率最高为8 6 2 ，3 8 - 2 0 除雾效率最高值为8 8 3 ，2 6 - 2 6 组合除雾效率最高值为 9 4 9 ，2 6 2 0 除雾效率组合最高值为8 3 9 。各板型组合里出现最高效率的烟气流 速不尽相同，其中间距3 8 2 0 的最低位4 m s 左右，间距2 6 - 2 6 的为5 m s ，间距为 2 6 2 0 为6 m s ，间距为3 8 - 2 6 的为7 m s 456789 烟销曲回 456789 烟镟劬 45678口 烟气流速w 曲 45678口 烟镟w s ) 图2 一1 5 一级折形二级弧形板组合下的除雾效率曲线 图2 1 5 为一级折形二级弧形板组合的除雾效率曲线，从加装丝网和去掉丝网 的效率曲线对比看，除了高流速下( 烟气速度大于8 m s ) 的整个流速区间内，去除 丝网后的除雾效率要更高一些。在除雾器板型以及风速一定的前提下，影响除雾效 率的因素主要是液滴的粒径分布，粒径越大，除雾效率就会越高。因此这也说明加 2 0 华北电力人学硕士学位论文 装丝网后进入除雾器入口前的液滴粒径分布更小而且更均匀，使得液滴的分布更贴 近于现场实际。除雾器的高效除雾区间集中在4 m s - 8 m s 之间，从加装丝网后的各 除雾效率曲线中看：板间距为2 6 - 2 0 组合的除雾效果最好，最高效率为9 1 4 ；间 距3 8 2 6 组合的除雾效率最高为8 5 9 ，3 8 - 2 0 除雾效率最高值为8 7 3 ，2 6 - 2 6 组 合除雾效率最高值为8 7 。各板型组合里最高除雾效率对应的烟气流速不一样，间 距为2 6 2 6 和2 6 2 0 的基本一致为6 m s 左右，间距为3 8 - 2 6 和3 8 - 2 0 的约为5 m s 。 术 簪 较 赫 畿 墨 静 较 钵 笾 4567 8 烟气济速，s ) 456789 烟镟缸，s ) 术 褥 较 椿 餐 456789 烟气流速州s ) 456789 烟镟w s ) 图2 1 6 一级弧形二级折形板组合下的除雾效率曲线 图2 1 6 中列出了四种一级折形二级弧形板组合的除雾效率曲线，从加装丝网 和去掉丝网的效率曲线对比看，两条曲线间的差值较小，说明无论是加装丝网还是 去除丝网，对除雾器入口前的液滴分布都无太大的影响。细化来看，去除丝网后的 2 l 华北电力大学硕上学位论文 除雾效率要稍微高一些，这与前面做过的不同板型效率实验的结果一致，更加说明 了试验台在加装丝网后，