一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法及相关装置与流程

本申请涉及燃煤电站技术领域，尤其涉及一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法及相关装置。

背景技术：

燃煤电厂脱硫废水具有含盐量高、悬浮物含量高、硬度高、腐蚀性强及含有某些重金属离子等特点，是目前燃煤电站最难处理的排放废料之一。

目前，燃煤电站的脱硫废水处理方式主要有烟道余热蒸发，烟道旁路蒸发工艺的主要技术特点为：通过从主烟道引出一部分烟气进入独立的蒸发塔，与经过雾化器雾化、喷射而出的脱硫废水雾滴充分接触，使脱硫废水不断浓缩或直接快速蒸干，蒸发塔出口烟气排入主烟道中。

为了避免投入成本的浪费以及促进电站废料处理技术的改进，一般的做法是通过建模仿真的方式，基于仿真的结果改进燃煤电站的排放处理方式，由于现有技术的仿真结果存在误差大的技术问题，使得最终实施的脱硫废水旁路烟道蒸发处理难以达到预期的效果。

技术实现要素：

本申请提供了一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法及相关装置，用于解决现有的燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟结果误差大的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法，包括：

构建脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型，其中，所述脱硫废水旁路烟道蒸发模型包含基于液滴对流传热公式与液滴辐射传热量构建的液滴蒸发子模型；

通过所述脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型进行脱硫废水的雾化液滴蒸发仿真模拟，以获得蒸发仿真模拟结果。

可选地，还包括：

基于液滴对流传热公式与液滴辐射传热量构建液滴蒸发子模型，其中，所述液滴蒸发子模型具体为：

式中，mp为液滴质量，cp为液滴比热容，tp为液滴温度，h为对流换热系数，ap为液滴表面积，t∞为烟气温度，为液滴受到的辐射传热量，hfg为汽化潜热系数，k∞为烟气导热系数，cp,∞为烟气比热容，dp为液滴直径。

可选地，所述通过所述脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型进行脱硫废水液滴蒸发仿真模拟，以获得仿真模拟结果具体包括：

通过所述脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型中的烟气流场子模型进行流场受力模拟，以获得雾化液滴的受力数据；

通过所述脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型中的旁路烟道结构子模型、随机轨道跟踪子模型和所述液滴蒸发子模型，结合所述受力数据进行雾化液滴蒸发仿真模拟，以获得蒸发仿真模拟结果。

本申请第二方面提供了一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟装置，包括：

仿真模型构建单元，用于构建脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型，其中，所述脱硫废水旁路烟道蒸发模型包含基于液滴对流传热公式与液滴辐射传热量构建的液滴蒸发子模型；

液滴蒸发模拟单元，用于通过所述脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型进行脱硫废水的雾化液滴蒸发仿真模拟，以获得蒸发仿真模拟结果。

可选地，还包括：

蒸发子模型构建单元，用于基于液滴对流传热公式与液滴辐射传热量构建液滴蒸发子模型，其中，所述液滴蒸发子模型具体为：

式中，mp为液滴质量，cp为液滴比热容，tp为液滴温度，t1为液滴的蒸发温度阈值，t2为液滴的沸腾温度阈值，h为对流换热系数，ap为液滴表面积，t∞为烟气温度，为液滴受到的辐射传热量，hfg为汽化潜热系数，k∞为烟气导热系数，cp,∞为烟气比热容，dp为液滴直径。

可选地，所述液滴蒸发模拟单元具体包括：

液滴受力分析子单元，用于通过所述脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型中的烟气流场子模型进行流场受力模拟，以获得雾化液滴的受力数据；

蒸发模拟子单元，用于通过所述脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型中的旁路烟道结构子模型、随机轨道跟踪子模型和所述液滴蒸发子模型，结合所述受力数据进行雾化液滴蒸发仿真模拟，以获得蒸发仿真模拟结果。

本申请第三方面提供了一种设备，包括：存储器和处理器；

所述存储器用于存储与本申请第一方面所述的燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法对应的程序代码；

所述处理器用于执行所述程序代码。

本申请第四方面提供了一种存储介质，所述存储介质中保存有与本申请第一方所述的燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法对应的程序代码。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请提供了一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法及相关装置，其中方法包括：构建脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型，其中，所述脱硫废水旁路烟道蒸发模型包含基于液滴对流传热公式与液滴辐射传热量构建的液滴蒸发子模型；通过所述脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型进行脱硫废水的雾化液滴蒸发仿真模拟，以获得蒸发仿真模拟结果。

