【工业界CFD】CFB有啥搞头？烧结烟气半干法脱硫问题分析……

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听说有小伙伴过节期间每天长两斤，吓得咱赶紧上秤瞅了一眼，幸好秤坏了！

烧结烟气超低排放的一种主流工艺技术路线可以用下图进行说明，主要包括3大系统：CFB循环流化床半干法脱硫系统、布袋除尘系统、烧结烟气脱硝系统。咱在本公众号之前的几篇文章对烧结烟气脱硝SCR的CFD流场组织特点做了一些分析说明，这一篇内容就来简单聊聊半干法脱硫的事。

CFB半干法脱硫工艺在烧结烟气脱硫过程中成为主流，主要原因是有如下几点优势：

1、一次投资少，运行费用低；

2、无含酸污水排出，脱硫灰相对容易处理；

3、由于设计有再循环回风管道，对烟气负荷适应性好（10%-100%工况负荷）；

半干法脱硫塔的CFD流场优化咱经手的不多，真正做过的也就十几套，经验其实并不丰富。这不是因为相关的设计项目少，而是很多公司没有意识到流场优化的重要性。咱之前就遇到很多EPC总包方，只是说让做一下SCR的流场，问他们CFB和布袋做不做，人家说不用，只做SCR就行。

流场优化分明是保证CFB设备性能必须要进行的步骤，如何就不用做呢？！哎，苦劝没用，今天就来系统的说一说，CFB为什么要做流场优化。以后，搞设计的小伙伴再遇到劝不动的领导，就把这个文章扔给他们看；搞生产的小伙伴再遇到想忽悠你的设计单位，也把这个文章扔他们看；搞运营的小伙伴现场遇到相似的问题，更得把这篇文章扔给工程师看，让他们算算流场是怎么回事！

除了上述诸多优点，CFB脱硫塔在运行过程中也存在很多令人头疼的问题。通常，这些问题可以通过流场优化进行科学的规避。

1、床层壁面或文丘里扩口段局部积灰板结；

2、布袋入口积灰或滤袋结露阻塞；

3、吸收塔壁面局部磨损；

4、脱硫塔底部积灰；

5、床层落料塌陷问题；

6、脱硫剂利用率低、脱硫效率达不到设计要求。

发生以上问题，可以从如下几个方面找原因，分别是：喷枪设置、喷枪喷淋量、雾化角度、雾化粒径、返料口位置或设计设置、返料管流化槽设置、底部导流板设计、文丘里设计、再循环烟道设计等。

CFB循环流化床半干法问题所在点

1、内部喷枪设置位置不合理

喷枪一般有两种，单流体和双流体喷枪，现在一般都采用双流体雾化喷枪，雾化效果更好，喷嘴液滴初始速度、粒径分布更容易控制。

喷枪的布置位置对于半干法内壁面脱硫灰粘结影响较大。通常，喷枪的布置高度、角度、数量、喷口到壁面的距离对颗粒运行轨迹影响较大。如下图所示，当喷枪设置高度过高时，喷枪喷口到壁面较近，塔内颗粒在床层外围下落，被液滴打湿的灰分沿着壁面下落，接触壁面发生粘结。一般喷枪设置位置要考虑喷口位置处的颗粒涌动状态和烟气流速，最好是喷在在距离文丘里一定高度，烟气流速较高，颗粒涌动状态良好的位置。这里烟气温度高，液滴和颗粒接后能迅速和烟气中的SO2反应，之后快速蒸干液滴，不至于在颗粒下落过程中仍然含有水分，发生壁面粘结。喷枪插入深度要防止处在渐扩段的涡流区域、吸收塔壁面灰分下落的区域、文丘里管间空隙区域等流场速度方向和灰分受力不稳定的地方。如果现场没有考虑这些因素，而是多开几个喷口，投运后全凭天意，那大概率会费时费力费钱，往往还找不到原因，只能根据现场积灰情况不断调整喷枪开启位置和插入深度，这样不遗余力的去调试。

2、喷枪喷淋量、雾化角度或者雾化粒径过大

半干法脱硫塔处理烟气量和烟气温度不变的情况下，喷水量增大之后，灰分增湿效果较好，脱硫效率会提高，但是烟气能蒸干的水蒸气量是一定的，如果喷水量太大，结果就是增湿后的灰分无法蒸干，一方面导致大颗粒团聚下落触碰壁面发生粘结，另一方面是未蒸干的颗粒进入布袋除尘器，在滤袋表面附着板结，系统阻力升高，除尘效果变差。此类问题现场出现的概率较大，需要极力避免。

