중국은 석탄을 주요 에너지로 하는 나라입니다. 20 17 년, 석탄 발전량은 연간 총 발전량의 67% 를 차지한다. 석탄이 발전 과정에서 배출되는 이산화황은 특히 눈길을 끈다. 특정 기상 조건 하에서 복잡한 화학반응을 일으키는 것은 스모그와 산성비를 형성하는 중요한 전조다. 석회석-석고 습식 배연 탈황 공정이 가장 널리 사용됩니다. 그러나 순환장액은 연기와 탈황제의 중금속 원소와 염소 이온을 끊임없이 풍부하게 하여 탈황 폐수 농도가 높고 폐수 직접 배출이 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
기존 공정으로 폐수 제로 배출을 처리하면 고농도 염소 이온의 부식성이 장비 재료에 대한 요구가 높고 가격이 비싸다. 노즐을 이용하여 탈황 폐수를 안개로 분무하여 공기 예열기와 정전기 청소기 사이의 담뱃길로 분사하고, 고온연기와 상온폐수 사이의 열전을 이용하여 탈황 폐수 제로 배출을 실현하며, 투자가 적고, 공예과정이 짧고, 중금속 이온을 제거하고, 건설주기가 짧고, 유지비가 낮은 특징을 가지고 있으며, 탈황 폐수의 제로 배출을 실현하는 실행 가능한 기술로 추천한다. 연기 중 탈황 폐수 방울의 증발과 유동 특성의 최적화는 탈황 폐수 굴뚝 증발 제로 배출을 실현하는 관건이다.
현재 국내외에서 탈황 폐수 굴뚝 증발 과정에 대한 연구는 주로 탈황 폐수의 증발 특성과 유동 특성에 대한 수치 시뮬레이션에 초점을 맞추고 있으며, 동시에 일정한 공사나 실험 데이터를 참고로 보완한다. 장자정과 다른 연구원들은 스프레이 방울의 증발 특성이 방울의 가열 (열전달 과정) 과 방울의 연기 확산 (전도과정) 의 영향을 받는다고 생각한다. Strotos G 등은 고온가스에서 단일 방울의 증발 운동 과정을 수학적으로 모델링하여 기체 온도와 속도에 따라 방울의 증발 법칙을 얻었다.
염경우 등은 저온 연기 환경에서 서로 다른 물리적 성질의 물방울 운동과 가열 증발 과정에서의 열 전도 특성을 이론적으로 분석했다. 이명박 등은 전산유체역학 소프트웨어인 Fluent 를 사용하여 공기 예열기에서 전기 청소기 입구로의 연기 흐름을 시뮬레이션합니다.
Lain 등은 라그랑주 터런스 입자 분산 모델을 바탕으로 특정 조건 하에서 입자가 구체라고 가정하고 저항과 중력만 고려합니다. Young 등은 이산 멀티그룹 (DMC) 연료 방울 모델을 사용하여 멀티그룹 연료 스프레이의 증발을 시뮬레이션합니다. Pinto 등은 쌍유체 노즐의 스프레이 건조를 연구하여 건조 시간과 최종 수분 함량이 초기 방울의 지름에 따라 변하는 추세를 예측하는 데 성공했다.
금은가 등은 심층 여과 탈황 폐수 사전처리 공정을 제시하고, 탈황 폐수를 원자화 증발 전에 고액 깊이 분리 사전처리를 하여 유황 폐수에 떠 있는 알갱이 막힘 문제를 해결했다.
국내외 학자들은 액적 증발의 메커니즘에 대해 심도 있는 연구를 진행하여 연기 온도, 속도, 액적 지름, 액적 속도가 증발에 미치는 영향을 중점적으로 연구했다. 그러나, 서로 다른 안개각이 탈황 폐수 증발에 미치는 영향은 아직 명확하게 해석되지 않았다. 국내 모 석탄 발전소 330MW 기 공기 예열기와 전기 집진기 사이의 연도 내 스프레이 증발 공사 관행을 배경으로, 각기 다른 연기 부하와 서로 다른 스프레이 뿔이 탈황 폐수 스프레이 증발 유동 특성에 미치는 영향을 수치로 시뮬레이션했다.
