[发明专利]一种两级串塔式烟气湿法脱硫装置流场优化方法

权利要求书

1.一种两级串塔式烟气湿法脱硫装置流场优化方法，其特征在于：湿法脱硫模拟采用先单相流再多相流的计算方式，单相流模拟采用系统整体模拟的方式，多相流模拟采用局部分段的方式模拟，最终输出包括导流板布置、喷淋层布置、增效环结构、托盘布置在内的优化方案；

模拟过程包括如下步骤：

步骤S1，采用单相流整体模拟的方式对烟道系统进行优化设计，对预洗塔和吸收塔这两级塔的连接烟道及出入口烟道进行建模，完成对连接烟道导流板的优化设计；

步骤S2，针对预洗塔和吸收塔内的托盘进行单个模块两相流CFD模拟计算优化，完成对托盘的优化设计；

步骤S3，采用分段计算、多相流模拟方法对预洗塔和吸收塔塔内流动进行计算，完成对喷淋层及增效环的优化设计；

步骤S1中，单相流整体模拟的过程为：

步骤S101，两级塔和烟道系统按照实际图纸整体建立3D模型，确定模型出入口边界，其中的入口边界取在预洗塔的风机出口位置，出口边界取在吸收塔的烟囱入口位置；

步骤S102，对塔内设施进行整体简化，将预洗塔和吸收塔这两级塔内的托盘、喷淋层和除雾器均整体简化为多孔介质区域，按照烟道走向，在弯头及变径区域设置相应的导流板，采用阻力源项和能量源项的方式对两级塔内的阻力降和烟温降进行模拟；

步骤S103，采用单相流气相模型、能量方程、组分输运模型，在烟道内设置新的导流板对烟道系统进行整体流动的模拟计算；

步骤S104，获取系统压降，以及预洗塔和吸收塔入口烟道的流速分布均匀度，然后判断该流速分布均匀度是否小于预设标准，如果小于预设标准，则返回步骤103，对整个脱硫系统的导流装置进行重新设计优化，重新计算后，再次获取入口烟道的流速分布均匀度，直至预洗塔入口烟道和吸收塔入口烟道的流速分布均匀度均大于预设标准；

步骤S105，确定两级塔连接烟道的导流板装置；

步骤S3中包括如下步骤：

步骤S301，预洗塔入口上游选取3倍入口烟道水力直径位置作为预洗塔两相流模拟计算的入口边界；在预洗塔出口下游选取5倍出口烟道水力直径位作为预洗塔两相流模拟计算的出口边界；

吸收塔入口上游选取3倍入口烟道水力直径位置作为吸收塔两相流模拟计算的入口边界；在吸收塔出口下游选取5倍出口烟道水力直径位作为吸收塔两相流模拟计算的出口边界；

步骤S302，对预洗塔和吸收塔内按照实际结构进行全尺寸建模，模型中包括影响塔内流动的所有设备；

步骤S303，采用拉格朗日-欧拉两相流模型计算预洗塔或吸收塔内浆液液滴同烟气的两相反应，包括烟气流动、气液两相流动，气液两相传质；

步骤S304，对预洗塔和吸收塔塔内流动的特性进行评估，评估是否有浆液贴壁或者烟气短路的情况发生，若浆液有明显的贴壁或者烟气短路现象，则执行步骤305；否则，则执行步骤306；

步骤S305，对喷淋层的喷嘴布置重新进行调整，然后执行步骤303进行重新模拟计算；

步骤S306，确定预洗塔或吸收塔喷淋层的最终布置方案，并提交最佳的喷淋层布置图纸。

2.根据权利要求1所述的一种两级串塔式烟气湿法脱硫装置流场优化方法，其特征在于：单相流气相模型选择湍流模型，流速分布均匀度的预设标准为0.9。

3.根据权利要求1所述的一种两级串塔式烟气湿法脱硫装置流场优化方法，其特征在于：步骤S2中，对预洗塔和吸收塔内的托盘进行单个模块两相流CFD模拟计算优化，具体包括如下步骤：

步骤S201，选择预洗塔托盘2和吸收塔托盘7中的其中一个模块作为研究对象，托盘按照设计开孔大小及开孔率，对单个模型进行建模，烟气从托盘下面进入计算域，计算域顶部作为出口；

步骤S202，采用拉格朗日离散相两相流模拟计算托盘以上区域浆液液滴同烟气的两相反应，两相反应包括气液两相流动、气液两相传质；

步骤S203，在托盘区域采用液膜形成模型进行离散相液滴和连续性液膜的过渡计算，同时采用欧拉两相流模型进行托盘区域持液层气液两相流的模拟计算；

步骤S204，通过模拟托盘区域的流动结果，对托盘的性能进行评估，获取托盘持液层的形成状态，评估托盘是否形成稳定的持液层；获取托盘层造成的阻力增加量，评估托盘是否满足设计要求；

若托盘阻力增加量超过了设计值或者不能形成稳定的持液层，则执行步骤205；若托盘阻力增加量在设计值以内且可以形成稳定的持液层，则进行步骤206；

步骤S205，对托盘的开孔率及开孔大小重新进行调整，并返回步骤203；

步骤S206，确定托盘的最终开孔大小及开孔率，获取托盘的压降数据和持液层高度数据作为脱硫塔两相流计算的输入。