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1、2 0 0 4 中置一际脱曩脱胥技术与设鲁晨，E 会技术研讨会2 0 0 4C h i n aI n t e r n a t i o n a ld e S O xd e N O xE x h i b i t i o n & C o n f e r e n c e大型洗涤塔系统采用C F D 模拟的重要性H e r m a n nM a i e r奥地利能源与环境股份公司，8 0 7 4R a a b a G r a z ，A u s t r i a ；E m a i l ：h e r m a n n m a i e r l a e c c o a t烟气脱硫系统( F G D ) 对于整个燃煤
2、电厂的总体运行费用有着重要的影响。将石灰浆喷入烟气系统中，即湿式喷淋洗涤塔被广泛应用于去除二氧化硫。喷淋塔的实验及检测数据显示，在洗涤塔横截面上的不同区域，其二氧化硫的去除率也是各不相同的，其结果会造成洗涤塔的总体去除效率降低。而造成这种情况的原因是洗涤塔中物质转换区域内烟气流速与喷淋密度之间的不均匀分配。这种不均匀现象同时也表现在净烟气中二氧化硫浓度分配。近年来，洗涤塔的外形尺寸持续快速增大。在湿式烟气脱硫系统开发初级阶段，洗涤塔典型的直径大约1 0 米左右，处理的烟气量约1 , 0 0 0 ，0 0 0 N m 3 h ( 湿态) 或更小。而现在，我们面临的是直径达2 5 米，且高二氧化硫
3、烟气量可达5 , 0 0 0 ，0 0 0 N m 3 h ( 湿态) 。设计直径成倍增加的洗涤塔特别需要了解在物质接触区域的流体动态，而烟气的流动和浆液的动态是决定因素，洗涤塔中真实的流动状态与F G D 工艺设计时假想的一维流动条件是大相径庭的。然而，实验项目中广泛应用的典型的按比例增加的模式是无法满足要求的，它无法精确反映某种三维状态，例如在大型洗涤塔中很伤脑筋的部分是被旁路掉的烟气。而且，对于运行的F G D 进行监测的条件是非常困难，费用也是昂贵，可以说是不太可能的。就多相流动对于洗涤塔脱硫性能的影响，在1 9 9 5 年，奥地利能源与环境股份公司( A E & E )与多家大学合作
4、研究开发使用C F D ( 电脑模拟流体动态) 模式模拟湿式洗涤塔。也就是说，A E & E 在研究和改善F ( m 洗涤塔的流动条件上已有了十年的经验。我们将焦点主要集中在实验项目研究和商业利用C F D 代码在数字模拟上的实际运用。同时，也将洗涤塔内液体颗粒互相作用进行了数字模拟的开发。我们的最终目标是将洗涤塔中二氧化硫物质转换融入三维C F D 模式。此模拟方式已成为A E & E 洗涤塔开发的标准模式。设计大型洗涤塔应考虑使用多相流动的数字模拟，它能尽可能地化解技术上的设计风险。在工作站上可以对不同的F G D 设计进行测试并优化。这可能是了解真实流动状态和F G D 脱硫效率的唯一途
5、径。因此，A E & E 最终得到了德国N e u r a t hF G 区燃褐煤电厂2 x 1 1 0 0M W 。l 中F G D 系统总承包合同。两台洗涤塔中的每台将处理烟气4 ，8 5 0 ，0 0 0 N m 3 h 。吐，其二氧化硫含量为6 4 0 0m g N m 3 d r v 。此F G D 系统内有目前世界上最大的洗涤塔。 但A E & E 的经验不但应用于新项目的设计，而且也同时关注旧厂的改造。坐落于德国H e y d e n 的电厂，原F G D 由S a a r b e r gU m w e l t t e c h n i kG m b H ( S H U ) 供货，
6、更新两台逆流吸收塔。此吸收塔设计能力为烟气量2 ，8 6 0 ；0 0 0N m 3 h ，脱硫效率9 8 ，二氧化硫含量4 5 0 0m g N m 3 ( 图1 ) 。吸收塔主要参数为直径2 0 米，高度5 5 米，采用6 台浆液循环泵( 每台1 0 0 0 0 m 3 h 】) 。新吸收塔于1 9 9 8 年调试成功，但预先担保的脱硫效率无法达到。2 0 0 1 年1 月，A E & E 接受了此项目F G D 吸收塔改进计划。利用“标准”设计，进行如运行 期间对吸收塔设备的评估，塔内液柱的化学分析，主要还是吸收塔多相流的C 印模拟研究( 图2 ，3 ) 。另外，对喷淋层上部洁净烟气进行
7、了测量，根据图示，发现在接近塔壁区域二氧化硫含量升高，表示此处有二氧化硫漏出( 图4 ，左) 。这种现象降低了二氧化硫的去除率。接着，C F D 对塔内多相流进行了优化。2 0 0 1 年1 1 月，喷淋层根据A E & E 的想法进行了改造。重新投入运行后即感到有重大的改3 2 02 0 0 4 中国国际脱麓脱硝技术与设鲁晨览会技术研讨会2 0 0 4C h i n aI n t e r n a t i o n a ld e S O xd e N O xE x h i b i t i o n C o n f e r e n c e善。2 0 0 2 年7 月，二氧化硫的测量结果证实了业主的感