1 방법 및 모델
연기 탈황 폐수 스프레이 증발은 전형적인 기체-액체 2 상 흐름이다. 수치 시뮬레이션에서 공기는 연속상으로, 스프레이 방울은 이산상으로, 주로 연속상과 이산상 사이의 움직임과 상호 작용을 고려한다. 먼저 담뱃길의 물리적 모형을 만들어 경계 조건을 결정하는 연속상과 이산상 방정식에 따라 해당 수치 시뮬레이션 계산을 수행합니다.
1..1물리적 모델
그림 1 은 공기 예열기와 정적 전기 집진기 사이의 담뱃대와 크기를 보여 주는 물리적 모델입니다. 담뱃대는 입구 세그먼트, 아래 엘보, 수직 세그먼트 담뱃대, 위 엘보, 이형 엘보, 수평 담뱃대 등 6 부분으로 나뉩니다. ANSA 소프트웨어를 이용하여 담뱃길 기하학 모델을 메쉬하다. 연도 모델은 구조가 간단하고 유동장 구조가 균일합니다. 계산 속도의 이점이 뚜렷한 육면체 메시를 사용하여 생성된 총 메시 수는 200 만 개입니다.
테스트 결과 이 모델의 98.09% 메시는 0 에서 0.4 사이의 동일한 크기 편향을 가지며 메시 분할 품질이 높습니다. 각각 2,000,000,000,3,000,4,000,000 개의 메쉬 수를 사용하여 무관성 검증을 수행하고 수직 연도 내 6 개 점의 속도를 모니터링합니다. 세 그리드의 결과는 크게 다르지 않습니다. 컴퓨팅 리소스를 절약하기 위해 그림 2 와 같이 시뮬레이션을 위해 2 백만 개 정도의 메쉬 수를 선택합니다.
1.2 수학 모델
1.2. 1 연속 위상 방정식
기체-액체 2 상 흐름에서는 제어 방정식이 독립적이지만 2 상 사이의 결합이다. 물방울은 질량원, 운동량원, 에너지원으로 기상방정식에 도입되고, 기상류장은 이러한 소스 항목의 영향을 받아 속도장, 온도장, 압력장을 통해 방울의 상태에 영향을 줍니다. 다음 방정식은 기상 제어 방정식이며 표현식은 다음과 같습니다.
연속성 방정식:
2 결과 및 분석
2. 1 연기 부하가 방울의 증발과 운동에 미치는 영향.
탈황 폐수는 보일러 꼬리 담뱃속의 안개, 흐름, 증발 과정을 초기 단계와 안정 단계로 나눌 수 있다. 초기 단계에서 상온 방울군은 흡열 증발의 분산 열침으로 연기의 흐르는 여열을 충분히 흡수하고, 흡수된 대부분의 열은 방울군의 온도를 높이는 데 사용된다. 동시에 연기 속도의 영향으로 이 단계에서 방울군의 속도가 끊임없이 증가하고 있다. 단시간 내에 안개 방울 그룹이 정상 상태 단계에 이르렀다. 이때, 방울군은 연기에 의해 안정된 값으로 가열되고, 흡수된 열량은 모두 방울군의 증발에 쓰이며, 방울군의 속도는 오는 연기의 속도와 일치한다.
