CN106000007B - 一种湿法脱硫流场的模拟系统及模拟方法 - Google Patents

一种湿法脱硫流场的模拟系统及模拟方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种湿法脱硫流场的模拟系统和模拟方法，拟在解决湿法脱硫喷淋塔内流场的CFD数值模拟结果，受模型选择、边界条件设置、网格离散化等因素影响准确性差的问题，本发明通过物模试验来验证湿法脱硫喷淋塔数值模拟结果的准确性和设计可行性，而且本发明提供的模拟系统还可以针对其他理论模拟或初始设计进行验证。本发明将物模试验作为验证湿法脱硫喷淋塔数值模拟结果准确性和设计可行性的依据，通过流场的物模试验来确定喷淋塔内部结构是否可靠。本发明还提供了湿法脱硫流场的模拟方法，能够模拟喷淋塔内的流场分布，进而验证湿法脱硫喷淋塔数值模拟结果和优化真实湿法脱硫喷淋塔的结构设计。

Description

一种湿法脱硫流场的模拟系统及模拟方法
技术领域
本发明属于湿法脱硫技术领域，具体涉及一种湿法脱硫流场的模拟系统及模拟方法，尤其涉及一种燃煤电厂湿法脱硫流场的模拟系统及模拟方法。
背景技术
湿法脱硫(WFGD)是目前世界上工艺最成熟、应用最广泛的烟气脱硫方法，占据了80％以上的烟气脱硫市场，是大型燃煤电厂烟气脱硫的首选技术。燃煤电厂湿法脱硫工艺一般采用喷淋塔作为吸收塔，其是烟气脱硫系统的核心设备，主要由浆液池、托盘、喷淋层、除雾器及附属烟道等组成，通常采用脱硫剂吸收液与烟气逆流接触的方式来布置。脱硫剂吸收液通过循环泵送至塔内不同高度布置的喷淋层，由喷嘴向下喷出形成分散的小雾滴往下降落；烟气从进口烟道进入喷淋塔向上流动，与向下掉落的浆液充分接触并相互掺混，从而实现对二氧化硫进行洗涤脱除；脱硫后的烟气携带着大量浆液雾滴进入除雾器区，雾滴被除雾器除去后，烟气通过出口烟道进入烟囱排放。喷淋塔具有阻力小，内构件少，不易结垢等优点，已成为大型燃煤电厂石灰石(石灰)—石膏湿法烟气脱硫工艺中的主导塔型。
CFD是英文Computational Fluid Dynamics(计算流体动力学)的简称，是流体力学的一个分支。它是伴随着近代流体力学、计算机技术和数值计算技术的发展而发展的，是一门具有强大生命力的边缘科学。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。简单地说，CFD相当于“虚拟”的在计算机做实验，用以模拟仿真实际的流体流动情况。而其基本原理则是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。可以认为CFD是现代模拟仿真技术的一种。
通常影响喷淋塔设计和喷淋塔的脱硫效率的关键因素是塔内复杂的流场对于喷淋塔这一反应器，仅靠试验难以揭示塔内的流场情况，因此数值模拟在认识喷淋塔气体流动规律与指导设计、放大上起着重要的作用。工业上主要从优化塔内流场角度出发来开发高效低成本的喷淋塔及湿法脱硫系统，因此对湿法喷淋塔及脱硫系统内流场进行研究具有重要意义。然而目前国内研究单位主要集中在喷淋塔及整个系统流场的CFD数值模拟等方面，虽然CFD数值模拟是流场研究的一项有效工具，具有明显经济性和实用性，但受模型选择、边界条件设置、网格离散化等因素影响，CFD数值模拟结果的准确性和设计可行性仍然有待提高。
因此，如何提高湿法脱硫系统流场的CFD数值模拟的准确性和设计可行性，已成为行业内的科技开发型企业广泛关注的焦点。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种湿法脱硫流场的模拟系统及模拟方法，尤其是一种燃煤电厂湿法脱硫流场的模拟系统及模拟方法。本发明提供的湿法脱硫流场的模拟系统，采用物模试验来验证湿法脱硫喷淋塔数值模拟结果准确性和设计可行性，通过流场物模试验来确定喷淋塔内部结构，从而有效的提高了湿法脱硫系统流场数值模拟的准确性和设计可行性。
本发明提供了一种湿法脱硫流场的模拟系统，包括喷淋塔模型、供风系统、供水系统和在线控制系统；
所述喷淋塔模型包括进口烟道、浆液池、托盘、喷淋层、除雾器和出口烟道；
所述供风系统与所述喷淋塔模型的进口烟道相连通；
所述供水系统与所述喷淋塔模型的喷淋层和浆液池相连通；
所述在线控制系统分别与所述供风系统以及供水系统相连接。
优选的，所述供风系统包括轴传动离心式鼓风机、风机变频控制器、供风系统的在线测试装置和供风管路；所述供水系统包括循环水泵、水泵变频控制器、供水系统的在线测试装置和供水管路；所述在线控制系统分别与所述供风系统的在线测试装置以及供水系统的在线测试装置相连接；
所述在线控制系统包括信号采集器、控制器和计算机；所述信号采集器一端与在线测试装置相连接，另一端与计算机相连接；
所述喷淋塔模型在竖直方向上，自下到上依次设置有浆液池、进口烟道、托盘、喷淋层、除雾器和出口烟道；
所述在线测试装置包括气体流量计、液体流量计、液位计、温度计和气压计中的一种或多种。
优选的，还包括投粉装置与除尘系统；
所述投粉装置与所述喷淋塔模型的进口烟道相连通；
所述除尘系统与所述喷淋塔模型的出口烟道相连通。
本发明提供了一种湿法脱硫流场的模拟方法，包括以下步骤：
A)设置试验模式，开启在线控制系统；
B)以空气为模拟烟气，在不同负荷条件下，由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，烟气自下而上经过喷淋塔后，经由出口烟道排出喷淋塔；
对喷淋塔进口、各喷淋层进口、除雾器进口、除雾器出口和喷淋塔出口中的一处或多处的状态进行测试，得到测试结果；
所述状态包括截面速度分布和/或压力分布；
C)将上述步骤得到的测试结果，与数值模拟结果或设计数据进行比较，判断数值模拟结果或设计数据的准确程度。
优选的，所述试验模式包括干态速度分布试验、干态压力分布试验、湿态速度分布试验和湿态压力分布试验中的一种或多种；
所述数值模拟结果包括CFD数值模拟结果。
优选的，所述试验模式为干态速度分布试验的具体步骤为：
A1)设置干态速度分布试验，开启供风系统和在线控制系统，关闭供水系统和喷淋层；
B1)以空气为模拟烟气，在不同负荷条件下，所述模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100％、75％、50％和35％BMCR烟气流速；
对喷淋塔进口、各喷淋层进口、除雾器进出口和喷淋塔出口的截面速度分布进行测试，得到测试结果；
C1)将上述步骤得到的测试结果进行计算，得到截面速度分布的均方根差Cv，根据均方根差Cv判断截面速度分布的均匀性，从而验证数值模拟结果或设计数据的准确程度；
所述Cv的计算式如式(1)所示：
其中，vi表示测点速度，表示测试的截面速度平均值，n表示测试截面的测点数。
优选的，所述试验模式为干态压力分布试验的具体步骤为：
