吸收塔近壁逃逸现象量化方法技术领域
本发明涉及电力生产，具体地，涉及一种吸收塔近壁逃逸现象量化方法。
背景技术
目前在火电厂脱硫主要采用石灰石-石膏湿法脱硫，在湿法脱硫中，最常见的技术
为喷淋空塔，吸收塔喷淋层设计时，多采用喷嘴均匀布置的方法，这种布置，在喷淋截面的
主体部分，能达到均匀喷淋，但在靠近吸收塔塔壁的区域，由于喷淋覆盖率较低，区域阻力
较小，烟气流速较快，形成局部区域的“烟气走廊”，此部分烟气的脱硫效果较差，从而影响
整体的脱硫效率。
早期的喷淋空塔湿法脱硫技术，在设计时大多未考虑烟气的近壁逃逸问题，由于
目前环保标准的日益提高，大部分喷淋空塔湿法脱硫需要进行改造，为了达到较高的脱硫
效率，必须减小或消除吸收塔近壁逃逸问题，尤其是要达到超低排放的燃煤机组。这就需要
有一个量化的指标来直观的衡量吸收塔近壁逃逸的程度，从而在改造过程中采取相应的技
术措施。
发明内容
本发明的目的是提供一种吸收塔近壁逃逸现象量化方法，该吸收塔近壁逃逸现象
量化方法可以对近壁区域逃逸现象进行量化计算，从而有效衡量吸收塔近壁逃逸现象的程
度，以便在改造中采取相应的技术措施。
为了实现上述目的，本发明提供一种吸收塔近壁逃逸现象量化方法，该方法包括：
计算喷淋截面的烟气平均流速v1和喷淋密度ρ1；计算近壁区域的烟气平均流速v2和喷淋密
度ρ2；根据喷淋截面的烟气平均流速v1、喷淋截面的喷淋密度ρ1、近壁区域的烟气平均流速
v2以及近壁区域的喷淋密度ρ2计算近壁逃逸系数A。
通过上述技术方案，采用本发明提供的吸收塔近壁逃逸现象量化方法，计算出喷
淋截面的烟气平均流速v1、喷淋截面的喷淋密度ρ1、近壁区域的烟气平均流速v2和近壁区域
的喷淋密度ρ2，并根据v1、ρ1、v2和ρ2计算近壁逃逸系数A。本发明可以对近壁区域逃逸现象进
行量化计算，从而有效衡量吸收塔近壁逃逸现象的程度，以便在改造中采取相应的技术措
施。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具
体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明提供的吸收塔近壁逃逸现象量化方法的流程图；
图2是本发明提供的近壁区域选取示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描
述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是本发明提供的吸收塔近壁逃逸现象量化方法的流程图。如图1所示，本发明
提供一种吸收塔近壁逃逸现象量化方法，该方法包括：计算喷淋截面的烟气平均流速v1和
喷淋密度ρ1；计算近壁区域的烟气平均流速v2和喷淋密度ρ2；根据喷淋截面的烟气平均流速
v1、喷淋截面的喷淋密度ρ1、近壁区域的烟气平均流速v2以及近壁区域的喷淋密度ρ2计算近
壁逃逸系数A。
喷淋截面设置有多个喷嘴，但是不同吸收塔喷淋截面上设置的喷嘴数量和喷嘴距
离可能均不相同，因此可能导致喷淋截面的喷淋密度ρ1和近壁区域的喷淋密度ρ2均不相同。
所述喷淋截面的喷淋密度ρ1和所述近壁区域的喷淋密度ρ2根据喷嘴的配置情况计算。所述
喷淋截面的烟气平均流速v1和所述近壁区域的烟气平均流速v2和入口烟气量有关。
所述喷淋截面的烟气平均流速v1以及近壁区域的烟气平均流速v2通过数值模拟计
算。
数值模拟也叫计算机模拟。依靠电子计算机，结合有限元或有限容积的概念，通过
数值计算和图像显示的方法，达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目
的。
具体地，本发明利用CFD商用软件FLUENT进行数值模拟。
计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics简称CFD)是通过计算机数值计
算和图像显示，对包含有流体流动和传热等相关物理现象的系统所做的分析。CFD的基本思
想可以归纳为：把原来在时间域及空间域上连续的物理量场，如速度场和压力场，用一系列
有限离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上变
量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。
FLUENT软件的求解主要包括以下几个步骤：
1.确定几何形状，生成计算网格(用GAMBIT，也可以读入其它指定程序生成的网
