一种吸收塔搅拌器的节能运行方法与流程

本发明涉及脱硫技术领域，尤其是涉及一种吸收塔搅拌器的节能运行方法。

背景技术：

吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类：第一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔和搅拌鼓泡吸收塔；第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管和喷雾塔；第三类是液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。

通常，塔内气液两相的流动方式可以逆流也可并流。一般情况下，多采用逆流操作，具体地说，吸收剂通过塔顶加入并自上而下流动，然后与由下至上流动的气体进行接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。

在湿法脱硫系统中，通常在吸收塔上设置3至6个搅拌器，设置搅拌器的主要作用是加强浆池内氧化空气的强制氧化以及防止浆液发生沉淀的作用；而在现有技术中，当脱硫系统运行或停运时，吸收塔浆池内的浆液在未排空的情况下，均要求吸收塔所有搅拌器长时间不间断的运行，以免浆液沉积，进而使得传统的搅拌器长时间的运行非常消耗能源。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种吸收塔搅拌器的节能运行方法能够对吸收塔内脱硫搅拌系统中的流体运动进行分析，以得出吸收塔内搅拌器的优化运行方式，解决因搅拌器长时间不间断运行而造成能源的消耗和浪费的技术问题；

为解决上述技术问题，本发明提供的一种吸收塔搅拌器的节能运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1：建立吸收塔搅拌器系统cfd模型；

s2：针对s1中的模型进行网格划分；

s3：根据cfd仿真处理得出不同浆池内不同搅拌器数量在运行状态下的速度场和温度场分布情况，作为判断吸收塔搅拌器的节能运行方法的依据；

s4：根据s3中cfd模拟结果形成判定数据库，来判定不同浆池搅拌器的不同配置时各搅拌器及循环泵工作的优先级，并得出吸收塔搅拌器的节能运行方法及各搅拌器的停运时间t。

作为另外的实施方式，吸收塔搅拌器cfd模型是通过ansysworkbench软件完成的。

作为另外的实施方式，吸收塔搅拌器cfd模型是基于boussinesq假设提出的涡粘物理模型建立的吸收塔搅拌器cfd模型：

其中，在上列式中：

为涡粘系数；

为时均速度；

为克罗内克函数；

k为湍流动能。

作为另外的实施方式，在s3和s4之间还包括如下步骤：

进行现场动态和静态浆液沉淀试验和浆液成分分析实验，根据得出的数据进行分析，分析结果作为判断吸收塔搅拌器的节能运行方法的依据。

作为另外的实施方式，在s3和s4之间还包括如下步骤：

收集脱硫系统历史运行数据，对数据进行分析，分析结果作为判断吸收塔搅拌器的节能运行方法的依据。

作为另外的实施方式，吸收塔搅拌器cfd模型包括：

塔体，设置在使用地；

若干个搅拌器，设置在塔体的塔壁上；

若干个浆液出口，开设在的塔壁上。

作为另外的实施方式，搅拌器和浆液出口的数量均为4个，4个搅拌器和4个浆液出口分别为第一搅拌器、第二搅拌器、第三搅拌器、第四搅拌器、第一浆液出口、第二浆液出口、第三浆液出口和第四浆液出口；

其中，第一搅拌器、第二搅拌器、第三搅拌器和第四搅拌器均位于同一个水平面上；第一浆液出口、第二浆液出口、第三浆液出口和第四浆液出口位于第二搅拌器和第三搅拌器之间。

有益效果

技术效果：

本发明提供的一种吸收塔搅拌器的节能运行方法，通过建立吸收塔搅拌器cfd模型、网格划分和后处理以得到不同浆池内不同搅拌器数量运行状态下的速度场和温度场分布情况，并根据cfd模拟结果形成判定数据库，来判定不同浆池搅拌器的不同配置时各搅拌器及循环泵工作的优先级，进而得出吸收塔搅拌器的节能运行方法及各搅拌器的停运时间t；与现有技术相比，通过利用计算流体动力学并经过分析，能够得出吸收塔内搅拌器的优化运行方式，解决因搅拌器长时间不间断运行而造成能源的消耗和浪费。

社会效果：本发明提供的一种吸收塔搅拌器的节能运行方法，通过建立吸收塔搅拌器cfd模型、网格划分和后处理以得到不同浆池内不同搅拌器数量运行状态下的速度场和温度场分布情况，并根据cfd模拟结果形成判定数据库，来判定不同浆池搅拌器的不同配置时各搅拌器及循环泵工作的优先级，并得出吸收塔搅拌器的节能运行方法及各搅拌器的停运时间t；与现有技术相比，通过利用计算流体动力学并经过分析，能够促进脱硫技术领域的发展，提高生产力水平，另外，还可以节省能源消耗。