上图是咱计算的不同粒径的液滴在不同烟气速度下的受力分布图和塔内蒸发轨迹分布。从中可以看出，雾化喷枪液体平均粒径超过200微米就已经很难完全蒸干了，一不小心就喷到壁面上。当然雾化粒径也不能太小，从受力分析图上可以看出，粒径太小的话，颗粒随动性太强，刚喷出来就被烟气带走了，增湿覆盖效果完全不能满足要求。

这里需要研究的问题其实还很多，对于有经验的工程师是没有必要从无到有去研究的，他们可能一眼就认出它不合理。

3、返料口位置或设计设置不合理

返料口位置有设计在文丘里上面的，也有设计在文丘里底部一定距离的，因为咱的项目经验少，遇见的十几个工程都是设置在文丘里下面，设置在上面的只在文献中见到过。有做过相关工程的小伙伴可以扫底部二维码加咱微信一块交流一下，也让咱涨涨见识，多积累些工程经验。

进料口的设置要考虑落料对气流的影响和对顶部文丘里进气口速度的影响，如果设置位置不合理，可能会造成某些文丘里速度偏低，导致床层运行过程中落料塌陷。

4、返料管流化槽设置不合理

返料管流化槽引起的问题我也没有真正遇到过，只是在文献里见有人遇到过此类问题，为了这次讨论问题的系统性和全面性，在这里也引用一下这篇文章[刘国强等.循环流化床半干法脱硫床体建模以及稳床措施研究]，感兴趣的小伙伴可以看看原作，分析的挺好的，只不过是电力行业的CFB，和烧结烟气领域可能在外形上多少还是有些区别。

5、底部导流板设置不合理

半干法脱硫塔底部设计形式及导流设计方案在过去一二十年间的优化经历可以用一句丧心病狂来形容，和最初的设计相比，优化导流方案改的连亲妈都不认识了。

对于烧结烟气CFB，即使是已经确定流场较好的流场组织形式（上图右下角最后一个方案），不同的导流板布置间距、大小、角度等，也对床层中心气流柱有较大的影响。以单相气流流场分析为例，不同的底部格栅导流板尺寸和角度，取得的中心气流偏斜程度不一样，这实际上也会对烟气逃逸及脱硫效果产生影响，如下图示例所示。这些设计尺寸都需要详细优化，不是说拿过来图纸直接套图就能万事大吉。

6、文丘里设计不合理

文丘里是半干法脱硫塔设计的核心，文丘里设计候口速度、出入口速度、角度、直段长度等都有学问。这些尺寸设计有些是可以通过流场模拟优化得到的，但是很大一部分是通过数值模拟看不出差别的，因为模拟忽略了现实的非理想和可能影响流动效果的绕流湍动状态。这些尺寸更多的是前辈们在不断摸索、试验和改进现场问题的过程中总结的经验。任何一项新技术都是这样，开始犯错，不断改进，最终成熟。就像咱做仿真也是一样，一项新技术，自己不了解，第一次考虑问题不周全在所难免。但是每次犯过的错，每次成功的debug，都将成为你武装自己的铠甲和成就事业的兵刃。

7、再循环烟道设计不合理

再循环烟气管道接入CFB入口水平段烟道的位置和方式值得详细分析。这个再循环烟道不是备用的，尤其是在当前冶金领域的市场行情下，其实很多烧结机都不是满负荷运行，这时候的CFB再循环烟道是一直处于开启状态的。很多设计人员把不重视这根管道，随意设置，从烟囱处的排烟风机出口到CFB入口水平段烟道，保证连上就行，这会导致CFB入口烟气流量不稳定。咱就碰到过两个项目，现场反馈说CFB入口连接处水平烟道震动。

在设计阶段，需要考虑再循环回风管道的引出口和接入口的位置，引出口距离风机出口要留有一定距离，在接入CFB水平烟道时，烟气流向要设置一个顺烟气方向的倾斜角度，最好是制作一个马蹄扩口连接，这样才能减小回风对水平烟道气流的影响，也能减轻水平烟道对面壁板的冲击。