中温循环流化床脱硫的欧拉法模拟研究.pdfVIP

中 国 工 程 热 物 理 学 会 燃 烧 学 学 术 会 议 论 文 编号：084172 中温循环流化床脱硫的欧拉法模拟 1 李飞 ，祁海鹰，由长福 （清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室，北京100084） 010hyqi@mail.tsinghua.edu.cn 摘要：采用欧拉双流体模型模拟了烟气在循环流化床中的中温脱硫反应过程。计算采用考虑了颗粒团 聚效应的 Syamlal O’Brien 曳力模型，通过调整团聚因子已能准确模拟 CFB 中的流动。采用了改进 的脱硫模型，与流动模型进行了成功的耦合计算，所得的脱硫效率与实验值吻合，偏差在 6% 以内，也 验证了新脱硫模型的准确性。模拟结果表明：吸收剂大部分聚集在 CFB 下部，脱硫反应主要在 CFB 下部浓相区进行，上部稀相区对反应贡献很小，床压降与床料量直接正相关；床内有足够的床料量是 保证高脱硫效率的首要条件，均匀性则归其次；烟气与密相区颗粒接触时间短是限制脱硫效率提高的 主要因素。 关键词：CFB，数值模拟，T-T 吸收剂，脱硫模型 0 引言 烟气脱硫技术（FGD ）已被广泛用于燃煤电厂的 SO 排放控制，根据脱硫产物的形 2 态，FGD 可分为湿法、半干法和干法。相比与湿法和半干法，干法的脱硫效率和钙利用 率较低[1]，但同时也具有节水，低投资，低运行成本等优点，这些特点使其非常适于在 我国的西北经济滞后和缺水的现况。 清华大学基于自主开发的 T-T 吸收剂对中温干法烟气脱硫进行了广泛的研究。采用 循环流化床（CFB ）作为反应器，钙硫比（Ca/S ）为2 ，在 700-800℃时，脱硫效率已能 达到 90% 以上，但相应的钙利用率还不足 50%，远低于 TGA 实验中高于 90%的 Ca 利 用率，并且床内的压降也相对较高[2] 。为解决以上问题，需要对CFB 内的流动和反应过 程进行优化。本文拟采用数值模拟的方法来优化和组织 CFB 内的流动反应过程。 数值模拟的首要问题是模型，对于 CFB 内的两相流动问题需要采用欧拉双流体模 型模拟，选用合适的曳力模型是准确模拟床内流动的基础[3] 。在此基础上，需要结合T-T 吸收剂的脱硫模型，将两者进行耦合以对 CFB 内反应过程进行模拟。Karatepe 等采用缩 核模型对钙基吸收剂的脱硫特性进行了研究[4,5] ；Li Yuran 基于缩核模型并加以改进，得 到 T-T 吸收剂的脱硫模型[6] 。此模型以时间作为反应状态参数，将其与拉格朗日模型结 合模拟 CFB 内脱硫时，首先由于不能准确算准床内存料量，计算得到的脱硫效率远小 于实验值[7] 。文[8]采用钙转化率作为反应状态参数对 Li Yuran ，并将其与两相流模型进 行了成功的耦合。本文将采用以上模型对 CFB 脱硫的实验工况进行了模拟。准确的模 作者简介：男，博士生，从事气固两相流动及中温干法烟气脱硫的研究 项目：国家重点基础研究规划（973 ）项目（No. 2006CB2003 ） 拟 CFB 流动状况内的流动和反应，提供床内各参数的分布细节，揭示床内的实际情况， 是进行下一步分析和优化的基础。 1 数学模型 1.1 曳力模型 曳力项在 Eular 两相流模型中表征气固相互作用，稠密气固两相流中由于颗粒团的 存在使得曳力相对均匀两相流有所降低，曳力模型准确与否