文_吳永彬 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

在實(shí)際使用的CFB脫硫技術(shù)中，在煙氣引入脫硫塔脫硫反應(yīng)后需要將煙氣引入除塵器進(jìn)行除塵，再將達(dá)標(biāo)的煙氣通過引風(fēng)機(jī)排到煙囪。為了適應(yīng)主機(jī)煙氣量的變化，通常會從引風(fēng)機(jī)出口煙道引一路煙氣作為循環(huán)煙氣，以滿足脫硫塔床層的穩(wěn)定。這樣，循環(huán)煙氣和入口煙氣的混合效果就顯得至關(guān)重要，若混合效果不好會直接導(dǎo)致脫硫塔床層壓降波動大。

本文以某現(xiàn)場改造空間狹窄的2×130t/h循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硫除塵改造項(xiàng)目為例，探索研究循環(huán)流化床脫硫系統(tǒng)入口煙氣混合新技術(shù)。

1 研究對象

1.1 項(xiàng)目概況

某2×130t/h循環(huán)流化床鍋爐，原先采用SNCR技術(shù)、爐內(nèi)噴鈣技術(shù)和電袋復(fù)合除塵技術(shù)進(jìn)行煙氣治理，治理后每臺爐分別通過1臺鍋爐引風(fēng)機(jī)，排往煙囪。根據(jù)最新排放標(biāo)準(zhǔn)，原先技術(shù)已經(jīng)無法達(dá)標(biāo)，需要進(jìn)行升級改造。因原有排放方式，鍋爐引風(fēng)機(jī)與煙囪的距離非常短，空間非常狹窄，一爐一塔的方案無法實(shí)施，只能選擇兩爐一塔的方案，把2臺爐煙氣匯總，在鍋爐引風(fēng)機(jī)和煙囪中間進(jìn)行布置脫硫除塵島，所以改造難度非常大。

1.2 煙氣條件

每臺鍋爐引風(fēng)機(jī)出口煙氣量為300000m3/h，煙氣溫度為145℃，引回的循環(huán)煙氣溫度為80℃，煙道規(guī)劃如圖1所示。

圖1 煙道規(guī)劃圖

根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，脫硫塔入口煙道煙氣流速過低容易發(fā)生掉灰問題。因2臺鍋爐存在單獨(dú)運(yùn)行的工況，當(dāng)1臺鍋爐運(yùn)行時，煙氣量偏小，煙氣流速偏低，需要通過循環(huán)煙道補(bǔ)充煙氣，以滿足脫硫塔床層的穩(wěn)定，避免掉灰。初期，脫硫塔建床時也需打內(nèi)循環(huán)，這就造成脫硫塔入口煙道有多種工況，如表1所示。初步判斷，工況二脫硫塔入口煙氣均勻性應(yīng)該是最差的，若不進(jìn)行優(yōu)化，很難保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

表1 各工況情況

1.3 方案建模及邊界條件

因?qū)嶋H運(yùn)行情況復(fù)雜，且煙道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部設(shè)置有貼邊角鋼、內(nèi)撐、墊板等細(xì)小部件，在模擬中無法真實(shí)還原，在滿足工程應(yīng)用的前提下，對模型進(jìn)行合理的簡化和假設(shè)：①對煙道模型進(jìn)行簡化，不考慮內(nèi)部細(xì)小部件對流場的影響；②將煙道內(nèi)部煙氣視為不可壓縮牛頓體；③假設(shè)煙氣進(jìn)口處速度分布均勻。

為提高脫硫塔入口煙氣均勻性，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，通過數(shù)值模擬研究多種不同優(yōu)化方案，最終確定最佳優(yōu)化方案。如圖2所示，分別為常規(guī)煙氣混合模型圖、煙氣混合新技術(shù)模型圖，常規(guī)煙氣混合方案是根據(jù)項(xiàng)目參數(shù)建模，并按規(guī)范進(jìn)行導(dǎo)葉布置；而煙氣混合新技術(shù)，是在常規(guī)煙氣混合方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化布置及設(shè)備開發(fā)。煙氣混合新技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備為煙氣混合器。

