论文总字数：28730字

摘 要

本文阐述了酸性液滴在除雾器内部的运动、液膜的发展及二次液滴的形成机理，建立了除雾器内部气相、液相、液膜相的理论模型，特别针对除雾器工作过程中出现的二次流现象提出了一种液滴与壁面液膜之间相互作用的模型，这种模型对液滴与浸润壁面碰撞后可能发生的反弹、沉积、飞溅现象作了良好的描述。

本文采用计算流体力学（CFD）中被广泛应用的FLUENT软件对二维折形板除雾器单通道内的气水分离现象进行数值模拟计算。其中液滴与气体的相互作用通过离散相模型（DPM）模拟，气体的湍流流动选择Realizable k-ε模型，液滴选择单颗粒轨道模型，在考虑二次流夹带现象时除雾器壁面条件选择壁面液膜（wall film）模型，得到了除雾器结构参数和运行参数对除雾器性能的影响。

为了加强研究结果的工程实用性，本文利用正交实验设计法和回归分析法建立了一个除雾器特性的预测模型，提出除雾器性能的优化思路，并依此用c 内置的MFC类库开发了一个除雾器优化设计软件，以实现对除雾器特性的预测及从现场实际运行状况和性能要求到除雾器结构设计方案的直接呈现。

关键词：折形板除雾器；值模拟；二次携带；优化设计

PERFORMANCE ANALYSIS AND OPTIMIZATION DESIGN OF THE DEMISTER IN THE WFGD SYSTEM

03012213 Chen Wang

Supervised by Zongliang Qiao

Abstract: Limestone/gypsum wet flue gas desulfurization system is equipped in more than 80% of the coal-fired power plant desulfurization facilities in China. Demister is the key equipment in the desulfurization system, which has the medium as flue gas with acid droplets. The droplets will collide with the wall as the function of inertial force and therefore separated from the flue gas. Demister solves the problem of “gypsum rain” effectively.

In this paper, describing the mechanism of the movement of acid droplets, the development of the film and the formation of the secondary flow .Setting up the theoretical models of gas phase, liquid phase and film phase inside the demister. Particularly proposing a spray/wall interaction model which describes the phenomenon of rebound, deposition and splashing well after the colliding of droplets with wall film.

The software FLUENT is used to numerical simulate the flow field of the two-dimensional folded plate demister blades. Discrete Phase model is used to simulate the interaction of liquid and gas .Realizable k-ε model and particle trajectory model are separately choice to calculate the continuous phase gas and discrete droplet. Wall film model is used to simulate the wall conditions when considering the secondary flow phenomenon caused by the critical flow velocity. Finally I obtain the main factors and influence law of folded plate demister’ s removal efficiency and pressure drop.

In this paper, I establish a forecasting model of the performance of the demister by orthogonal test design method and regression analysis method. Then developing a demister optimization software by MFC library, which achieves the function of predicting the performance of the demister or directly present its structural designing according to the actual operating conditions and performance requirements.

Key Words: folded plate demister; numerical simulation; secondary carry; optimization design

目 录

摘 要 I

Abstract II

1.绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2除雾器研究现状 1

1.3本文研究内容 2

2.除雾器通道内气液分离理论模型 4

2.1引言 4

2.2气水分离机理 4

2.3理论模型 4

2.3.1空气相 5

2.3.2液滴相 5

2.3.3液膜相 6

2.4液滴与壁面碰撞模型 6

2.4.1液膜破裂的机理 6

2.4.2壁面处液滴运动机制转捩准则 7

3.除雾器特性数值模拟 11

3.1引言 11

3.2研究对象 11

3.2.1模型简化 11

3.2.2计算工况 12

3.3求解过程 13

3.3.1网格划分 13

3.3.2求解思路 13

3.3.3湍流模型 14

3.3.4离散相边界条件 15

3.3.5已知条件设定 16

3.3.6其他设置 17

3.4不考虑破碎边界条件时的计算结果及其分析 17

3.4.1除雾器通道内流场分布 17

3.4.2除雾器分离效率的影响分析 20

3.4.3除雾器进出口压降的影响分析 24

3.5考虑破碎边界条件时的计算结果及其分析 26

3.6小结 29

4.除雾器优化设计软件的开发 31

4.1引言 31

4.2除雾器特性预测模型 31

4.2.1预测模型的选择 31

4.2.2实验设计 31

4.2.3预测方程 32

4.3编译工具 33

4.4除雾器优化设计软件 33

4.5小结 35

5.总结与展望 36

5.1本文工作总结 36

5.2课题研究展望 36

致谢 38

参考文献 39

WFGD系统除雾器特性分析与优化设计

1、绪论

1.1研究背景及意义

在我国,火电机组装机容量约占全国总装机容量的75%,发电量约占全国总发电量的80%,是我国电力工业的主体。火力发电行业以燃烧煤炭等化学燃料获得的热量加热做功蒸汽，根据煤炭的化学元素分析，该工业所排废气中必然含有 NO_X、SO₂、SO₃等污染空气环境的有毒气体。为此，国家制定了严格的环保标准。目前,我国正在推进燃煤电厂近零排放标准,并大力推广相关技术改革。在多种脱硫工艺中，湿式石灰石-石膏烟气脱硫技术因其脱硫效率高，原料来源广泛，变负荷适应性强的特点，被火力发电系统广泛采用，利用率达80%以上^[1]。

湿式石灰石/石膏湿法烟气脱硫系统（WFGD）采用廉价的石灰石或石灰作为脱硫吸收剂，吸收浆液由磨成粉状的石灰石与水混合搅拌制成，或由经消化处理后的石灰粉加水制成。吸收浆液与烟气在吸收塔内接触并混合，烟气中的SO₂与浆液中的及氧化空气发生化学反应产生石膏从而被脱除。脱硫后的烟气接着进入除雾器，目的是脱除其中残留的细小雾沫，而后烟气经换热装置被加热升温，最后通过烟囱排向大气。脱水装置则可以脱水回收脱硫石膏浆，使吸收浆液能够被循环利用，大大提高了脱硫吸收剂的利用率。

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