经济效果：本发明提供的一种吸收塔搅拌器的节能运行方法，通过建立吸收塔搅拌器cfd模型、网格划分和后处理以得到不同浆池内不同搅拌器数量运行状态下的速度场和温度场分布情况，并根据cfd模拟结果形成判定数据库，来判定不同浆池搅拌器的不同配置时各搅拌器及循环泵工作的优先级，并得出吸收塔搅拌器的节能运行方法及各搅拌器的停运时间t；与现有技术相比，通过利用计算流体动力学并经过分析，能够在避免浆液沉积的情况下有效减少搅拌器的运行时间，进而降低搅拌器长时间不间断运转的运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中吸收塔搅拌器cfd模型的结构示意图。

附图标记说明：

a、第一搅拌器；

b、第二搅拌器；

c、第三搅拌器；

d、第四搅拌器；

a、第一浆液出口；

b、第二浆液出口；

c、第三浆液出口；

d、第四浆液出口。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中：

cfd，英语全称(computationalfluiddynamics)，即计算流体动力学；

ansysworkbench，是由ansys推出的一款仿真环境的平台软件；

boussinesq，即布辛涅斯克近似(中文名)，是指对于密度变化不是很大的变密度流动，有一个重要的近似假定，可使问题的求解得到很大的简化，又能较真实地反映流动过程；

mrf模型，即马尔科夫随机场模型(中文名)，其为现有的，为节省篇幅，在此不作过多赘述；

还需要说明的是，在本发明中，提到的其他英文解释，均与ansysworkbench相关，而不应当理解为其他技术领域或者行业的含义。

如图1所示，本发明提供的一种吸收塔搅拌器的节能运行方法，包括如下步骤：

第一：基于boussinesq假设提出的涡粘物理模型建立吸收塔搅拌器cfd模型：

其中，

上式为基于boussinesq假设提出的涡粘物理模型建立的reynolds应力项对于平均速度梯度的关系方程，在上列式中：

μt为涡粘系数；

μi为时均速度；

δij为克罗内克函数；

k为湍流动能；

第二：针对s1中的建立的所述吸收塔搅拌器cfd模型进行网格划分；

第三：模拟浆池速度场云图和矢量图，根据速度场云图提取速度分布区域，根据速度矢量图提取流体流向分布进行浆池内不同数量搅拌器停运时速度场的分析，得到不同浆池内不同搅拌器数量运行状态下的速度场和温度场分布情况，作为判断搅拌器节能运行方法的依据；

第四：进行现场动态和静态浆液沉淀试验和浆液成分分析实验，根据得出的数据进行分析，分析结果作为判断搅拌器节能运行方法的依据；

第五：收集脱硫系统历史运行数据，对数据进行分析，分析结果作为判断搅拌器节能运行方法的依据；

第六：根据cfd模拟结果、现场试验和脱硫系统历史运行数据形成判定数据库，来判定不同浆池搅拌器的不同配置时各搅拌器及循环泵工作的优先级，并得出搅拌器优化运行方案及各搅拌器的停运时间t。

在实际使用中，通过利用cfd软件模拟吸收塔内搅拌器运转时浆池内的速度分布，并根据速度场分布情况、温度场分布情况、现场动态和静态浆液沉淀实验、浆液成分分析实验和脱硫系统历史运行数据，最终得出优化运行方案及各搅拌器的停运时间t；其中，

所述吸收塔搅拌器cfd模型是通过ansysworkbench软件完成的；在实际使用中，通过使用ansysworkbench软件可以实现如下功能：

1、能够更换搅拌器系统，处理完搅拌器模型后，可以直接将搅拌器模型导入到designmodeler中，替换掉原来的搅拌器，然后进行网格划分，导入到已设置好的fluent流体求解器，进行模拟计算即可；

2、能够对现有的结构，进行优化设计；具体地说，可以直接在designmodeller中，修改所需要的参数，例如：搅拌器上下偏角、搅拌器左右偏角、搅拌器高度、出口位置和出口直径等参数，然后进行网格划分，导入到fluent流体求解器中进行模拟计算即可；

3、可以直接在fluent求解器中，导入case文件，在case文件中修改工艺参数变量，例如：搅拌器转速、出口流量等，然后进行初始化，随后直接进行计算即可；应当理解，上述的建立吸收塔搅拌器cfd模型也可以通过其他软件进行实现，如“犀牛”软件；当然，本领域技术人员也可以采取其他适合的设置；

