喷淋方向对船舶Ⅰ型脱硫塔内部流场的影响

随着船舶尾气排放法规的严苛,如何提高船舶脱硫塔脱硫效率,以及减小压降成为生产设计中的重要因素。以Ⅰ型脱硫塔为研究对象,通过改变喷嘴的喷射方向对内部流场特性进行了优化。首先利用欧拉-拉格朗日方程建立了气液两相流动模型,其中烟气为连续相,喷淋液滴为离散相。采用多孔介质模型替代除雾器以计算其产生的压降,利用ANSYS Fluent分别仿真三个不同喷射方向(A30、A90、A150)的脱硫塔内部流场。将A30的仿真结果与工厂实验进行对比,结果表明仿真得到的脱硫塔烟气出口温度及入口至除雾器下方的压降值与实验数据基本一致,证明了仿真的准确性。通过对三种喷射条件下的内部流场、温度及压力特性的对比研究,结果表明:三种喷射方向对脱硫塔压降影响不大,对烟气的降温效果均不佳,其中A90所产生的降温效果和压降与A30几乎一样,A150喷射产生的压降相对较大及烟气降温效果相对较好;三种喷射方向均易造成烟气产生逃逸,其中A90逃逸现象最严重; A30的烟气截面速度标准偏差值相对较低,更有助于气液两相接触。综合考虑采用A30喷射方式更有利于脱硫。     

大型烟气脱硫塔的流体动力学模拟及优化设计

对大型烟气喷淋脱硫塔进行合理简化,并结合浆液液滴随机生成模型.采用基于k-ε的湍流方程和基于雷诺平均的Navier-Stocks控制方程,对喷淋脱硫塔进行了空塔和喷淋状态下的热态流场计算.计算结果表明:脱硫塔内入口处流场变化最剧烈,压降损失最大,因此对入口处进行改造可减小压降损失;喷淋浆液液滴对烟气流场具有强烈的整流作用,可以使空塔中的烟气漩涡强度和规模减小.根据计算结果对脱硫塔的来流烟道加以改造,并对改造后的脱硫塔进行了流场计算,计算结果表明,改造后烟气因塔内结构而产生的漩涡已明显减小,流场分布更为合理.     

基于预数值计算的除雾器叶片结构优化设计

为了优化脱硫波纹板除雾器叶片的结构设计,按照正交实验方法设计的工况,使用Fluent模拟不同结构参数和运行工况下除雾器叶片内部流场.以数值模拟结果为样本,建立了基于最小二乘支持向量机除雾效率和除雾器压降特性模型,模型回归值与数值模拟计算值最大相对误差在2%以内.模型预测结果分析表明,叶片间距、转折角度、烟气流速和烟气含液量对除雾效率和压降有显著影响,与实验和理论分析结论一致.采用遗传算法对除雾器参数优化模型进行求解,结果表明在优化结构参数组合下除雾器性能有明显提高.提出的预数值计算与人工智能算法结合的方法为获取除雾器叶片最佳结构参数组合设计提供了新思路.     

湿法脱硫塔内脱硫浆液运动特性

为了分析湿法脱硫塔运行中所存在的问题,以600 MW机组湿法烟气脱硫喷淋塔为研究对象,使用数值模拟方法对塔内两相流场进行研究,获得湿法脱硫塔内流场分布以及不同粒径液滴的运动轨迹、逃逸率及停留时间。研究结果表明:2 mm以上粒径液滴在塔内分布较均匀,1 mm以下粒径液滴运动受流场影响明显,使其数量分布集中于塔内低速区;当液滴粒径小于0.2 mm时,逃逸率几乎为100%;当液滴粒径大于0.2 mm时,液滴逃逸率曲线随着粒径增大迅速减小,直至当逃逸率为20%时,逃逸率曲线开始缓慢下降;随着粒径的增大,液滴停留时间曲线具有峰值,且该峰值粒径也是在逃逸率曲线中开始缓慢下降处的粒径;流场不均匀性导致0.8 mm以下粒径液滴逃逸率降低,0.8 mm以上粒径液滴逃逸率增大,同时导致下落液滴停留时间减少。     

自激式除尘脱硫装置流场的数值模拟

利用Fluent软件对SXJ-Ⅱ-L-6T型自激式除尘脱硫装置内的三维二相流场进行数值模拟,气相采用标准k-ε湍流模型,颗粒相采用离散相模型(DPM),选择SIMPLEC算法进行计算。分析了装置内气固二相的速度矢量、压力以及固相颗粒的运动轨迹等参数的分布。分析结果表明,气体流经双层交错式挡板时产生明显压降,同时,双层交错式挡板也延长了气体在塔装置内停留时间,从而实现高效净化气体的目的。     

