一種基于ansys cfx軟件的氨基濕法脫硫噴淋單塔內(nèi)脫硫過程的數(shù)值模擬計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氨基濕法脫硫技術(shù)領(lǐng)域，特別是對其脫硫噴淋單塔內(nèi)脫硫過程的數(shù)值 模擬計(jì)算。
【背景技術(shù)】
[0002] 氨基濕法脫硫與傳統(tǒng)的鈣法脫硫相比，具有系統(tǒng)簡單，設(shè)備體積小，能耗低，脫硫 效率高，運(yùn)行費(fèi)用低，副產(chǎn)物可利用，可實(shí)現(xiàn)聯(lián)合脫硝等優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)用于燒結(jié)煙氣的氨基 濕法脫硫技術(shù)尚未成熟。尤其在氨基濕法單塔脫硫系統(tǒng)中，"氨逃逸"、"氣溶膠"現(xiàn)象十分 嚴(yán)重，其中脫硫工藝運(yùn)行參數(shù)不合理、氣流分布不均和局部氣速過高都會增加氨的逃逸量， 易形成氣溶膠，嚴(yán)重污染了周圍環(huán)境。由于傳統(tǒng)的塔設(shè)備設(shè)計(jì)方法只能給出一些定性的分 析結(jié)果，采用常規(guī)的研究方法進(jìn)行試驗(yàn)臺試驗(yàn)或在已投運(yùn)的裝置上進(jìn)行實(shí)物試驗(yàn)的優(yōu)化設(shè) 計(jì)等費(fèi)用高，且只能針對特定的設(shè)備或結(jié)構(gòu)，具有較大的局限性。目前，CFD軟件針對各種 復(fù)雜的物理化學(xué)現(xiàn)象，采用不同的數(shù)值計(jì)算方法，在待定的領(lǐng)域內(nèi)使計(jì)算速度和精度達(dá)到 最佳組合，從而高效率的解決所研究領(lǐng)域的計(jì)算問題。其中，ANSYS CFX由于其友好的工作 界面，強(qiáng)大的前后處理功能，穩(wěn)定的收斂性，精確的計(jì)算結(jié)果以及一系列不同層次的用戶接 口程序，因而應(yīng)用較為廣泛。因此，以CFD軟件ANSYS CFX為模擬計(jì)算平臺，建立一種能夠 實(shí)現(xiàn)模擬氨基濕法脫硫噴淋塔內(nèi)脫硫過程的計(jì)算方法，以實(shí)現(xiàn)脫硫噴淋塔結(jié)構(gòu)、工藝運(yùn)行 參數(shù)等的優(yōu)化，提高脫硫效率，減少"氨逃逸"、"氣溶膠"的產(chǎn)生，具有重要的實(shí)現(xiàn)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)模擬氨基濕法脫硫 噴淋單塔內(nèi)脫硫過程的計(jì)算方法，即：把流體力學(xué)與傳質(zhì)、傳熱方面的方法和脫硫塔結(jié)合起 來，在本專利中，研究的對象是氨基濕法脫硫噴淋單塔。該技術(shù)能夠有效地研究脫硫塔內(nèi)的 流場和傳質(zhì)、傳熱過程，為進(jìn)一步改善"氨逃逸""氣溶膠"等現(xiàn)象提供了一種新方法。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟： 1、 根據(jù)現(xiàn)場脫硫塔運(yùn)行中所出現(xiàn)的問題，確定仿真目的，然后根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研和仿真目 的對塔體做一定的結(jié)構(gòu)簡化，再采用三維畫圖軟件UG建立脫硫塔全尺寸三維幾何模型； 2、 由于塔體結(jié)構(gòu)較為簡單，采用ANSYS ICEM CFD軟件對幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，以CFX 的形式輸出，并進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性分析，得到最優(yōu)網(wǎng)格數(shù)的網(wǎng)格文件； 3、 將網(wǎng)格文件導(dǎo)入ANSYS CFX-Pre中進(jìn)行物理定義，根據(jù)現(xiàn)場氨基濕法脫硫噴淋單塔 內(nèi)的運(yùn)行環(huán)境以及在不影響計(jì)算準(zhǔn)確性的情況下，對吸收塔內(nèi)氣液兩相流動狀況作一定的 假設(shè)和簡化，具體設(shè)定如下： 1) 氣液相物質(zhì)的定義：整理現(xiàn)場運(yùn)行工況下煙氣與漿液數(shù)據(jù)，設(shè)定該工況下煙氣與漿 液的密度，運(yùn)動黏度，導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)； 2) 化學(xué)反應(yīng)模型的定義：根據(jù)雙膜理論建立氨基濕法脫硫噴淋單塔內(nèi)SO2吸收的化學(xué) 