NGD反应器气相流场及能耗特性

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为满足燃煤工业锅炉领域日益严格的污染物排放标准，煤科院节能技术有限公司开发了高倍率灰钙循环脱硫(no gap desulfurization，NGD)技术。该技术通过增湿和搅拌将锅炉自生粉煤灰制备成脱硫吸收剂，在脱硫反应器内，脱硫吸收剂中的Ca(OH)₂与烟气中的SO₂充分接触，并进行化学反应生成CaSO₄，从而脱除烟气中的SO₂。与湿法脱硫相比，NGD技术具有投资和运行费用低、占地面积小，能够避免脱硫废水二次污染、石膏雨和有色烟羽现象，尤其适用于缺水的西部地区。

已有研究主要关注NGD技术的脱硫反应过程及其影响因素，对NGD反应器结构和流场的关注较少。

以某30 t/h煤粉工业锅炉配套的NGD反应器为研究对象，采用CFD方法模拟脱硫反应器内的流场分布，并在此基础上通过能耗分析模型研究脱硫反应器内的能耗组成和分布。

图1 NGD反应器结构示意

图2 格独立性检查

图3 NGD反应器进出口压降的运行值

图4 NGD反应器压降测量值、CFD计算值和熵产分析方法得到的计算值

图5 NGD反应器内速度分布云图

图6 NGD反应器湍流熵产分布云图

图7 NGD反应器不同方向速度和湍流熵产分布

图8 NGD反应器不同区域熵产比及体积比

结果表明：

1）对比NGD反应器的运行数据，发现CFD模拟和熵产分析方法能够较为准确地预测NGD反应器的总压降。进一步对比CFD模拟结果和熵产分析方法的结果可知，熵产分析方法能够较为准确地预测NGD反应器内的能耗。

2）NGD反应器的能耗来自黏性流体流动和烟气散热，两者占总能耗的比值分别为96.2%和3.8%，可见黏性流体流动是NGD反应器产生能耗的主要因素。不考虑位置势能变化，湍流耗散和壁面摩擦是黏性流体能耗的主要原因，引起的压降分别为347.7 Pa和57.5 Pa，占流体流动能耗的85.9%和14.1%，可见湍流耗散占主导地位。

3）NGD反应器可划分为上部主体反应区、中部加速区和下部烟气入口区，3个部分的体积比分别为83.3%、3.6%和13.1%，熵产分别为3.88、5.22和0.59 W/K，占总熵产的比例分别为40.1%、53.8%和13.1%。可见，中部加速区是产生能耗的主要区域。

4）中部加速区内平均速度和速度梯度较大，导致单位体积熵产率远高于上部主体反应区和下部烟气入口区，尽管其体积较小，中部加速区的总能耗仍占一半以上。同时，烟气入口结构引起了上部主体反应区内流场的非均匀分布，增加了能耗。因此，若能优化烟气入口区和中部加速区结构，提高上部主体反应区流场的均匀性并降低中部加速区的速度，将极大地降低NGD反应器的能耗。

引文格式

段璐，王实朴.NGD反应器气相流场及能耗特性研究[J].洁净煤技术，2020,26(2):78-85.

DUAN Lu，WANG Shipu.Study on the characteristics of gas flow field and energy consumption of NGD reactor[J].Clean Coal Technology，2020,26(2):78-85.

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