具体地，在吸收塔浆池数值模拟中，可以将浆池简化为一个圆柱体，其尺寸参数与实际吸收塔塔体的结构基本保持一致，模型考察的主要结构尺寸有：浆池直径、浆池液位、浆池位置、搅拌器数量、搅拌器安装高度、搅拌器安装左右偏角、搅拌器安装上下偏角和循环出口等，具体参数的数值可以根据各工程实际设计参数进行调整，为节省篇幅，在此不作限定；

当然，为解决传统搅拌器之间存在石膏沉积的死区，在本发明中，作为进一步优选，吸收塔搅拌器cfd模型包括塔体、若干个搅拌器和若干个浆液出口，该塔体设置在使用地；若干个搅拌器设置在塔体的塔壁上；若干个浆液出口开设在所述的塔壁上；具体的，搅拌器和所述浆液出口的数量均为4个，4个所述搅拌器和4个浆液出口分别为第一搅拌器a、第二搅拌器b、第三搅拌器c、第四搅拌器d、第一浆液出口a、第二浆液出口b、第三浆液出口c和第四浆液出口d；其中，第一搅拌器a、第二搅拌器b、第三搅拌器c和第四搅拌器d均位于同一个水平面上；第一浆液出口a、第二浆液出口b、第三浆液出口c和第四浆液出口d均位于第二搅拌器b和第三搅拌器c之间；

其后，由于网格划分cfd数值模拟过程中的重要步骤，网格质量的优劣直接影响模拟结果的准确性，而ansysmeshing从简便的自动网格划分到高级网格划分，都有完美的解决方案，其网格划分技术继承了ansysmechanical、ansysicemcfd、ansyscfx、gambit、tgrid和cadoe等ansys各结构/流体网格划分程序的相关功能；ansysmeshing根据所求解问题的物理类型(结构、流体、电磁、显示等)设定了相应的、智能化的网格划分缺省设置，因此一旦输入新的几何模型并选择所需的物理类型后即可使用ansysmeshing强大的自动网格划分功能进行网格处理；当模型参数变化后，网格的重新划分会自动进行；为此本发明特采用workbenchmeshing进行网格划分；

在对吸收塔浆池搅拌系统进行建模、划分完网格后，将网格文件导入到fluent流体求解器中进行求解器设置，其中，设置求解器前，需要提前根据计算目的分析计算方法、计算物理模型和计算需要数据；

当然，为可以减少实际仿真的计算量，在本发明中，特采用mrf方法分析搅拌器的旋转运动，即通过利用稳态方程以进行瞬态计算；

另外，由于搅拌器的存在，吸收塔内部流场存在很强的湍流效应，因此特采用旋转涡粘物理模型进行计算；

综上，本发明提供的一种吸收塔搅拌器的节能运行方法，通过利用boussinesq假设提出的涡粘物理模型建模、网格划分和后处理以得到不同浆池内不同搅拌器数量运行状态下的速度场和温度场分布情况，并通过相应的试验数据最终得出搅拌器优化运行方案及各搅拌器的停运时间t，与现有技术相比，能够准确得出吸收塔内搅拌器的优化运行方式，解决因搅拌器长时间不间断运行而造成能源的消耗和浪费的技术问题；

具体优化方式：

根据搅拌系统内安装搅拌器的数量不同，具体的运行方式会有偏差，但方法应用上基本一致，为便于描述，现以上述的4个搅拌器和4个浆液出口的模型予以说明：

(1)循环运行方式：根据机组负荷及相关研究，搅拌器采用循环启停方式运行，即按照a-b-c-d的顺序循环进行。每个搅拌器循环之间的停运时间间隔不同，远离浆液出口的a、d搅拌器循环停运时间间隔较短，靠近浆液出口的b、c搅拌器循环停运时间间隔较长；

(2)单运行方式：根据机组负荷及相关研究，浆液出口a、b、c运行时，停运靠近浆液出口a的搅拌器b，其他搅拌器正常运行；或者浆液出口b、c、d运行时，停运靠近浆液出口d的搅拌器c，其他搅拌器正常运行；

(3)组合运行方式：根据机组负荷及相关研究，浆液出口a、b、c运行时，停运搅拌器b、d；浆液出口b、c、d运行时，停运搅拌器a、c；每个组合停运按照bd-ac循环停运进行，停运间隔时间相同；

需要说明的是，以上仅仅是对吸收塔安装4个搅拌器时为例的进行运行方式的说明，在实际使用中，吸收塔安装3、5或6个搅拌器时，运行方法一样，但停运时间t会根据cfd流场模拟、现场实验及运行数据(脱硫效率、出口so2排放浓度、石膏品质、搅拌器运行电流等)进行改变；

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。