A2)设置干态压力分布试验，开启供风系统和在线控制系统，关闭供水系统和喷淋层；
B2)以空气为模拟烟气，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100％、75％、50％和35％BMCR烟气流速；
对喷淋塔进口、各喷淋层进口、除雾器进口、除雾器出口和喷淋塔出口的全压进行测试，得到测试结果；
C2)将上述步骤得到的测试结果进行计算，得到喷淋塔原型的干态流动压降△Pf；
所述△Pf的计算式如式(2)所示：
其中，f表示原型，m表示模型，ρ表示气流密度，v表示气流速度；
再将所述喷淋塔原型的干态流动压降△Pf，与数值模拟结果或设计数据进行比较，从而验证其准确程度。
优选的，所述试验模式为湿态速度分布试验的具体步骤为：
A3)设置湿态速度分布试验，开启供风系统、供水系统和在线控制系统；
B3)以空气为模拟烟气，以水为模拟脱硫浆液，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔的模拟脱硫浆液洗涤后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100％、75％、50％和35％BMCR烟气流速；
对喷淋塔进口、除雾器出口和喷淋塔出口的截面速度分布进行测试，得到测试结果；
C3)将上述步骤得到的测试结果进行计算，得到截面速度分布的均方根差Cv，根据均方根差Cv判断截面速度分布的均匀性，从而验证数值模拟结果或设计数据的准确程度；
所述Cv的计算式如式(1)所示：
其中，vi表示测点速度，表示测试的截面速度平均值，n表示测试截面的测点数。
优选的，所述试验模式为湿态压力分布试验的具体步骤为：
A4)设置湿态压力分布试验，开启供风系统、供水系统和在线控制系统；
B4)以空气为模拟烟气，以水为模拟脱硫浆液，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔的模拟脱硫浆液洗涤后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100％、75％、50％和35％BMCR烟气流速；
对喷淋塔进口、各喷淋层进口、除雾器进口、除雾器出口和喷淋塔出口的全压和/或静压进行测试，得到测试结果；
C4)将上述步骤得到的测试结果，采用伯努利方程计算喷淋塔模型的湿态流动压降，再与数值模拟结果或设计数据进行比较，从而验证其准确程度。
本发明提供了一种湿法脱硫流场的模拟方法，包括以下步骤：
1)设置除尘效率模式，开启供风系统、供水系统、投粉装置、除尘系统与在线控制系统；
2)以水为模拟脱硫浆液，以空气为模拟烟气，投粉装置在喷淋塔模型的进口烟道投入定浓度的粉尘，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔的脱硫浆液洗涤后，经由出口烟道排出喷淋塔，再经过除尘系统除尘后排空；所述不同负荷条件为100％、75％、50％和35％BMCR烟气流速；
对喷淋塔的进口烟道和出口烟道的粉尘浓度进行测试，得到测试结果；
3)将上述步骤得到的测试结果，采用除尘效率公式计算喷淋塔模型的湿法脱硫的除尘效率。
本发明提供了一种湿法脱硫流场的模拟方法，包括以下步骤：
a)设置干湿界面试验模式，开启供风系统、供水系统与在线控制系统；
b)以空气为模拟烟气，以水为模拟脱硫浆液，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔的脱硫浆液洗涤后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100％、75％、50％和35％BMCR烟气流速；
c)观察喷淋塔进口烟道的干湿界面状态，当观察到干湿界面附近的进口烟道中无明显液滴沉积，表明进口烟道设计合理。
本发明提供了一种湿法脱硫流场的模拟系统，包括喷淋塔模型、供风系统、供水系统和在线控制系统；所述喷淋塔模型包括进口烟道、浆液池、托盘、喷淋层、除雾器和出口烟道；所述供风系统与所述喷淋塔模型的进口烟道相连通；所述供水系统与所述喷淋塔模型的喷淋层和浆液池相连通；所述在线控制系统分别与所述供风系统以及供水系统相连接。与现有技术相比，本发明针对湿法脱硫喷淋塔流场的CFD数值模拟，受模型选择、边界条件设置、网格离散化等因素影响，CFD数值模拟结果准确性差的问题，通过物模试验来验证湿法脱硫喷淋塔数值模拟结果的准确性和设计可行性，而且本发明提供的模拟系统还可以针对其他理论模拟或初始设计进行验证。本发明将物模试验作为验证湿法脱硫喷淋塔数值模拟结果准确性和设计可行性的依据，再通过流场的物模试验来最后确定喷淋塔内部结构是否可靠，并据此进一步设计了能够模拟喷淋塔内流场分布的物模试验系统，以作为真实湿法脱硫喷淋塔结构设计与优化必不可少的环节。实验结果表明，本发明提供的燃煤电厂烟气湿法脱硫喷淋塔流场的模拟系统和模拟方法(即物模试验平台)能够弥补CFD数值模拟等理论计算或初始设计上的不足，能为湿法脱硫流场研究提供有效技术手段，能为湿法脱硫喷淋塔数值模拟结果准确性和设计可行性提供依据，可用于喷淋塔内部结构设计及整个喷淋塔的研究，为喷淋塔提高脱硫效率提供参考。
附图说明
图1为本发明提供的燃煤电厂湿法脱硫流场物模试验模拟系统流程简图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。
本发明中所有行业名词及其定义，对其没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规定义即可。
本发明所有设备模型，如无特别注明，对其内部结构没有特别限制，以本领域技术人员熟知的该设备的常规内部结构即可。
本发明提供了一种湿法脱硫流场的模拟系统，包括喷淋塔模型、供风系统、供水系统和在线控制系统；
所述喷淋塔模型包括进口烟道、浆液池、托盘、喷淋层、除雾器和出口烟道；
所述供风系统与所述喷淋塔模型的进口烟道相连通；
所述供水系统与所述喷淋塔模型的喷淋层和浆液池相连通；
所述在线控制系统分别与所述供风系统以及供水系统相连接。
本发明所述喷淋塔模型优选包括进口烟道、浆液池、托盘、喷淋层、除雾器和出口烟道；本发明对所述喷淋塔模型的具体结构没有特别限制，以本领域技术人员熟知的喷淋塔的常规结构即可，本发明所述喷淋塔内部竖直方向从下到上分别设置浆液池、托盘、喷淋层、除雾器和出口烟道，所述进口烟道位于浆液池和托盘之间并与供风系统相连，更优选与供风系统的鼓风机相连。参见图1，图1为本发明提供的燃煤电厂湿法脱硫流场物模试验模拟系统流程简图。
本发明对所述喷淋塔模型的其它结构没有特别限制，以本领域技术人员熟知的喷淋塔的常规结构即可，本发明优选模型整体按照实际喷淋塔尺寸1：(8～15)缩小比例制作，主体采用透明的有机玻璃材料制作以便试验观察，喷淋管路和导流板优选采用不锈钢材料制作。