액적 그룹의 증발 효과는 주로 기상 온도, 전송 특성, 액상 온도, 이동 속도 및 기체-액체 열 전달 및 전달 효율과 같은 매개 변수에 의해 결정됩니다. 330MW 단위 50%, 75%, 100% 연도 가스 부하 조건에서 세 가지 다른 연기 온도 (120.3,125./
그림 3 은 50%, 75%, 100% 의 세 가지 서로 다른 연기 부하 하에서 운동 방울의 최대 증발 시간 T 에 대한 시뮬레이션 결과를 보여 주며, T 값은 연기 부하가 증가함에 따라 거의 동일한 선형 하강 추세를 나타냅니다. 연기 부하가 증가함에 따라 연기 온도가 낮아지고 증발 시간이 짧아진다. 50%, 75% 및 100% 연도 가스 부하 조건에서 운동 방울의 최대 증발 시간 T 는 각각 3.07 ~ 3.36 s, 2.85 ~ 3.04 s 및 2.57 ~ 2.80 s 범위 내에 있습니다.
노즐 안개 원뿔 각도가 65 도인 구성에서 그림 4 와 같이 각 연기 부하 입자의 궤적을 선택합니다.
모든 물방울은 완전히 증발할 수 있으며, 100% 연기 부하에 해당하는 최대 증발 시간이 가장 짧고 50% 연기 부하에 해당하는 최대 증발 시간이 가장 길다. 따라서 입자 크기가 같은 방울의 경우 가스 주변 온도가 높을수록 연기 유속이 빨라지고 증발 속도가 높을수록 증발 효과가 좋습니다.
이 중 100% 부하의 연기 유속이 75% 및 50% 부하의 연기 유속보다 빠르기 때문에 감쇠 후의 탈황 폐수 입자 유속은 여전히 더 빠르다. 담뱃길이 부족하면 증발이 완전하지 않을 가능성이 있다. 그림에서 볼 수 있듯이, 연기 속도의 변화는 방울의 최대 완전 증발 시간에 거의 영향을 미치지 않으므로 단일 연도 구조에서는 연기 온도가 증발 효과에 주도적인 역할을 합니다.
연기 온도가 높아지면 기체 액상온도차가 커지고 기체 환경이 방울군으로 전달되는 열전달이 증가하여 방울의 표면 증발과 전도확산 속도가 증가한다. 이에 따라 물방울 온도가 높아지면서 임계 증발 온도에 도달하는 데 필요한 시간이 짧아지고, 연기가 뿜어져 나오는 시점부터 완전히 증발하는 체류 시간은 연기 온도가 높아지면서 점차 줄어든다.
2.2 안개 방울 증발 및 운동에 대한 안개 원뿔 각의 영향.
안개 원뿔 각도가 안개 방울의 흐름 특성에 미치는 영향을 정량적으로 분석하기 위해 담뱃벽에 의해 포집된 방울의 수와 총 방울의 수를 A0 으로 정의합니다. A0 값은 탈황 폐수 스프레이 증발 결정화 후 담뱃속 내벽에 재를 쌓을 가능성을 반영할 수 있다.
그림 5 는 20, 35, 50, 65, 80, 95 의 6 개의 서로 다른 안개 원뿔 각도에서 단일 담뱃벽에 캡처된 방울의 수량 분수를 시뮬레이션한 결과를 보여줍니다. 안개 원뿔 각도가 변화함에 따라 A0 값은 거의 동일한 첫 번째 부드러운 하강 후 눈에 띄게 상승하는 추세를 나타냅니다.
그림 5 는 안개 원뿔 각도가 20 도에서 50 도로 증가할 때 A0 값이 상대적으로 부드럽게 변하는 것을 보여 줍니다. 안개 각도가 너무 작기 때문에 물방울이 증발하는 속도가 느리기 때문에 상단 수평 담뱃대에 부딪히기 쉽다. 안개 원뿔 각도가 65 도로 증가하면 굴뚝에서 포집한 방울의 수가 가장 작으며, 이는 안개 원뿔 각도가 65 일 때 담뱃벽에 먼지가 쌓일 가능성이 가장 낮다는 것을 나타냅니다. 안개 원뿔 각도가 65 도에서 95 도로 계속 증가하면 A0 값은 뚜렷한 증가 추세를 나타냅니다. 이때 안개 각도가 너무 커서 물방울이 수직 굴뚝에 부딪히기 쉽다. 그러나 안개 원뿔 각도가 90 보다 크면 증가 속도가 느려지고 감소 추세가 있습니다. 안개 각도가 커질수록 물방울의 증발 속도가 빨라지고 물방울이 벽에 부딪칠 가능성이 줄어든다.