氨法烟气脱硫中的氨逃逸

以脱硫喷淋塔出口的游离氨气为监测对象, 通过模拟烟气实验, 研究了吸收液的pH值、浓度、液气比(liquid to gas, L/G)和进口烟气温度等对氨逃逸量的影响. 实验结果显示, 随着吸收液pH 值、浓度和液气比的增加, 氨逃逸量逐渐增多. 为减少氨逃逸, 保证高脱硫率, 得到较为合适的工艺参数如下: pH=6.0, 吸收液浓度为1%, 液气比 为4 L/m³. 从氨逃逸和硫酸铵结晶两方面综合考虑, 进口烟气温度控制在90~110 ℃ 较为合适.     

吸收塔塔壁防冲刷装置概述

为防止烟气沿吸收塔塔壁逃逸导致脱硫效率降低,在一般喷淋空塔设计中,喷嘴所喷出的浆液都会直接冲刷到塔壁,封堵烟气沿塔壁逃逸的线路,长期的浆液冲刷容易造成吸收塔壁磨损穿孔。提出了吸收塔塔壁防冲刷装置的设计理念,分析了其可行性,并提供了实际应用案例,可为其他脱硫工程设计提供一定的参考,达到优化设计的目的。     

脱硫塔弯道导流板流场均化效果数值分析

从脱硫塔弯道结构特点和方便安装的角度出发,设计了弧形导流板和栅栏式导流板,在循环流化床烟气脱硫塔入口弯道以及塔底弯道处各添加与其结构适配的导流板,以降低由于烟气流动惯性产生的偏流。研究利用数值模拟方法,采用Standard k-ε湍流模型对添加导流板前后的塔内流场展开计算分析。结果表明,未添加导流板之前,烟气集中流向弯道外侧,相同截面烟气流量差异较大,通过外侧文丘里管的气流速度为69 m/s,而内侧文丘里管的流速是40 m/s,流量偏差系数值σ_r是0.358,流场均匀性指标不合格。增添了导流板后,烟气偏流现象缓解,内外侧文丘里管的气流速度均达到60 m/s以上,σ_r值下降为0.162,流场均匀性达到合格标准。弯道导流板优化方案提高了流场均匀性和烟气脱硫效率,以较低的结构变动代价实现了内部气道优化。     

喷射鼓泡烟气脱硫(Ⅱ)——在工业锅炉上的应用

该文介绍了喷射鼓泡烟气脱硫在工业锅炉上应用的情况。喷射鼓泡烟气脱硫工艺由石灰浆液配制系统、脱硫除尘反应系统和产物处理系统等组成。喷射鼓泡反应器（ＪＢＲ）集脱硫除尘于一体，具有气体压降小、液气比高，能达到９０％以上的脱硫率和９５％以上的除尘率等特点。ＪＢＲ脱硫系统的设备投资与运行费用低，１ｔ／ｈ锅炉的设备投资约为１．２５万元，去除１ｔＳＯ２的费用约１２５元。ＪＢＲ脱硫系统操作容易而稳定，没有结垢问题，表现出推广应用的潜力。     

镁基—海水法船舶烟气脱硫效率研究

采用自制的湿法脱硫装置,以氧化镁-海水为脱硫剂,用于中远集运"冰河"号集装箱船的船舶废气脱硫试验研究.分别采用单纯海水法和镁基-海水法(M&S法),对比研究了空塔气速、液气比和pH值对脱硫效率的影响,并采用正交表研究各因素对镁基-海水法脱硫效率影响的优先级,优化试验参数.结果表明:(1)镁基-海水法脱硫效率显著优于海水法.对环境变化体现出较强适应性和较宽容量范围,海水法不适合船舶烟气高效脱硫;(2)镁基-海水法中影响脱硫效率各因素的优先等级为:pH值>液气比>空塔气速,其中pH值为关键因素;(3)镁基-海水法最佳脱硫方案为:当空塔气速为0.5m/s时,液气比为10L/m3、pH值为7.5.     