本发明所述喷淋塔模型内存在多个流动区域，主要分为进出口烟道区域、托盘区域、喷淋层区域和除雾器区域。在这些流动区域中存在着烟气单相流或气液两相流，为使模型与原型流动相似，每个流动区域优选根据各自的流动特征决定是否按比例缩小制作。具体的，所述进出口烟道区域为烟气单相流，模型进出口烟道按缩小比例制作；所述托盘由多孔板和隔板组成，浆液落入托盘中形成浆液层产生阻力，具有气流均布作用；所述托盘区域为气液两相流，托盘中的浆液层形成的静压差是该区域烟气流动的最主要阻力，为使模型与原型流动相似，模型中托盘浆液层的高度优选应与原型相同，即隔板的高度优选应与原型保持一致，而所述多孔板孔径和隔板间距则优选按缩小比例制作，所述多孔板的开孔率优选与原型相同。
所述喷淋层区域为气液两相流，喷嘴浆液喷淋是该区域烟气流动的最主要阻力，为使模型与原型流动相似，所述模型的喷淋层气液动量比需与原型喷淋层气液动量比相同，而所述模型的喷淋层喷嘴、喷嘴间距按比例缩小，喷嘴个数、压力或雾化角均与原型相同。所述除雾器区域为气液两相流，烟气在除雾器通道中的雷诺数小于等于20000，是非充分发展湍流，为使模型与原型流动相似，所述除雾器尺寸、结构优选与原型相同。
本发明所述在线控制系统分别与所述供风系统以及供水系统相连接，更具体优选为所述在线控制系统分别与所述供风系统的在线测试装置以及供水系统的在线测试装置相连接。本发明对所述在线控制系统没有特别限制，以本领域技术人员熟知的在线控制系统即可，如DCS控制系统或PLC控制系统等，本发明所述在线控制系统优选包括信号采集器、控制器和计算机，其中所述信号采集器一端优选与在线测试装置相连接，另一端优选与计算机相连接，本发明对所述在线控制系统中上述装置之间的其他连接关系，或其他装置的连接关系没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整。
本发明所述在线测试装置包括气体流量计、液体流量计、液位计、温度计和气压计中的一种或多种。本发明对上述测试装置的具体型号和选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，如风速仪、皮托管、压力计、涡街流量计或差压式流量计等仪器。本发明所述在线控制系统的信号采集器一端优选与气流流量计、水流量计、液位计、温度计、气压计等在线测试仪装置相连，采集气流流量计、水流量计、液位计、温度计、压力计等在线测试仪装置的输出信号，另一端优选与计算机相连，将采集信号输入计算机中。计算机上可显示出气流流量、水流量、当地温度、当地气压、水池液位、风机及水泵启停状态等参数。本发明在试验时，根据计算机在线显示数据，调节输出信号至供风系统的风机变频控制器或供水系统的水泵变频控制器等等，从而达到在线控制鼓风机、水泵的启停、供风流量、供水流量的目的。本发明基于所述控制器可以实现计算机集中控制，也可以实现模型现场操作，因而所述变频控制器可以包括在在线控制系统中，也可以包括在各系统的设备中，或是所述控制器的一部分包括在在线控制系统中，一部分包括在各系统中作为变频控制器。参见图1，图1为本发明提供的燃煤电厂湿法脱硫流场物模试验模拟系统流程简图。
本发明所述供风系统与所述喷淋塔模型的进口烟道相连通；本发明对所述供风系统的具体构成没有特别限制，以本领域技术人员熟知的湿法脱硫系统中的供风系统构成即可，本发明优选包括轴传动离心式鼓风机、风机变频控制器、供风系统的在线测试装置和供风管路，所述供风系统中的轴传动离心式鼓风机优选与所述喷淋塔模型的进口烟道相连通，所述供风系统的在线测试装置优选为气流流量计，更优选为涡街流量计或差压式流量计，所述供风系统的在线测试装置与所述在线控制系统相连接。参见图1，图1为本发明提供的燃煤电厂湿法脱硫流场物模试验模拟系统流程简图。本发明试验时，通过变频控制系统调节风机鼓风风量，既可以节约电耗，又可以实现风量的准确控制，还能利用计算机进行集中控制，增强了试验结果的可靠性。
本发明所述供水系统与所述喷淋塔模型的喷淋层和浆液池相连通；本发明对所述供水系统的具体构成没有特别限制，以本领域技术人员熟知的湿法脱硫系统中的供水系统构成即可，本发明优选包括循环水泵、水泵变频控制器、供水系统的在线测试装置和供水管路，所述供水系统中的循环水泵优选与所述喷淋塔模型的喷淋层和浆液池相连通，更优选为通过供水管路(包括进水管路和出水管路)分别与所述喷淋塔模型的喷淋层和浆液池相连通。所述供水系统的在线测试装置优选为水流量计，更优选为电磁流量计，所述供水系统的在线测试装置与所述在线控制系统相连接。参见图1，图1为本发明提供的燃煤电厂湿法脱硫流场物模试验模拟系统流程简图。本发明试验时，浆液池中的水通过循环水泵送至喷淋层，喷淋后水落回浆液池中从而完成水的循环使用。通过水泵变频控制器控制循环水泵的功率可以调节水循环流量，为不同负荷提供所需的相应喷淋量。
本发明为提高所述模拟系统的应用范围和模拟范围，所述模拟系统优选还包括投粉装置与除尘系统；所述投粉装置与所述喷淋塔模型的进口烟道相连通；所述除尘系统与所述喷淋塔模型的出口烟道相连通。本发明对投粉装置的具体设备没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，本发明优选为投粉机；本发明对除尘系统的具体设备没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，本发明优选为湿式电除尘器。本发明所述在线控制系统也可以分别与所述投粉装置的在线测试装置和除尘系统的在线测试装置相连接，实现模型现场和中控计算机的分散和统一相结合的控制方式。
本发明优选将所述投粉机与湿式电除尘器用于湿法脱硫除尘效率试验，投粉机与入口烟道相连，进行除尘效率试验时能够自动、连续、定量投粉。湿式电除尘器连接在喷淋塔模型的尾气出口(出口烟道)后，并联在主气流管路中，在除尘效率试验时起除尘作用。试验时由开启和关闭插板阀来控制气流流向。参见图1，图1为本发明提供的燃煤电厂湿法脱硫流场物模试验模拟系统流程简图。当进行除尘效率试验时，插板阀1关闭，插板阀2打开，气流经过湿式电除尘器后排到空气中，避免了试验粉尘对环境造成的污染，具有环保性。当进行其它试验时，打开插板阀1，关闭插板阀2，气流不经过湿式电除尘器直接从主气流管路排到空气中。
本发明上述技术方案提供了一种湿法脱硫流场的模拟系统，即一种湿法脱硫喷淋塔物模试验平台，包括了喷淋塔模型、供风系统、供水系统、在线控制系统、投粉机和湿式电除尘器及附属管路等。参见图1，图1为本发明提供的燃煤电厂湿法脱硫流场物模试验模拟系统流程简图。本发明提供的上述模拟系统可用于研究燃煤电厂湿法脱硫喷淋塔内速度分布、压力损失、除尘效率、干湿界面评估的模型试验，再将物模试验作为验证湿法脱硫喷淋塔CFD数值模拟结果准确性和设计可行性的依据，并通过流场的物模试验来最后确定喷淋塔内部结构是否可靠。本发明有效的解决了CFD数值模拟受模型选择、边界条件设置、网格离散化等因素影响，CFD数值模拟结果准确性差的问题，而且本发明提供的模拟系统还可以针对其他理论模拟或初始设计进行验证。