反應(yīng)關(guān)聯(lián)式，結(jié)合文獻(xiàn)中的經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出氨基濕法脫硫單塔內(nèi) SO2K收的數(shù)學(xué)模型，將各數(shù)學(xué)表達(dá)式編寫成用戶自定義的CCL(CFX Command Language)文 件，然后導(dǎo)入到前處理CFX-Pre中完成對表達(dá)式的定義； 3) 多相流域的定義：將除霧區(qū)設(shè)定為多孔介質(zhì)域，其它塔體空間設(shè)定為流體域，多相流 模擬中模型的設(shè)定，包括：湍流計(jì)算模型、相間的熱量傳遞模型、液滴間的碰撞模型以及液 滴破碎模型等； 4) 噴嘴的定義：每個(gè)噴嘴單獨(dú)定義，噴嘴的位置嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙以三維直角坐標(biāo)的 形式輸入CFX-Pre中，各個(gè)噴嘴的特性可由噴嘴形式、噴射角度、霧化液滴粒徑分布、液滴 出口速度及其質(zhì)量流率等一系列特性參數(shù)來表征； 5) 邊界條件的定義：對相應(yīng)域里的邊界條件進(jìn)行設(shè)定，如塔體進(jìn)口、出口、壁面邊界設(shè) 置，以及域交界面的設(shè)置等； 6) 設(shè)置求解計(jì)算控制參數(shù)：根據(jù)具體案例設(shè)置求解格式、物理時(shí)間尺度、粒子亞松弛因 子和收斂條件等； 4、 輸出后綴名為def的數(shù)值計(jì)算文件，導(dǎo)入CFX-Solver中定義模擬計(jì)算，采用有限體 積法進(jìn)行求解，通過對工作界面中信息的觀察，檢查變量的殘差和求解信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)算 過程中出現(xiàn)的問題或查看求解的準(zhǔn)確程度； 5、 通過后處理CFX-Post對收斂的模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行可視化分析，得到脫硫塔內(nèi)煙氣 的速度分布、溫度分布、壓力分布以及30 2脫除效率等，導(dǎo)出模擬計(jì)算結(jié)果獲得塔內(nèi)截面氣 流的速度標(biāo)準(zhǔn)偏差，判定氣流分布均勻性； 6、 將不同工況下的模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對比，驗(yàn)證模型的合理性。
[0005] 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是：①本方法將有限體積法運(yùn)用到脫硫塔內(nèi)傳質(zhì)、傳熱的分析 中，可以有效的克服常規(guī)的研究方法中對實(shí)驗(yàn)設(shè)備的依賴，改用數(shù)值分析的方法對多個(gè)工 況下氨基濕法脫硫噴淋單塔內(nèi)脫硫過程中傳質(zhì)、傳熱進(jìn)行模擬，使塔內(nèi)不可見的流場變化 可視化，并通過更改相關(guān)參數(shù)來達(dá)到最佳設(shè)計(jì)效果，加快了塔體結(jié)構(gòu)及其工藝運(yùn)行參數(shù)優(yōu) 化進(jìn)度，降低設(shè)計(jì)成本。②本方法考慮到了噴淋漿液滴的碰撞與破碎，以及除霧層對整個(gè)流 場的影響。③本方法根據(jù)實(shí)際塔體結(jié)構(gòu)及工藝運(yùn)行參數(shù)建模，模擬的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 對比，可驗(yàn)證模型的可靠性。
【附圖說明】
[0006] 圖1為本發(fā)明的技術(shù)流程圖。
[0007] 圖2為實(shí)施案例中某燒結(jié)廠煙氣氨基濕法脫硫噴淋單塔的三維造型圖。
[0008] 圖3為實(shí)施案例中脫硫噴淋單塔流場區(qū)域的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格圖。
[0009] 圖4為實(shí)施案例中脫硫噴淋單塔內(nèi)煙氣速度流線圖。
[0010] 圖5為實(shí)施案例中脫硫噴淋單塔內(nèi)截面溫度云圖。
[0011] 圖6為實(shí)施案例中脫硫噴淋單塔內(nèi)截面壓力云圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面將結(jié)合具體實(shí)施案例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0013] 如圖1所示，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟包括： 1.根據(jù)案例中燒結(jié)廠脫硫單塔運(yùn)行所出現(xiàn)的問題，"氨逃逸""氣溶膠"