8、觉，图中显示( 图4 ，右) 吸收塔壁区域的二氧化硫高浓度几乎消失。而且，我们做的改进使净烟气的二氧化硫浓度分配更均匀，这种改进在出口烟道中也很明显( 图5 ) 。同时，液气比也降低了，几乎在任何工况下都能在少一层喷淋层的情况下正常运行。当然，节省的电力消耗也意味着运行成本的大幅度减少。与H e y d e n 相比，N e u r a t h 处理烟气量将2 倍于它，此项目将在2 0 0 8 年投入运行。图1H e y d e n 4 F G D图2H e y d e n4 C F D 模拟吸收塔和吸收塔原烟气入口图3H e y d e n4 吸收塔在1 0 0 负荷，4 层喷淋层运行下的烟
9、气流动( 左)和烟气流速( 流速) 的模拟3 2 1删中膏 脱麓戚南技术与设鲁晨览会技术研讨会2 0 0 4C h i n aI n t e r n a t i o n a ld e S O xd e N O xE x h i b i t i o n C o n f e r e n c e图4s 0 2 一浓度【p p m 】H e y d e n49 0 0 M W 喷淋层改造前，喷淋层以上吸收塔横截面e 左) 及改造后( 右) 图5s 0 2 一浓度 m g N m S l H e y d e n49 0 0 M W 喷淋层改造前烟气出口( 左) 及改造后( 右)参考文献【1 B H e
10、i t i n g ，K B a r n t h a l e r , C W d B ；R E A W i i s c h e r 2 0 0 0 “ - e i n en e u eG e n e r a t i o nv o n8 0 2 一A b s o r b e mf t i rB r a u n k o h l e ，V G B K o n f e r e n z ，K r a f t w e r ku n dU m w e l t1 9 “，D i i s s e l d o r f ,1 9 9 7【2 】K B 蕴_ r n t h a l e r , S P l o d e
11、 r , C W e i s s ，H M a i e r L o wC o s tP e r f o r m a n c eI m p r o v e m e n tf o rS p r a yT o w e r so ft h eF i r s tG e n e r a t i o n F G DV o i t s b e r g3 A u s t r i aa sa nE x a m p l e 1 5 t hP i t t s b u r g hC o a lC o n f e r e n c e ，P i t t s b u r g h ，1 9 9 8 3 】K B E r n t
12、 h a l e r , M M a l e c e k , H M a i e r D e s i g na n dS t a r tu po fF G DM e l n i k ( 2 x 11 0M W ：I x 5 0 0 v ) i nt h eC z e c hR e p u b l i c P o w e r - G e n9 9E u r o p e ，F r a n k f i m , 1 9 9 9 4 】M S c h i i t z ，S K l a p c i c ，K B a r n t h a l e r , W ：G u g g e n b e r g e r
13、T h ef i r s tF G D p l a n ti nC r o a t i aR e a l i s a t i o no ft h eR ：W EC o n c e p t ”A b s o r b e r2 0 0 0 I a tt h eF G DH o m i n V G BP o w e r T e c h ，N o 4 。2 0 0 1 P 6 4 7 1【5 】C W e i 8 ，H M a i e r , K B i i r ：n t h a l e r M o d e l i n go ft h eM a s sT r a n s f e rP r o c e
14、s s e si nt h eC h e m i s o r p t i o no fF l u e - G a sC o m p o n e n t sb yS p r a y s I L A S S - E u r o p e ，Z u r i c h ，2 0 0 1【6 】H M a i e r ；I n c r e a s i n gt h eR e m o v a lE f f i c i e n c yo fW e tF l u eG a sD e s u l f u r i z a t i o nS c r u b b e r su s i n g C F DM e t h o
15、 d s I n t e r n a t i o n a lU s e rM e e t i n gA v L ，G r a z ，2 0 0 3【7 】K B a m t h a l e r , J - U F r e i t a g ，C W e i s s ，H M a i e r P e r f o r m a n c eI m p r o v e m e n to fW F G DH e y d e n G e r m a n yu s i n gC F DM o d e l i n g A & W M AM e g a s y s m p o s i u m ，W a s h i n g t o nD C ，2 0 0 33 2 2