本发明还提供了一种湿法脱硫流场的模拟方法，包括以下步骤：
A)设置试验模式，开启在线控制系统；
B)以空气为模拟烟气，在不同负荷条件下，由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，烟气自下而上经过喷淋塔后，经由出口烟道排出喷淋塔；
对喷淋塔进口、各喷淋层进口、除雾器进口、除雾器出口和喷淋塔出口中的一处或多处的状态进行测试，得到测试结果；
所述状态包括截面速度分布和/或压力分布；
C)将上述步骤得到的测试结果，与数值模拟结果或设计数据进行比较，判断数值模拟结果或设计数据的准确程度。
本发明对所述试验模式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟要求或计算要求等进行选择和调整，本发明优选包括干态速度分布试验、干态压力分布试验、湿态速度分布试验和湿态压力分布试验中的一种或多种。本发明对所述试验模式中的具体参数选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟要求或计算要求等进行选择和调整，以本领域技术人员熟知的数值模拟结果或设计数据中的参数即可，可以为水量或风量等。
本发明将数值模拟结果或设计数据中的参数经过换算后设置在模拟系统中，经过模拟后，最后判断CFD数值模拟结果或设计数据的准确程度。本发明对所述换算没有特别限制，以本领域技术人员熟知的换算方式即可，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟要求或计算要求等进行选择和调整，如风量换算可以采用风速一致进行换算，水量换算可以采用气液流动比一致进行换算等。
本发明对所述数值模拟结果或设计数据的具体数值模拟方式或设计方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的数值模拟方式或设计方式即可，本发明所述数值模拟方式优选包括CFD数值模拟或其他常用的数值模拟，所述CFD数值模拟优选是指流场的CFD数值模拟，具体优选包括速度分布和/或压力分布等；所述设计方式可以为常规的湿法脱硫流场设计方式。
本发明对上述试验模式的具体步骤没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，本发明所述干态速度分布试验的具体步骤优选为：
A1)设置干态速度分布试验，开启供风系统和在线控制系统，关闭供水系统和喷淋层；
B1)以空气为模拟烟气，在不同负荷条件下，所述模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100％、75％、50％和35％BMCR烟气流速；
对喷淋塔进口、各喷淋层进口、除雾器进出口和喷淋塔出口的截面速度分布进行测试，得到测试结果；
C1)将上述步骤得到的测试结果进行计算，得到截面速度分布的均方根差Cv，根据均方根差Cv判断截面速度分布的均匀性，从而验证数值模拟结果或设计数据的准确程度；
所述Cv的计算式如式(1)所示：
其中，vi表示测点速度，表示测试的截面速度平均值，n表示测试截面的测点数。
本发明所述截面速度分布包括喷淋塔进口的截面速度分布，各喷淋层进口截面速度分布，除雾器进口截面速度分布，除雾器出口截面速度分布和喷淋塔出口截面速度分布中的一种或多种；本发明对所述单个截面上的测点数的个数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的测点数的个数即可，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整。本发明对所述单个截面上的测点数的位置选择没有特别限制，以本领域技术人员熟知的测点数的位置选择即可，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整。
本发明对所述测试的具体测试设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的相应的测试设备即可，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，本发明优选采用风速仪、皮托管和压力计中的一种或多种进行测试，所述风速仪更优选为热线风速仪或叶轮风速仪等。
本发明对所述BMCR烟气流速没有特别限制，以本领域技术人员熟知的该常规定义即可，本发明所述BMCR，即Boiler maximum continue rate，锅炉最大连续蒸发量，主要是在满足蒸汽参数、炉膛安全情况下的最大出力，即锅炉BMCR工况的烟气流速。
本发明对所述判断的标准没有其他特别限制，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，本发明所述干态速度分布试验的测试结果，可与数值模拟结果或设计数据进行比较，也可通过数值范围进行比较，从而验证数值模拟结果或设计数据的准确性。当测试的均方根差Cv与数值模拟结果或设计数据的均方根差接近时，表明数值模拟结果或设计数据中的相关数据准确；反之则表明数值模拟结果或设计数据中的的相关数据不准确。
本发明所述判断标准中，也可仅通过数值进行验证，优选包括当均方根差Cv小于等于15％时，表明测试截面速度分布均匀，表明数值模拟结果或设计数据准确；当均方根差Cv大于15％时，表明测试截面速度分布不均匀，表明数值模拟结果或设计数据不准确。其中，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，均方根差也可以为小于等于14％，或小于等于16％，表明测试截面速度分布均匀。
本发明所述试验模式为干态压力分布试验的具体步骤为：
A2)设置干态压力分布试验，开启供风系统和在线控制系统，关闭供水系统和喷淋层；
B2)以空气为模拟烟气，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100％、75％、50％和35％BMCR烟气流速；
对喷淋塔进口、各喷淋层进口、除雾器进口、除雾器出口和喷淋塔出口的全压进行测试，得到测试结果；
C2)将上述步骤得到的测试结果进行计算，得到喷淋塔原型的干态流动压降△Pf；
所述△Pf的计算式如式(2)所示：
其中，f表示原型，m表示模型，ρ表示气流密度，v表示气流速度；
再将所述喷淋塔原型的干态流动压降△Pf，与数值模拟结果或设计数据进行比较，从而验证其准确程度。
