濕法煙氣脫硫系統除霧器流場仿真及優化設計

胡 強 王濟平

（國家電投集團遠達環保工程有限公司 重慶 401122）

引言

燃煤電廠污染物主要包括SO2與NOX以及粉塵等，對于此類污染排放物，燃煤電廠建立了專門的污染物減排系統，濕法煙氣脫硫系統是主要系統，而除霧器則為濕法煙氣脫硫系統中主要的設備，一般安裝于吸收塔頂部位置，主要收集煙氣當中摻雜的液滴，避免后續設備遭腐蝕與污染。其性能是否優良對脫硫系統起到十分重要的意義。因此，脫硫系統安全穩定運行，對除霧器流場仿真與優化設計具有十分重要的影響。

1 除霧器流場仿真

1.1 模型簡化

除霧器運行階段，每個通道的流動情況非常相似，差異化較小，本文僅模擬除霧器單一通道流動狀況，即對除霧器兩葉片之間流動進行模擬。本文模擬選取板型主要為波紋板、帶圓管波紋板與帶倒勾波紋板。煙氣于除霧器內的流動較為繁瑣，計算機無法進行精準模擬，在允許無法范圍內對流場進行簡化設置，具體簡化如下：二維定向流動；不可壓縮氣體；液滴為理想球體，不發生形變與轉動；忽略液滴彼此發生的聚合、撞擊等現象；忽略氣液彼此發生的傳熱以及液滴發生的摩擦與熱反應等具體現象；液滴接觸版面即被認作被采集；忽略壁面水墨發生的濺射反彈與撕裂等，并忽略二次攜帶[1]。

1.2 計算參數與相關取值說明

參考脫硫改造除霧器具體運行工況，選取合適的變量進行模擬計算，獲得有關工況的壓降以及除霧效率。波紋板、倒鉤狀的波紋板以及圓管狀的波紋板,除霧器高180mm，板間距的情況20mm、30mm、40mm，進氣流速 1-8m/s,液滴直徑 10-50um。

2 除霧器優化設計

除霧效率與系統壓降是影響除霧器性能的主要因素，葉片作為除霧器重要構成，其優劣直接對除霧效率與系統壓降產生影響，繼而對脫硫系統產生影響[2]。

傳統波紋板盡管自身壓降較低，但除霧效率也相對較低，不符合脫硫系統的需求。帶倒鉤波紋板盡管除霧效率較高，但氣速過大時系統壓降也相對較高。本文模擬選用帶圓管波紋板，此種除霧器葉片的設計思路較為新穎。通過數值模擬顯示，帶圓管除霧器壓降比傳統波紋板稍高一些，板間距為30mm，變化進氣速度壓降仍小于30Pa。帶圓管除霧器除霧效率比傳統波紋板除霧器高。因此對壓降要求嚴格除霧效率不高的同時應選取帶圓管波紋板，對除霧效率要求較高、壓降不重點考慮的可選帶倒鉤波紋板。

經反復模擬計算與尺寸變更，優化設計出新型除霧器結構，模擬結果見表1所示。新型除霧器選取進氣速度為6m/s時，氣流通過中部時圓管與倒鉤后壓力明顯下降，倒鉤較小，壓降小于帶倒鉤波紋板。倒鉤與圓管搭配可以對大部分液滴進行采集，增強除霧效率。除霧效率選取液滴直徑為30微米。

表1 各類型除霧器模擬結果統計表

從表1可知，氣速大于2m/s，對30微米液滴效率可達84%；氣速大于3m/s，對20微米液滴效率可達82%，而傳統除霧器均無法達到此效果。新型除霧器壓降高于傳統除霧器，氣速為6m/s以內，壓降處于100Pa以內，符合脫硫塔除霧器設計需求。因此，針對新型除霧器氣速可設計為4-6m/s，不產生二次攜帶并保證除霧效率可達90%以上，部分效果可達100%，且壓降小于100Pa，符合設計需求[3]。

結語

本文通過對除霧器流場方針與優化設計進行簡單闡述，并對新型除霧器與傳統除霧器進行數據分析對比，獲得了有關情況下的除霧效率與系統壓降，并對其中的影響因素與原因進行簡單分析，從而提出除霧器葉片設計的全新優化思路，為濕法煙氣脫硫系統除霧器流場仿真與優化設計提供參考與借鑒。