圖2 兩種方案模型圖

方案建模后進(jìn)行劃分網(wǎng)格，對規(guī)則的體采用六面體網(wǎng)格劃分，對于不規(guī)則的體采用四面體網(wǎng)格或者混合型網(wǎng)格劃分，同時注意零部件接觸位置的網(wǎng)格一致性。

因煙道內(nèi)部煙氣流動屬于三維湍流問題，考慮到湍流的復(fù)雜性，需要借助合適的湍流模型，故采用realizable k-ε模型。

邊界條件設(shè)置如表2。

表2 邊界條件設(shè)置

2 對比與分析

對兩種方案的四種工況分別進(jìn)行流場模擬，分析其結(jié)果。從煙氣軌跡圖、速度云圖、溫度分布圖、脫硫塔入口截面速度均方根差值等方面，分別進(jìn)行兩種方案的對比與分析。

2.1 工況一

如表3，為工況一的兩種方案對比。（因兩股煙氣溫度一樣，溫度分布無需對比）

表3 工況一對比分析

兩種方案的脫硫塔入口煙道煙氣均勻性都較好，整個煙氣流動軌跡大體相同，速度均方根差值也差別不大，相差0.028。再對比兩者的整體壓降，煙氣混合新技術(shù)大約會增加140Pa的壓力損失，這主要是因?yàn)闊煔饣旌掀髡加昧巳肟跓煹赖囊徊糠纸孛妫瑢?dǎo)致阻力增大。

2.2 工況二

如表4，為工況二的兩種方案對比。

表4 工況二對比分析

兩種方案的脫硫塔入口煙道煙氣均勻性差別很大，常規(guī)煙氣混合會出現(xiàn)較大區(qū)域的低流速區(qū)，這和之前的預(yù)判基本吻合，這對于整個系統(tǒng)非常不利；而煙氣混合新技術(shù)效果明顯，基本消除了低流速區(qū)，速度均方根差值降低了0.1816。再對比兩者的整體壓降，煙氣混合新技術(shù)大約會減小50Pa的壓力損失，這主要是因?yàn)槌Ｒ?guī)方案，會造成煙氣在一側(cè)集中，而煙氣混合新技術(shù)消除了此現(xiàn)象。同時，煙氣混合新技術(shù)，對溫度場分布也得到了一定改善。

2.3 工況三

如表5，為工況三的兩種方案對比。

表5 工況三對比分析

兩種方案的脫硫塔入口煙道煙氣均勻性差別不大，整個煙氣流動軌跡沒有太大區(qū)別，從速度均方根差值也能體現(xiàn)出來，兩者差別不大，相差0.017。再對比兩者的整體壓降，煙氣混合新技術(shù)大約會增加160Pa的壓力損失，這同樣是因?yàn)檎加昧巳肟跓煹赖慕孛?。同時，運(yùn)用煙氣混合新技術(shù)，對溫度場分布也得到了較大改善。

2.4 工況四

如表6，為工況四的兩種方案對比。（因工況四只有一股煙氣，溫度分布無需對比）

表6 工況四對比分析

兩種方案的脫硫塔入口煙道煙氣均勻性差別較大，常規(guī)煙氣混合會出現(xiàn)煙氣甩向一側(cè)，整個截面速度分布不均勻；而運(yùn)用煙氣混合新技術(shù)，速度分布改善效果顯著，速度均方根差值降低了0.1924。再對比兩者的整體壓降，煙氣混合新技術(shù)大約會增加100Pa的壓力損失，這同樣是因?yàn)檎加昧巳肟跓煹赖慕孛妗?/p>

3 結(jié)語

通過對兩種方案的四種工況模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明，與常規(guī)煙氣混合對比，煙氣混合新技術(shù)具有明顯優(yōu)勢。對于多數(shù)工況，運(yùn)用煙氣混合新技術(shù)，脫硫塔入口煙道煙氣均勻性度有了顯著的提高，對于溫度分布均勻性也有一定改善，同時通過煙氣混合新技術(shù)，并不會大幅增加煙氣阻力。因此，煙氣混合新技術(shù)提高了煙氣均勻性，大大縮短了煙氣混合距離，實(shí)現(xiàn)了節(jié)省成本、降低項(xiàng)目改造難度的目的，對于工程具有較好的經(jīng)濟(jì)運(yùn)用價值。