本申请通过基于脱硫废水旁路烟道蒸发过程中的对流换热和辐射换热构建的液滴蒸发子模型进一步构建脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型，通过综合脱硫废水旁路烟道蒸发时的对流换热和辐射换热状态，更接近真实的脱硫废水旁路烟道蒸发状态，模拟准确度更高，解决了现有的燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟结果误差大的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请提供的一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法的第一个实施例的流程示意图；

图2为本申请提供的一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法的第二个实施例的流程示意图；

图3为本申请提供的一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟装置的第一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了避免投入成本的浪费以及促进电站废料处理技术的改进，一般的做法是通过建模仿真的方式，基于仿真的结果改进燃煤电站的排放处理方式，例如根据仿真的结果指导脱硫废水旁路烟道设计、蒸发塔几何尺寸的设计等，由于旁路烟道蒸发能量、质量传递机理的数学模型非常复杂，且现有技术的蒸发模型并没有充分还原实际蒸发过程，导致预测蒸发速率与现场实际蒸发过程有较大的偏差，预测蒸发速率与现场实际值有20％的偏差，最终仿真结果的误差在30％以上，使得最终实施的脱硫废水旁路烟道蒸发处理难以达到预期的效果，甚至还造成了建设成本的浪费。

本申请实施例提供了一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法及相关装置，用于解决现有的燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟结果误差大的技术问题。

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请第一个实施例提供了一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法，包括：

步骤101、构建脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型。

需要说明的是，在实施本实施例的模拟方法时，首先进行的是脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型的构建，其中，本实施例构建的脱硫废水旁路烟道蒸发模型中包含有基于液滴对流传热公式与液滴辐射传热量构建的液滴蒸发子模型。

步骤102、通过脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型进行脱硫废水的雾化液滴蒸发仿真模拟，以获得蒸发仿真模拟结果。

需要说明的是，基于步骤101构建的脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型，利用仿真软件进行雾化液滴蒸发仿真模拟，以获得蒸发仿真模拟结果。仿真模拟可以通过现有的仿真软件执行，如ansysfluent等，具体操作为将本实施例的脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型加载到仿真软件执行，使其按照本实施例的脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型进行雾化液滴蒸发仿真模拟，从而得到对应的蒸发仿真模拟结果。

本申请实施例通过基于脱硫废水旁路烟道蒸发过程中的对流换热和辐射换热构建的液滴蒸发子模型进一步构建脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型，通过综合脱硫废水旁路烟道蒸发时的对流换热和辐射换热状态，更接近真实的脱硫废水旁路烟道蒸发状态，模拟准确度更高，解决了现有的燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟结果误差大的技术问题。

以上为本申请提供的一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法的第一个实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法的第二个实施例的详细说明。

请参阅图2，在上述提供的第一个实施例的基础上，本申请第二个实施例提供的一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法，在步骤101之前还包括：

步骤100、基于液滴对流传热公式与液滴辐射传热量构建液滴蒸发子模型，其中，液滴蒸发子模型具体为：

式中，mp为液滴质量，cp为液滴比热容，tp为液滴温度，h为对流换热系数，ap为液滴表面积，t∞为烟气温度，为液滴受到的辐射传热量，hfg为汽化潜热系数，k∞为烟气导热系数，cp,∞为烟气比热容，dp为液滴直径。

需要说明的是，本实施例的液滴蒸发子模型如上述方程组所示，当液滴温度低于液滴表面蒸发温度时，液滴与烟气之间只存在传热，不存在传质，传热过程方程式为：

其中：mp为液滴质量，kg；cp为液滴比热容，j/kg/k；tp为液滴温度，k；h为对流换热系数，j/kg；ap为液滴表面积，m2；t∞为烟气温度，k；为液滴受到的辐射传热量；

现有数值模拟中普遍没有考虑液滴受到烟气辐射作用，这个影响了液滴蒸发的速率，导致数值模拟结果与现场实际液滴蒸发速率偏差较大。

脱硫废水液滴喷射到烟气中时，主要受到烟气加热，液滴蒸发过程中需要与环境烟气中对流换热和辐射换热，如果不考虑辐射换热，造成液滴蒸发速率降低，影响液滴蒸发量，同时造成液滴喷入到烟气中对烟气温度场数值模拟结果的影响。

当液滴经过加热，温度达到蒸发温度又低于沸腾温度时，其吸收的热量由于自身温度升高以及蒸发，此过程方程式为：

其中：hfg为汽化潜热，j/kg。

液滴的蒸发速度由梯度扩散决定，具体计算公式为：

ni＝ki(ci,s-ci,∞)

