工业CFD：高炉煤气精脱硫流场优化
文章摘要
文章讨论了钢铁行业在实施超低排放改造过程中遇到的问题，特别是在高炉煤气精脱硫技术方面。自《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》发布以来，虽然开展了许多工程项目，但由于早期工程案例对煤气特性和设计细节考虑不足，导致运行效率衰减和成本增加。文章指出，精脱硫吸收塔催化剂寿命缩短和运行成本高的主要原因是设备设计不够精细，缺乏科学计算和合理的气流场组织，导致气体分布不均和催化剂利用不充分。通过改造项目的例子，文章展示了优化后的气流速度分布云图和矢量图，说明了优化措施能显著提高速度分布的均匀性，使脱硫反应器内的速度分布偏差保持在合理范围内，从而提高脱硫效果和降低运行成本。
正文
自2019年4月生态环境部等五部委发布《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》中提出钢铁企业超低排放改造要加强源头控制之后，钢铁企业和科研院所开展了高炉煤气精脱硫技术攻关，开展了大量的工程应用，落地了很多工程项目。但由于早期工程案例对高炉煤气的特性和工程设计细节考虑不周，存在运行效率衰减、运行成本高等问题，导致一些钢企或运营单位在超低排放改造及运营过程中面临了诸多困难。
根据近两年接触到的一些工程改造项目情况，发现现阶段大部分精脱硫吸收塔催化剂寿命变短，运行成本较高的原因除了煤气运行工况不稳定，主要还在于是设备设计不够精细，没有通过科学计算合理的组织设备内部气流场，导致预处理、脱氯、水解吸收塔等主要设备内部的气体分布不均匀，不能与催化剂充分接触。气体的偏流现象很容易造成设备内部气流量大的区域催化剂很快失效，气流量小的区域催化剂无法充分利用，失效后的催化剂部分烟气短路流动，没有充分反应就进入下一道工序，最终造成脱硫效果不达标，运行成本增加。
下图为某项目的改造前后吸收塔床层入口布风通道内的速度分布云图和矢量图，从图中可以看出，优化后，布风通道入口速度偏差明显缩小，均匀性显著提高。气体从底部向顶部运行过程中，触媒层入口速度逐渐降低，底部流速最高，顶部最低，在触媒层入口处，最大速度约为0.178 m/s，最小速度约为0.136 m/s，速度分布相对标准偏差约为8.44%，低于15%。在触媒层出口处，最高速度也在底部，最大值约为0.372 m/s，最小值约为0.331 m/s，速度分布相对标准偏差约为3.41%，显著低于15%。从分布结果来看，脱硫反应器内的速度分布偏差在合理范围内。