卧式喷淋塔烟气脱硫的数值模拟

卧式喷淋塔技术是北京科技大学环境中心开发的一种新型烟气脱硫系统工艺,在某些方面克服了立式喷淋塔的缺点,具有脱硫效率高、压力损失小、运行成本低、易检修等特点.但在实际工程中仍然需要进一步的改进.为了研究不同喷淋的布置格局对卧式喷淋塔的内部流场的影响,构建了卧式喷淋塔物理模型,采用Icem软件划分网格,利用Fluent软件数值模拟计算.模拟中选择k-ε湍流模型及随机轨道模型,数值模拟计算采用SIMPLE算法.模拟结果表明:双层喷淋设置时喷雾锥角为90°,上部喷淋高度为距顶部0.9 m,下部喷淋高度为距顶部2.4 m,喷淋层间距为1.5 m时,有效的减少脱硫塔压力损失,降低能耗,塔内吸收区烟气流动的速度均匀,增大了气液接触的频率.烟气的温度适宜于气液反应.总体上提高了烟气的脱硫效率,为实际工程的设计和应用提供指导.     

逆流湿式自然通风排烟冷却塔的数值模拟

基于气液两相间传热传质及流动理论,针对冷却塔内不同区域的工作特性,建立了加入烟道后逆流湿式自然通风冷却塔三维数学模型.采用欧拉-拉格朗日方法对塔内连续相和离散相运动进行分析,考察了烟道对冷却塔性能的影响,同时研究不同侧风速度下排烟冷却塔的工作状态,将所得结果与传统冷却塔进行对比.结果表明:常规冷却塔内加入排烟管会增强冷却塔的冷却效果;侧风会减小冷却水在冷却塔中的温降且不利于塔口烟气排放;侧风会加剧冷却塔上部内壁面腐蚀情况.     

水平气井井筒气液两相流型预测

准确判断产水水平气井井筒流型是预测其井筒压降、合理制定排水采气方案的关键。水平井沿流向井斜角从90 °到0连续变化,目前尚无描述水平井两相流动的统一流型图,只能分别采用描述水平管、倾斜管和垂直管的3个流型图来分段处理,各流型图实验条件差异大;且产水气井日产水量极小,气液比极高,易超出工程常用气液两相管流流型图的坐标值范围,导致其预测结果误差大。为此研制了水平段-倾斜段-垂直段的水平井空气-水两相流动模拟实验装置,考虑产水气井特高气液比的特点开展了7组管斜角641组水平井气水两相管流流型实验,归纳水平气井的5种流型及其典型特征。引用Duns&Ros定义的无因次气液速度准数,增加管斜角为X轴,绘制了描述水平气井气液两相管流的三维流型图,给出了BP神经网络模型预测水平气井井筒流型的方法。川西气田20口水平气井测压数据验证表明,该流型图预测正确率达90%。     

双面对切进口结构的湿法烟气脱硫喷淋塔内流场的数值模拟和实验研究

烟气脱硫喷淋塔一般直径大高度低,处理的烟气量很大,气体进入塔内的几何结构一定程度上影响着塔内流场的分布,从而对SO2的有效吸收及运行性能产生至关重要的影响。常规情况下,烟气从单侧进口以自由射流方式进入喷淋塔,在进口处容易形成回流区、死滞区、涡流区。湿法烟气脱硫系统中的喷淋塔进口结构设计为双面对切进口。通过数值模拟和实验测试相结合的方法,研究了双面对切进口对塔内流场分布的影响。结果表明,采用双面对切进口结构,可以使喷淋塔得到近似于活塞流的均匀流场,从而使烟气均匀一致地通过脱硫喷淋塔,提高了脱硫效率。     

大产液量水平气井不同气举方式气液两相流研究

连续气举是产水量大的水平气井重要排采措施,针对现场正举和反举的特点,为揭示气田开发过程中反举条件下油管和正举条件下油套环空内的气液两相流流动规律,分别用水和空气在套管内径为127.3mm、油管外径为73mm的油套环空和内径为60mm的油管内进行了井筒气液两相管流模拟实验,对低压积液气井气举时井筒流动规律进行了研究分析,分析了井筒中气相和液相的体积流量、注气方式等因素对井筒压降和持液率的影响。实验结果表明,在相同气、液流量条件下,反举时的持液率比正举持液率小;不同气举方式下的井筒压降随注气量的增加呈不同的变化趋势,反举时的井筒压降比同工况下正举的压降大,对于产液量较大且有一定地层能量的气井,推荐采用反举方式进行气井排水采气。     

不同管径水平管油气两相流压降模型

为得到准确的不同管径水平管气液两相流的压降预测模型,用5号白油和空气在内径为40、60、75 mm,长11.5 m的测试管内进行了水平管气液两相流实验,并结合理论分析研究了不同管径水平管气液两相分层流和环状流压降模型。结果表明:相同气、液量条件下,压降随着管径的增加而减小,且管径对压降的影响较大。结合实验中观察到的流型,分别建立了水平管层流和环状流的压降计算方法,其中层流压降模型中的液相折算系数和环状流压降模型中的气液界面摩擦系数均考虑了管径的影响,新方法对不同管径条件下实验压降预测准确,整体平均绝对误差为6.4%。     