本发明对所述△Pm的计算方法没有特别限制，以本领域技术人员熟知的△Pm的计算方法即可。本发明对所述比较的标准没有其他特别限制，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，本发明通过所述干态压力分布试验的测试结果，计算得到的喷淋塔原型的干态流动压降△Pf，再将其与数值模拟结果或设计数据中的喷淋塔干态流动压降进行比较，从而验证数值模拟结果或设计数据的准确性。当计算的喷淋塔原型的干态流动压降△Pf与数值模拟结果或设计数据的喷淋塔干态流动压降接近时，表明数值模拟结果或设计数据中的相关数据准确；反之则表明数值模拟结果或设计数据中的相关数据不准确。
本发明所述比较的标准可以为：当喷淋塔原型的干态流动压降△Pf与数值模拟结果或设计数据中的喷淋塔干态流动压降相差小于等于5％时，表明数值模拟结果或设计数据中的相关数据准确；当喷淋塔原型的干态流动压降△Pf与数值模拟结果或设计数据中的喷淋塔干态流动压降相差大于等于5％时，表明数值模拟结果或设计数据中的相关数据不准确。其中，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，相差数据也可以为也可以为小于等于4.5％，或小于等于5.5％，表明数值模拟结果或设计数据中的相关数据准确。
本发明对所述测试的具体测试设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的相应的测试设备即可，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，本发明优选采用皮托管和压力计中的一种或多种进行测试。
本发明所述试验模式为湿态速度分布试验的具体步骤优选为：
A3)设置湿态速度分布试验，开启供风系统、供水系统和在线控制系统；
B3)以空气为模拟烟气，以水为模拟脱硫浆液，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔的模拟脱硫浆液洗涤后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100％、75％、50％和35％BMCR烟气流速；
对喷淋塔进口、除雾器出口和喷淋塔出口的截面速度分布进行测试，得到测试结果；
C3)将上述步骤得到的测试结果进行计算，得到截面速度分布的均方根差Cv，根据均方根差Cv判断截面速度分布的均匀性，从而验证数值模拟结果或设计数据的准确程度；
所述Cv的计算式如式(1)所示：
其中，vi表示测点速度，表示测试的截面速度平均值，n表示测试截面的测点数。
本发明所述截面速度分布包括喷淋塔进口的截面速度分布，除雾器出口截面速度分布和喷淋塔出口截面速度分布中的一种或多种；本发明对所述单个截面上的测点数的个数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的测点数的个数即可，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整。本发明对所述单个截面上的测点数的位置选择没有特别限制，以本领域技术人员熟知的测点数的位置选择即可，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整。
本发明对所述测试的具体测试设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的相应的测试设备即可，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，本发明优选采用风速仪进行测试，所述风速仪更优选为热线风速仪或叶轮风速仪等。
本发明对所述BMCR烟气流速没有特别限制，以本领域技术人员熟知的该常规定义即可，本发明所述BMCR，即Boiler maximum continue rate，锅炉最大连续蒸发量，主要是在满足蒸汽参数、炉膛安全情况下的最大出力，即锅炉BMCR工况的烟气流速。
本发明对所述判断的标准没有其他特别限制，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，本发明所述干态速度分布试验的测试结果，可与数值模拟结果或设计数据进行比较，也可通过数值范围进行比较，从而验证数值模拟结果或设计数据的准确性。当测试的均方根差Cv与数值模拟结果或设计数据的均方根差接近时，表明数值模拟结果或设计数据中的相关数据准确；反之则表明数值模拟结果或设计数据中的的相关数据不准确。
本发明所述判断标准中，也可仅通过数值进行验证，优选包括当均方根差Cv小于等于15％时，表明测试截面速度分布均匀，表明数值模拟结果或设计数据准确；当均方根差Cv大于15％时，表明测试截面速度分布不均匀，表明数值模拟结果或设计数据不准确。其中，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，均方根差也可以为小于等于14％，或小于等于16％，表明测试截面速度分布均匀。
本发明所述试验模式为湿态压力分布试验的具体步骤优选为：
A4)设置湿态压力分布试验，开启供风系统、供水系统和在线控制系统；
B4)以空气为模拟烟气，以水为模拟脱硫浆液，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔的模拟脱硫浆液洗涤后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100％、75％、50％和35％BMCR烟气流速；
对喷淋塔进口、各喷淋层进口、除雾器进口、除雾器出口和喷淋塔出口的全压和/或静压进行测试，得到测试结果；
C4)将上述步骤得到的测试结果，采用伯努利方程计算喷淋塔模型的湿态流动压降，再与数值模拟结果或设计数据进行比较，从而验证其准确程度。
本发明对所述测试的具体测试设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的相应的测试设备即可，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，本发明优选采用皮托管或开设静压孔的一种或多种进行测试，具体可以为喷淋层进口、除雾器进出口含有雾滴，不宜采用皮托管测试全压，而在各喷淋层进口、除雾器进出口开设静压孔，将静压管连接至压力计(U型压力计、斜管压力计)测静压，根据伯努利方程计算喷淋塔模型湿态的流动压降。
本发明所述伯努利方程优选如式(3)所示：
其中，式中1、2表示截面1、2，ρ表示气流密度，V表示截面平均速度，Z表示截面位置高度。