格)
2.输入网格、检查网格
3.选择求解器
4.选择求解的方程：层流或湍流(或无粘流)，化学组分或化学反应，传热模型等。
确定其它需要的模型如：风扇、热交换器、多孔介质等模型。
5.确定流体物性、指定边界条件
6.条件计算控制参数、流场初始化
7.迭代计算
8.检查结果保存结果，后处理等。
本实施例模拟对象的网格采用GAMBIT进行划分。所做计算为吸收塔内烟气与喷淋
的气液两相流动，因此计算域选取为吸收塔浆液上方烟气流经通道。整体模型均采用了四、
六面体网格，共划分2416293个体网格。
本实施例数值模拟边界条件设置如下：从增压风机流出烟气的总体积流量为
1245400Nm3/h，速度为10～12m/s(模拟时取10m/s)，密度为0.925kg/m3，进吸收塔设计温度
为110℃。吸收塔内配有四层喷淋层，第四喷淋层在原第一喷淋层下方，有90个喷嘴，每个喷
嘴的流量为83.3m3/h。其中靠壁面的29个喷嘴为单向实心锥喷嘴，其余61个为上下双向中
空锥喷嘴。
本实施例选用统关模拟模型，并应用可实现的k-ε双方程模型进行模拟计算。k-ε
模型是双方程模型中的最为广泛应用的湍流模型，它引入了表示各向同性小尺度涡机械能
转化成热能速率的脉动动能耗散率ε。其k-ε双方程主要的特点就是它是通过求偏微分方程
来考虑湍流物理量的输运过程，即通过求解偏微分方程确定脉动特征速度与平均场速度梯
度的关系，而不是直接将两者联系起来；另外，模型中的特征长度不是由经验确定，而是以
耗散尺度作为特征长度，并由求解相应的偏微分方程得到。相对来说可实现的k-ε双方程更
为简单，使用方便，目前用于计算有旋的均匀剪切流、平面混合流、平面射流、圆形射流等流
动，而且都取得了与试验数据比较一致的结果，适合工程问题的研究。
直角坐标系下，稳态的标准k-ε模型的通用控制方程如下：
![]()
其中，φ是通用因变量，Γφ是输运系
数，Sφ是通用因变量的源项。由于数值模拟为现有通用技术，因此其他具体模拟细节和公式
在此不再过多进行赘述。
在得到v1、ρ1、v2以及ρ2之后，所述近壁逃逸系数A可以通过以下公式得出：
![]()
其中，v2大于v1，ρ1大于ρ2。
所述近壁逃逸系数A越大，近壁逃逸现象越严重；所述近壁逃逸系数A越小，近壁逃
逸现象越轻微，A为0时无近壁逃逸现象。
以上是最佳量化公式，另外，本发明还提供以下公式的变形也同样可以得到近壁
逃逸系数A：
![]()
其中，v2大于v1，ρ1大于ρ2，近壁逃逸系数A越大，近壁逃逸现象越严重；近壁逃逸系
数A越小，近壁逃逸现象越轻微，A为1时无近壁逃逸现象。
![]()
其中，v2大于v1，近壁逃逸系数A越大，近壁逃逸现象越严重；近壁逃逸系数A越小，
近壁逃逸现象越轻微，A为1时无近壁逃逸现象。
![]()
其中，ρ1大于ρ2，近壁逃逸系数A越大，近壁逃逸现象越严重；近壁逃逸系数A越小，
近壁逃逸现象越轻微，A为1时无近壁逃逸现象。
图2是本发明提供的近壁区域选取示意图。如图2所示，吸收塔喷淋截面上，D为吸
收塔内径，d为圆环形近壁区域的宽度，r为喷嘴的喷射圆半径。其中圆环的宽度d的选取根
据吸收塔喷淋层布置情况确定，本发明优选地，近壁区域圆环的宽度d为最外层喷嘴喷射圆
半径的0.5～1倍(即r的0.5～1倍)。
通过上述技术方案，采用本发明提供的吸收塔近壁逃逸现象量化方法，计算出喷
淋截面的烟气平均流速v1、喷淋截面的喷淋密度ρ1、近壁区域的烟气平均流速v2和近壁区域
的喷淋密度ρ2，并根据v1、ρ1、v2和ρ2计算近壁逃逸系数A。本发明可以对近壁区域逃逸现象进
行量化计算，从而有效衡量吸收塔近壁逃逸现象的程度，以便在改造中采取相应的技术措
施。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实
施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简
单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛
盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可
能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本
发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。