其中：ni为蒸汽摩尔流率，mol/m2/s；ki为传质系数，m/s；ci,s为液滴表面的蒸汽浓度，mol/m3；ci,∞为烟气中蒸汽浓度，mol/m3；

当液滴的温度达到沸腾温度时，传热传质公式为：

其中：k∞为烟气导热系数，w/m/k；cp,∞为烟气比热容，j/kg/k；dp为液滴直径，m。

进一步地，第一个实施例的步骤102具体包括：

步骤1021、通过脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型中的烟气流场子模型进行流场受力模拟，以获得雾化液滴的受力数据。

步骤1022、通过脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型中的旁路烟道结构子模型、随机轨道跟踪子模型和液滴蒸发子模型，结合受力数据进行雾化液滴蒸发仿真模拟，以获得蒸发仿真模拟结果。

需要说明的是，本实施例使用ansysfluent15.0求解数学模型，选择压力求解器，梯度选项中选择green-gausscellbased方法，组分模型为组分输运模型。考虑到液滴的湍流分散效应，采用随机轨道跟踪模型进行雾化液滴群的运动轨迹跟踪，离散相尺度选取0.001m，每0.0001s喷入一次雾化液滴颗粒流，并基于欧拉－拉格朗日坐标系模拟液滴群的蒸发。将烟气相作为连续介质，为不可压缩的稳定流动，在欧拉坐标系下直接求解n-s方法；将雾化液滴群作为离散体系，在拉格朗日下模拟雾化液滴群的蒸发。

整个模拟过程主要分为两步。

首先计算未加入脱硫废水雾化液滴群的连续相烟气流场的分布，再结合流场变量求解雾化液滴群中每一个液滴的受力情况；

在此计算基础上再加入离散相喷雾液滴，添加喷射源，以此获得液滴的速度。追踪液滴的运动轨迹，从而确定实现液滴最大蒸发的关键技术参数。对烟气和雾化液滴群采用相间耦合计算，考虑由于液滴的蒸发引起的热量和质量传递对烟气流动的影响，以及由于烟气流场的改变对雾化液滴群的运动轨道等产生的影响，并获取最后的蒸发仿真模拟结果。

此外，对于旁路烟道脱硫废水烟道蒸发数值模拟，采用四面体网格，通过网格自适应检验，在保证计算精度和评估计算效率的前提下，确定合适的数值模拟计算网格规模。

以上为本申请提供的一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法的第二个实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟装置的第一个实施例的详细说明。

请参阅图3，本申请第三个实施例提供了一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟装置，包括：

仿真模型构建单元201，用于构建脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型，其中，脱硫废水旁路烟道蒸发模型包含基于液滴对流传热公式与液滴辐射传热量构建的液滴蒸发子模型；

液滴蒸发模拟单元202，用于通过脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型进行脱硫废水的雾化液滴蒸发仿真模拟，以获得蒸发仿真模拟结果。

进一步地，还包括：

蒸发子模型构建单元200，用于基于液滴对流传热公式与液滴辐射传热量构建液滴蒸发子模型，其中，液滴蒸发子模型具体为：

式中，mp为液滴质量，cp为液滴比热容，tp为液滴温度，t1为液滴的蒸发温度阈值，t2为液滴的沸腾温度阈值，h为对流换热系数，ap为液滴表面积，t∞为烟气温度，为液滴受到的辐射传热量，hfg为汽化潜热系数，k∞为烟气导热系数，cp,∞为烟气比热容，dp为液滴直径。

进一步地，液滴蒸发模拟单元202具体包括：

液滴受力分析子单元2021，用于通过脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型中的烟气流场子模型进行流场受力模拟，以获得雾化液滴的受力数据；

蒸发模拟子单元2022，用于通过脱硫废水旁路烟道蒸发仿真模型中的旁路烟道结构子模型、随机轨道跟踪子模型和液滴蒸发子模型，结合受力数据进行雾化液滴蒸发仿真模拟，以获得蒸发仿真模拟结果。

以上为本申请提供的一种燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟装置，此外，本申请还提供了一种设备和存储介质的实施例的详细说明。

本申请第四个实施例提供了一种设备，包括：存储器和处理器；

存储器用于存储与本申请第一个实施例或第二个实施例提及的燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法对应的程序代码；

处理器用于执行程序代码。

本申请第五个实施例提供了一种存储介质，存储介质中保存有与本申请第一个实施例或第二个实施例提及的燃煤电站脱硫废水旁路烟道蒸发模拟方法对应的程序代码。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。