本发明所述比较的标准可以为：当喷淋塔模型的湿态流动压降与，数值模拟结果或设计数据中的湿态流动压降相差小于等于5％时，表明数值模拟结果或设计数据准确；当喷淋塔模型的湿态流动压降与数值模拟结果或设计数据中的湿态流动压降相差大于等于5％时，表明数值模拟结果或设计数据不准确。其中，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，相差数据也可以为也可以为小于等于4.5％，或小于等于5.5％，表明数值模拟结果或设计数据中的相关数据准确。
本发明提供的湿法脱硫的模拟方法在去除SO2的同时，具有协同除尘的功能。为了确定湿法脱硫对粉尘的去除效率，可进行除尘效率试验。
本发明还提供了一种湿法脱硫流场的模拟方法，包括以下步骤：
1)设置除尘效率模式，开启供风系统、供水系统、投粉装置、除尘系统与在线控制系统；
2)以水为模拟脱硫浆液，以空气为模拟烟气，投粉装置在喷淋塔模型的进口烟道投入定浓度的粉尘，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔的脱硫浆液洗涤后，经由出口烟道排出喷淋塔，再经过除尘系统除尘后排空；所述不同负荷条件为100％、75％、50％和35％BMCR烟气流速；
对喷淋塔的进口烟道和出口烟道的粉尘浓度进行测试，得到测试结果；
3)将上述步骤得到的测试结果，采用除尘效率公式计算喷淋塔模型的湿法脱硫的除尘效率。
本发明对所述测试的具体测试设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的相应的测试设备即可，本领域技术人员可以根据实际试验情况、模拟情况或计算要求等进行选择和调整，本发明优选采用粉尘浓度测试仪器进行测试。
本发明上述除尘效率模式具体可以为通过计算机控制，开启鼓风机、水泵，在喷淋状态下，打开投粉机在进口烟道中投入粉尘，关闭插板阀1，打开插板阀2，气流经过湿式电除尘器除尘后排到空气中。参见图1，图1为本发明提供的燃煤电厂湿法脱硫流场物模试验模拟系统流程简图。
本发明在试验时，采用粉尘浓度采样仪测试喷淋塔进口烟道、出口烟道的粉尘浓度，通过除尘效率公式可以计算出湿法脱硫的除尘效率，除尘公式如式(4)所示，
其中，C表示粉尘浓度，i表示进口，o表示出口。
干湿界面对喷淋塔运行安全有重要影响，浆液雾滴应尽量避免落入喷淋塔进口烟道以减小烟道结垢和腐蚀。
本发明由此还提供了一种湿法脱硫流场的模拟方法，包括以下步骤：
a)设置干湿界面试验模式，开启供风系统、供水系统与在线控制系统；
b)以空气为模拟烟气，以水为模拟脱硫浆液，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔的脱硫浆液洗涤后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100％、75％、50％和35％BMCR烟气流速；
c)观察喷淋塔进口烟道的干湿界面状态，当观察到干湿界面附近的进口烟道中无明显液滴沉积，表明进口烟道设计合理。
本发明上述干湿界面试验模式的具体步骤可以为，在试验时先通过计算机控制开启鼓风机进行供风，再开启水泵、打开喷淋层进行喷淋，观察喷淋塔进口烟道干湿界面情况。在实际喷淋塔原型中，浆液池液位与进口烟道距离足够长，一般浆液池中的液滴不会溅回进口烟道中，进口烟道沉积的液滴主要来自从喷淋层中下落的液滴。由于模型因缩小制作，浆液池液位与进口烟道距离较短，浆液池中液滴容易溅回进口烟道，对进口烟道液滴沉积情况会造成干扰。为防止模型浆液池中液滴溅回进口烟道，试验过程应将浆液池中的液位降低。如果试验观察到干湿界面附近的进口烟道中无明显液滴沉积，表明进口烟道设计合理。
本发明上述多种技术方案提出了针对燃煤电厂的湿法脱硫流场的模拟系统，能够方便准确地对湿法脱硫喷淋塔内速度分布、压力损失、除尘效率进行试验，同时也能清晰的观察出喷淋塔运行后的干湿界面，为喷淋塔内部结构的设计和优化提供参考依据。本发明还提出相应的湿法脱硫流场的模拟方法，依据此方法可方便对湿法脱硫流场进行试验研究，为确定湿法脱硫设计的合理性提供参考。本发明为CFD数值模拟计算结果提供验证数据，有效地克服了模型选择、边界条件设置、网格离散化等因素影响使得CFD数值模拟结果不准确的缺陷，提高了CFD数值模拟结果的可信度，而且本发明提供的模拟系统还可以针对其他理论模拟或初始设计中的数据进行验证。
实验结果表明，本发明提供的燃煤电厂烟气湿法脱硫喷淋塔流场的模拟系统和模拟方法(即物模试验平台)能够弥补CFD数值模拟等理论计算或初始设计上的不足，能为湿法脱硫流场研究提供有效技术手段，能为湿法脱硫喷淋塔数值模拟结果准确性和设计可行性提供依据，可用于喷淋塔内部结构设计及整个喷淋塔的研究，为喷淋塔提高脱硫效率提供参考。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的湿法脱硫流场的模拟系统及模拟方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
本实施例提供了一种湿法脱硫流场的模拟系统，包括喷淋塔模型、供风系统、供水系统、在线控制系统、投粉装置和除尘系统。
参见图1，图1为本发明提供的燃煤电厂湿法脱硫流场物模试验模拟系统流程简图，
在本实施例中，喷淋塔模型包括进口烟道、浆液池、托盘、喷淋层、除雾器和出口烟道；其中，在竖直方向上，浆液池、进口烟道、托盘、喷淋层、除雾器和出口烟道自下到上依次设置。
供风系统包括轴传动离心式鼓风机、风机变频控制器、供风系统的在线测试装置和供风管路。
供水系统包括循环水泵、水泵变频控制器、供水系统的在线测试装置和供水管路。
在线控制系统包括信号采集器、控制器和计算机。
在本实施例中，供风系统与喷淋塔模型的进口烟道相连通，供水系统与喷淋塔模型的喷淋层和浆液池相连通，在线控制系统分别与供风系统的在线测试装置以及供水系统的在线测试装置相连接，投粉装置与喷淋塔模型的进口烟道相连通，除尘系统与喷淋塔模型的出口烟道相连通。
信号采集器一端与在线测试装置相连接，另一端与计算机相连接。
实施例2
某660MW燃煤电厂湿法脱硫原型在100％BMCR工况下烟气流量为1779800m3/h，烟气温度为92℃，烟气密度为0.9983kg/m3，石灰石浆液流量为42000m3/h，浆液密度为1140kg/m3；模型试验时选用空气模拟烟气、水模拟石灰石浆液，空气温度为27℃，空气密度为1.2kg/m3，水温度为15℃，水密度为998.4kg/m3；模型按原型尺寸1：12比例缩小，则模型结构参数和试验参数确定如下：
(1)模型结构参数
模型入口烟道、出口烟道、塔径按原型尺寸1:12比例缩小；模型托盘开孔率与原型相同，隔板高度与原型相同；模型喷淋层喷嘴、喷嘴间距按原型尺寸1：12缩小，喷嘴个数、压力、雾化角度与原型相同；模型除雾器尺寸、结构与原型相同。
(2)试验参数
①试验空气量：在100％BMCR工况下，试验空气量为1779800m3/h÷122＝12360m3/h；对应地，在75％、50％、35％BMCR工况下，试验空气量分别为9270m3/h、6180m3/h、4326m3/h。
