《武汉工程大学学报》  2010年03期 69-71   出版日期:2010-03-31   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ
冷却预处理器对烧结烟气温度影响仿真研究


0引言  烧结是钢铁工业中一个高污染、高排放的环节,据统计,国内钢铁厂烧结烟气中SO2占钢铁企业SO2排放的40%~60%,造成严重的大气污染,烧结脱硫已经成为我国大气污染控制领域最为紧迫的任务[1].烧结烟气具有流量大、烟气中SO2浓度低、烟气温度高等特点,钢厂一般又没有预留足够的空间安装湿法脱硫装置,而干法、半干法脱硫效果不理想,因而烧结烟气净化很困难.漩涡撞击法脱硫改进了普通的湿法脱硫技术,设置了冷却预处理器,降低了烟气温度,提高了脱硫效率,成功的应用在烧结脱硫项目中[2].笔者采用Fluent模拟仿真了增设冷却预处理器的运行机理,研究喷水速度与烟气温度之间的关系,为控制烟气温度,提高脱硫效率提供理论基础和设计依据.1研究内容与方案从烧结炉里出来的烧结烟气温度比较高,严重影响了脱硫效率,实验表明当温度从38℃上升到149℃时,脱硫效率从88.5%下降到了60.2%,下降了28.3%[3].为了降低温度的影响,提高脱硫效率,必须对高温烧结烟气进行预处理.本文采用某公司脱硫塔的基本几何参数及运行参数建立仿真模型,然后针对仿真模型通过改变喷淋速度改变喷水量,研究温度的变化情况,最终得出烟气温度变化与喷淋速度的关系,从而达到通过控制喷淋速度控制烟气温度,提高脱硫效率的目的,脱硫塔基本参数如表1所示.表1喷淋吸收塔及均气环基本参数
Table 1The basic parameters of the absorber
and the gas distributed ring
项目数值处理烟气量87.5万m3/hFGD入口SO2浓度1500 mg/m3FGD入口烟气温度135 ℃入口直径1.5 m出口直径1.5 m吸收塔本体(直径×高)Φ9 m×31.6 m冷却预处理器喷射层喷出冷却水对烟气进行处理,烟气在这阶段得到冷却降温,同时具有使粉尘初步凝聚,二氧化硫得到部分净化[4].冷却预处理器通过控制喷水速度控制喷水量,从而控制液气比,调节烟气温度,使其处于最佳温度范围303~333 K[5].仿真中喷水速度分别取10、15、20、25、30、35、40 m/s几组数值.  仿真结果中关于温度的取值,为了准确描述烟气冷却的效果,本文采用均值温度和温度方差来比较不同喷水速度的冷却效果.我们在主脱硫区域取一气体参考面,沿表面直径方向均匀连续取值(塔壁处不取),然后求温度均值和方差,通过温度均值和标准差S*的大小反应气体均布情况.烟气脱硫本身要求足够的反应时间,为了提高脱硫效率,要求温度处最佳脱硫温度范围,温度波动越小越好.仿真过程中假设:a.不考虑辐射散热;假设塔壁为绝热壁,不传递热量,即散热量设置为0;并且采用了无速度滑移和无质量渗透条件;b.浆液池液面简化为固体壁面处理,忽略浆液池液面波动对烟气的影响,不考虑脱硫浆液的冷却作用;c.不考虑化学反应放出的热量.第3期张洪祥,等:冷却预处理器对烧结烟气温度影响仿真研究
武汉工程大学学报第32卷
2研究结果分析实验表明脱硫效率随温度升高而下降的速率较快,随着烟气温度的增加,脱硫效率逐渐降低.但是,温度过低,则影响反应速度,同样降低脱硫效率.在烟气脱硫塔中,最佳脱硫温度范围为30~60 ℃(303~333 K).本研究对不同喷水速度进行模拟仿真效果如图1所示.由图1可以看出当喷水速度达到25 m/s时,在脱硫塔中间(脱硫反应大部分在这部分进行)大部分已经在最佳温度范围,冷却效果显著.即喷水速度为25 m/s时,冷却效果已经达到要求.我们在主脱硫区域取距液面9 m处横截面为参考面,对温度均匀取值,然后求均值建立温度随喷水速度变化曲线图如图2所示,从图上可以清晰地看出喷水速度在30 m/s以后,随着喷水速度的增加,温度下降缓慢.由此得出最佳喷水速度为25~30 m/s.喷水速度过高,造成水的浪费并增加了能耗;喷水速度过低则达不到最佳脱硫温度范围,影响脱硫效率.图1不同喷水速度温度场示意图(单位:K)
Fig.1The temperature distribution of different waterjet velocities(Unit: K)根据图2喷水速度与温度的关系曲线以及仿真数据,采用MATLAB对喷水速度与平均温度进行三次拟合,可得到如下关系式:f(v)=-0.0006v3+0.095v2-
4.513v+399.8v≥5(1)图3为喷水速度与温度关系的拟合曲线,从拟合曲线上可以看出该公式与仿真数据误差很小,拟合度很高,公式(1)可以用于计算喷水量与温度的关系,从而精确控制烟气温度,节约能耗和水资源,提高脱硫效率.图2喷水速度与温度关系
Fig.2The curve of the waterjet velocity
and temperature图3喷水速度与温度拟合曲线
Fig.3 The fitting curve of the waterjet velocity
and temperature



3结语提出了冷却预处理器喷水量与温度的关系,喷水速度在低于30 m/s时,随着喷水速度的增加,温度下降很快;大于30 m/s后,随着喷水速度增加,冷却效果不明显.由此得出最佳喷水速度为25~30 m/s.