노즐 안개 원뿔 각도가 너무 작을 때, 같은 작업 조건에서 물방울의 증발이 더디다. 물방울이 수평 담뱃길에 들어갔을 때, 방울의 지름이 비교적 커서 흐름을 따르는 능력이 약해서 물방울이 수평 담뱃대와 충돌하여 쌓인 재를 형성한다. 노즐의 안개 원뿔 각도가 너무 크면 물방울이 수직 굴뚝에 직접 부딪쳐 쌓인 재를 형성하기 쉽다. 따라서 물방울이 벽에 부딪히는 횟수를 최소화하기 위해 1 개의 최적 안개 원뿔 각도가 있습니다. 안개 원뿔 각도가 65 일 때 담뱃대에 부딪히는 물방울의 수가 가장 적음을 검증했다.
단일 연도 구조 75% 연도 가스 부하와 최적의 안개 원뿔 각도 65 조건에서 탈황 폐수의 정량 증발 흐름 특성 및 연도 단면 속도 벡터 그림이 그림 6 에 나와 있습니다.
그림 6 에서 알 수 있듯이 스프레이 증발의 초기 단계에서는 전도, 확산 및 증발 속도가 빠르며 스프레이가 연기의 전단권을 빨아들여 더 큰 불규칙적인 소용돌이를 형성한다는 것을 알 수 있습니다.
담뱃속 연기의 부피가 크기 때문에 연기 흐름 방향 1m 의 노즐 세그먼트 연기가 반대 벽으로 더 빠른 속도로 돌입하여 연기 상부 압력 차가 커져 역류가 발생합니다. 따라서 연기 내부에 가까울수록 소용돌이 모양이 커질수록 노즐 영역의 로컬 방울들이 다른 지역으로 계속 확산되는 것을 촉진하는 데 도움이 됩니다. 증발과 전도의 확산이 더욱 균일화되면서 스프레이 증발이 안정된 단계로 접어들면서 담뱃대 단면 소용돌이가 커지고 단면 소용돌이 모양이 점차 규칙적으로 형성되고 속도 벡터 필드가 안정화되는 경향이 있다.
3 결론 이론
세 가지 연기 부하 (1, 50%, 75% 및 100%)
2) 연기 부하가 증가함에 따라 20, 35, 50, 65, 80, 95 6 개의 서로 다른 안개 원뿔 각도에서 움직이는 방울의 최대 증발 시간은 거의 같은 선형 하강 추세를 보였다. 노즐 안개 원뿔 각도가 65 인 최적의 구성에서 같은 지름의 방울에 대해 기체 주변 온도가 높을수록 연기 유속이 빨라지고 액적 그룹의 증발 속도가 높을수록 증발 효과가 좋습니다. 이 가운데 연기 유속의 변화는 방울의 최대 완전 증발 시간에 미치는 영향이 적고, 연기 온도는 증발 효과에 주도적인 역할을 한다. 스프레이 탈황 폐수로 형성된 물방울은 담뱃길에서 완전히 증발할 수 있다.
3) 최적의 안개 원뿔 구성의 속도 벡터 그래프는 연도 내부에 가까울수록 소용돌이 크기가 커질수록 노즐 영역의 로컬 물방울이 다른 영역으로 계속 확산되는 데 도움이 된다는 것을 보여 줍니다. 스프레이 증발 초기에는 전도 확산과 증발 속도가 빠르며 속도 벡터 그래프는 더 큰 불규칙한 소용돌이 모양을 나타냅니다. 스프레이 증발의 안정 단계에서 담뱃대 단면의 소용돌이가 커지고 모양이 점차 규칙적으로 변하고 속도 벡터 필드가 안정화되는 경향이 있다.
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