②试验水量：根据模型气液动量比与原型气液动量比相同的原理计算得到在100％BMCR工况下试验水量为342m3/h；对应地，在75％、50％、35％BMCR工况下，试验水量分别为256.5m3/h、171m3/h、119.7m3/h。
模型结构参数和试验参数确定后，可开展流场模型试验，试验过程如下。
①干态速度分布试验
开启供风系统和在线控制系统，关闭供水系统和喷淋层；模拟100％BMCR工况时，控制风机流量为12360m3/h，采用热线风速仪对喷淋塔进口、各喷淋层进口、除雾器进出口和喷淋塔出口的截面速度分布进行测试得到试验结果，经过统计得到各截面速度分布的均方根差值Cv。将干态速度分布试验结果与CFD模拟结果对比如表1所示，二者相接近，因此表明CFD模拟结果具有准确性。物模试验得到各截面速度分布的均方根差值均小于15％，表明各截面速度分布均匀性良好。
表1干态速度分布试验结果
采用同样方法，可以测得干态75％、50％、35％BMCR工况下各截面速度分布，并统计得到相应的均方根差值。
②干态压力分布试验
开启供风系统和在线控制系统，关闭供水系统和喷淋层；模拟100％BMCR工况时，控制风机流量为12360m3/h，采用皮托管和压力计对喷淋塔进口、喷淋层进口、除雾器进出口和喷淋塔出口的截面全压分布进行测试，经过统计得到各截面全压平均值如表2所示。
表2干态压力分布试验结果
位置 物模试验结果(Pa)
喷淋塔进口烟道截面 1743
第一层喷淋层入口截面 1613
除雾器入口截面 1551
除雾器出口截面 1509
喷淋塔出口烟道截面 1444
喷淋塔干态压力分布试验得到在无喷淋、100％BMCR工况下，模型喷淋塔进出口流动压降为1743Pa-1444Pa＝299Pa。根据式(2)阻力换算公式计算得到在无喷淋、100％BMCR工况下，原型喷淋塔进出口流动压降为249Pa。
CFD模拟得到在无喷淋、100％BMCR工况下，原型喷淋塔进出口流动压降为261Pa。物模试验结果和CFD模拟结果二者偏差为4.7％，小于5％，表明CFD模拟结果是准确的。
采用同样方法，可以测得干态75％、50％、35％BMCR工况下各截面全压分布，并统计得到相应的流动压降。
③湿态速度分布试验
开启供风系统、在线控制系统、供水系统和喷淋层；模拟100％BMCR工况时，控制风机流量为12360m3/h，控制水泵流量为342m3/h，采用叶轮风速仪对喷淋塔进口、除雾器出口和喷淋塔出口的截面速度分布进行测试得到试验结果，经过统计得到各截面速度分布的均方根差值Cv。(由于塔内含有大量液滴，塔内其他截面的速度分布难以测量，因此仅对喷淋塔进口、除雾器出口和喷淋塔出口的截面速度分布进行测试。)将湿态速度分布试验结果与CFD模拟结果对比如表3所示，二者相接近，因此表明CFD模拟结果具有准确性。物模试验得到各截面速度分布的均方根差值均小于15％，表明各截面速度分布均匀性良好。
表3湿态速度分布试验结果
位置 物模试验结果(Cv) CFD模拟结果(Cv)
喷淋塔进口烟道截面 10.1％ 8.9％
除雾器出口截面 13.6％ 12.9％
喷淋塔出口烟道截面 8.8％ 10.6％
采用同样方法，可以测得湿态75％、50％、35％BMCR工况下各截面速度分布，并统计得到相应的均方根差值。
④湿态压力分布试验
开启供风系统、在线控制系统、供水系统和喷淋层；模拟100％BMCR工况时，控制风机流量为12360m3/h，控制水泵流量为342m3/h，采用皮托管和压力计对喷淋塔进口、除雾器出口和喷淋塔出口的截面全压分布进行测试，经过统计得到各截面全压平均值如表4所示。
表4湿态压力分布试验结果
位置 物模试验结果(Pa)
喷淋塔进口烟道截面 3688
除雾器出口截面 1534
喷淋塔出口烟道截面 1444
喷淋塔湿态压力分布试验得到在喷淋、100％BMCR工况下，模型喷淋塔进出口流动压降为3688Pa-1444Pa＝2244Pa。根据式(2)阻力换算公式计算得到在喷淋、100％BMCR工况下，原型喷淋塔进出口流动压降为1866Pa。
CFD模拟得到在喷淋、100％BMCR工况下，原型喷淋塔进出口流动压降为1920Pa。物模试验结果和CFD模拟结果二者偏差为2.7％，小于5％，表明CFD模拟结果是准确的。
采用同样方法，可以测得湿态75％、50％、35％BMCR工况下各截面全压分布，并统计得到相应的流动压降。
⑤除尘效率试验
开启供风系统、在线控制系统、供水系统、喷淋层、投粉装置和除尘系统；模拟100％BMCR工况时，控制风机流量为12360m3/h，控制水泵流量为342m3/h，投粉装置在喷淋塔进口烟道投入100mg/m3左右浓度的粉尘，采用粉尘浓度测试仪对喷淋塔进口、喷淋塔出口的粉尘浓度进行测试。测试得到喷淋塔进口粉尘浓度为104.2mg/m3，喷淋塔出口粉尘浓度为17.1mg/m3，可以计算得到喷淋塔的除尘效率为83.6％。
⑥干湿界面评估试验
开启供风系统、在线控制系统、供水系统和喷淋层；模拟100％BMCR工况时，控制风机流量为12360m3/h，控制水泵流量为342m3/h，观察干湿界面附近的进口烟道中液滴的沉积情况，如果干湿界面附近的进口烟道无明显液滴沉积，表明进口烟道设计合理。
以上对本发明所提供的燃煤电厂湿法脱硫流场的模拟系统及模拟方法进行了详细介绍。本文中应用了具体的个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种湿法脱硫流场的物模模拟系统，其特征在于，包括喷淋塔模型、供风系统、供水系统和在线控制系统；
所述喷淋塔模型包括进口烟道、浆液池、托盘、喷淋层、除雾器和出口烟道；
所述喷淋塔模型与实际喷淋塔尺寸的比例为1：（8~15）；
所述喷淋塔模型在竖直方向上，自下到上依次设置有浆液池、进口烟道、托盘、喷淋层、除雾器和出口烟道；
所述供风系统与所述喷淋塔模型的进口烟道相连通；
所述供水系统与所述喷淋塔模型的喷淋层和浆液池相连通；
所述在线控制系统分别与所述供风系统以及供水系统相连接；
所述物模模拟系统为物模试验装置。
2.根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述供风系统包括轴传动离心式鼓风机、风机变频控制器、供风系统的在线测试装置和供风管路；所述供水系统包括循环水泵、水泵变频控制器、供水系统的在线测试装置和供水管路；所述在线控制系统分别与所述供风系统的在线测试装置以及供水系统的在线测试装置相连接；
所述在线控制系统包括信号采集器、控制器和计算机；所述信号采集器一端与在线测试装置相连接，另一端与计算机相连接；
所述在线测试装置包括气体流量计、液体流量计、液位计、温度计和气压计中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，还包括投粉装置与除尘系统；