垂直管不同黏度下油气水三相流压降规律研究

为研究垂直管不同粘度油气水三相流压降变化规律以及建立新的三相流压降预测计算方法,依托于中石油气举试验基地多相流试验室,对垂直上升管道中不同粘度油相下的油气水三相流动进行模拟。在固定油水比条件下,通过调整不同油相粘度、气液比、气液流量等参数进行油气水三相流试验,研究油相粘度对油气水三相管流压降变化影响规律。利用CFD软件参考试验工况模拟油气水三相流动,确定在不同粘度条件下气液两相分布情况,通过CFD软件模拟确定油水两相在充分混合后可视为单一非牛顿流体混合相。基于CFD模型结果,将三相流看作油水混合相与气相的两相流动,考虑粘度对摩阻系数的影响,根据非牛顿流体剪切特性建立了新的摩阻系数计算方法,基于M-B模型重新建立了新的压力计算方法。对比试验数据与计算结果,发现压降计算模型误差范围在15%内,满足工程实际需求,说明压降模型具有实用性。     

水平管内气液两相流影响滑脱损失的实验研究

为了探究滑脱损失在气液两相流中对压降存在的影响,从而进一步减小滑脱带来的损耗,本文通过利用多相流实验设备,采用水-空气为流动介质,对水平管条件下的气液两相流中的滑脱损失进行了实验研究。在采用杜克勒Ⅰ法无滑脱压降模型的理论基础上,结合实验所得数据,利用滑脱密度、滑脱压降和滑脱压降比三个参数分别对不同管径、不同液相表观流速以及不同气液比条件下的滑脱损失进行了分析。结果表明：在相同气体表观流速条件下,最大滑脱损失会随管径的增大而增大;当气相表观流速一定,液相表观流速越大时,滑脱损失在管线的整体压降中产生的影响越大;在液体表观流速不变,气液比改变时,可根据滑脱压降大小判断滑脱损失影响;水平管中滑脱损失变化与滑脱密度之间没有明显的关联性;水平管中段塞流型相较于层状波浪流会产生更大的滑脱损失。以上结论可为工程设计、实践提供参考。     

黏度对垂直管气液两相流压降的影响

压降是气液两相流研究中的重要参数,而黏度对气液两相流压降有显著影响,因此有必要对不同黏度下压降规律进行研究。采用多相流试验平台测试系统,在内径60 mm,实验段长8 m的垂直管中开展油气两相流实验研究。表观液速0. 08～0. 20 m/s,表观气速1～19 m/s,气相为空气,液相为白油,黏度分别为25、50、70、150、200 m Pa·s,研究黏度对压降以及Beggs-Brill、Mukherjee-Brill和Hasan-Kabir三种压降模型计算准确性的影响。结果显示:压降模型的计算精度绝大部分会随黏度的增加而降低,其中Beggs-Brill模型在不同黏度下准确度较其他两种更为稳定,但黏度在200 m Pa·s时绝对误差高达42. 67%;黏度对于总压降影响明显,而对位差压降的影响较小;实验中观察到负摩阻压降现象,发现表观气液速度越小,黏度对负摩阻压降影响越大。     

并联管路气液两相流分流实验与数值模拟

为了研究气液两相流在并联立管中的分流状况,在实验室中建立了带有并联立管的气液两相流流动回路。建立了气液两相流分流数学模型,通过数值模拟方法对气液两相流分流进行研究。实验过程中发现了并联立管中三种不同的流动状态分别为弹状流-弹状流、搅混流-搅混流以及弹状流-搅混流。实验结果表明当并联立管中的流动状态为弹状流-弹状流时,两根立管中的压降相同,但是并联立管中的液塞排出并不具有同步性,可能产生偏流状况。在气液流速较高的搅混流-搅混流时两相流在并联立管中始终处于均匀分配状态。介于两者之间的弹状流-搅混流,并联立管中的压降产生较大的偏差,气液两相流流量更倾向于搅混流一侧流出,此时并联立管中产生严重的偏流状况。数值模拟过程中,通过对并联立管出口持液率进行监测,在较低的气液速下两相流并不能够均匀分配,但是在较高的气液速下,两相流始终处于均匀分配,可见所建立的数学模型具有良好的准确性。