所述投粉装置与所述喷淋塔模型的进口烟道相连通；
所述除尘系统与所述喷淋塔模型的出口烟道相连通。
4.一种采用权利要求1~3任意一项所述的物模模拟系统的湿法脱硫流场的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
A）设置试验模式，开启在线控制系统；
B）以空气为模拟烟气，在不同负荷条件下，由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，烟气自下而上经过喷淋塔后，经由出口烟道排出喷淋塔；
对喷淋塔进口、各喷淋层进口、除雾器进口、除雾器出口和喷淋塔出口中的一处或多处的状态进行测试，得到测试结果；
所述状态包括截面速度分布和/或压力分布；
C）将上述步骤得到的测试结果，与数值模拟结果或设计数据进行比较，判断数值模拟结果或设计数据的准确程度。
5.根据权利要求4所述的模拟方法，其特征在于，所述试验模式包括干态速度分布试验、干态压力分布试验、湿态速度分布试验和湿态压力分布试验中的一种或多种；
所述数值模拟结果包括CFD数值模拟结果。
6.根据权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，所述试验模式为干态速度分布试验的具体步骤为：
A1）设置干态速度分布试验，开启供风系统和在线控制系统，关闭供水系统和喷淋层；
B1）以空气为模拟烟气，在不同负荷条件下，所述模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100%、75%、50%和35%BMCR烟气流速；
对喷淋塔进口、各喷淋层进口、除雾器进出口和喷淋塔出口的截面速度分布进行测试，得到测试结果；
C1）将上述步骤得到的测试结果进行计算，得到截面速度分布的均方根差Cv，根据均方根差Cv判断截面速度分布的均匀性，从而验证数值模拟结果或设计数据的准确程度；
所述Cv的计算式如式（1）所示：
（1），
其中，v i 表示测点速度，表示测试的截面速度平均值，n表示测试截面的测点数。
7.根据权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，所述试验模式为干态压力分布试验的具体步骤为：
A2）设置干态压力分布试验，开启供风系统和在线控制系统，关闭供水系统和喷淋层；
B2）以空气为模拟烟气，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100%、75%、50%和35%BMCR烟气流速；
对喷淋塔进口、各喷淋层进口、除雾器进口、除雾器出口和喷淋塔出口的全压进行测试，得到测试结果；
C2）将上述步骤得到的测试结果进行计算，得到喷淋塔原型的干态流动压降△Pf ；
所述△Pf的计算式如式（2）所示：
（2），
其中，f表示原型，m表示模型，ρ表示气流密度，v表示气流速度；
再将所述喷淋塔原型的干态流动压降△Pf，与数值模拟结果或设计数据进行比较，从而验证其准确程度。
8.根据权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，所述试验模式为湿态速度分布试验的具体步骤为：
A3）设置湿态速度分布试验，开启供风系统、供水系统和在线控制系统；
B3）以空气为模拟烟气，以水为模拟脱硫浆液，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔的模拟脱硫浆液洗涤后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100%、75%、50%和35%BMCR烟气流速；
对喷淋塔进口、除雾器出口和喷淋塔出口的截面速度分布进行测试，得到测试结果；
C3）将上述步骤得到的测试结果进行计算，得到截面速度分布的均方根差Cv，根据均方根差Cv判断截面速度分布的均匀性，从而验证数值模拟结果或设计数据的准确程度；
所述Cv的计算式如式（1）所示：
式（1），
其中，v i 表示测点速度，表示测试的截面速度平均值，n表示测试截面的测点数。
9.根据权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，所述试验模式为湿态压力分布试验的具体步骤为：
A4）设置湿态压力分布试验，开启供风系统、供水系统和在线控制系统；
B4）以空气为模拟烟气，以水为模拟脱硫浆液，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔的模拟脱硫浆液洗涤后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100%、75%、50%和35%BMCR烟气流速；
对喷淋塔进口、各喷淋层进口、除雾器进口、除雾器出口和喷淋塔出口的全压和/或静压进行测试，得到测试结果；
C4）将上述步骤得到的测试结果，采用伯努利方程计算喷淋塔模型的湿态流动压降，再与数值模拟结果或设计数据进行比较，从而验证其准确程度。
10.一种采用权利要求1~3任意一项所述的物模模拟系统的湿法脱硫流场的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）设置除尘效率模式，开启供风系统、供水系统、投粉装置、除尘系统与在线控制系统；
2）以水为模拟脱硫浆液，以空气为模拟烟气，投粉装置在喷淋塔模型的进口烟道投入定浓度的粉尘，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔的脱硫浆液洗涤后，经由出口烟道排出喷淋塔，再经过除尘系统除尘后排空；所述不同负荷条件为100%、75%、50%和35%BMCR烟气流速；
对喷淋塔的进口烟道和出口烟道的粉尘浓度进行测试，得到测试结果；
3）将上述步骤得到的测试结果，采用除尘效率公式计算喷淋塔模型的湿法脱硫的除尘效率。
11.一种采用权利要求1~3任意一项所述的物模模拟系统的湿法脱硫流场的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）设置干湿界面试验模式，开启供风系统、供水系统与在线控制系统；
b）以空气为模拟烟气，以水为模拟脱硫浆液，在不同负荷条件下，模拟烟气由所述供风系统经由进口烟道送入喷淋塔中，模拟烟气自下而上经过喷淋塔的脱硫浆液洗涤后，经由出口烟道排出喷淋塔；所述不同负荷条件为100%、75%、50%和35%BMCR烟气流速；
c）观察喷淋塔进口烟道的干湿界面状态，当观察到干湿界面附近的进口烟道中无明显液滴沉积，表明进口烟道设计合理。
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