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湿式脱硫系统运行性能的数值模拟

作者:admin 发布时间：2010/2/11 阅读次数：5945 字体大小: 【小】【中】【大】

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湿式脱硫系统运行性能的数值模拟

Numerical Simulation of Operational Performance of Wet Desulfurizing System

胡满银1，李立锋1，赵金表2，刘松涛1，韩立军1

(1.华北电力大学，河北保定071003；
2.河北省电力研究院，河北石家庄050021）

　　摘　要：分析了影响湿式石灰石石膏法脱硫装置脱硫效率的主要因素，并对主要影响因素如液气体积比、浆液pH值、装置入口SO₂浓度、钙硫质量比、烟气流速和烟气温度与脱硫效率之间的关系进行了回归分析。
　　关键词：湿式脱硫装置；数学模型；回归分析

　　Abstract:In this paper, the main factors affecting the efficiency of the wet limestoneplaster desulfurizing system were studied, and the relation between the desulfurizing efficiency and the main affecting factors, such as liquid/gas volume rate,pH value of serum,concentration of SO₂ in the entrance, calcium/sulfur mass ratio, flue gas flow rate，gas temperature and the desulfurizing efficiency is regressively analyzed.
　　Keywords:wet desulfurizing device;mathematical model；regressive analysis

　　当今大气污染突出表现为酸雨、温室效应和臭氧层的破坏，而酸雨是人类受害最严重的环境问题之一，对自然环境和社会都产生了极大的影响，是制约现代经济社会发展的重要因素之一。
　　随着我国经济的发展，电力工业作为重点发展的基础行业之一，也得到了快速发展。但是，我国电力结构以火电为主，并且几乎都为煤电，使得电厂成为我国SO₂排放大户，估计其排放量为排放总量的1/3^［1^］。所以，研究SO₂的排放控制工作尤为重要。

1湿式脱硫系统
　　当前燃煤SO₂污染控制途径可分为：使用低硫煤做燃料；采用脱硫措施和煤炭高效清洁燃烧技术。现在普遍采用的脱硫措施为烟气脱硫，目前，在众多的脱硫工艺中，湿式石灰石石膏法烟气脱硫工艺以其技术成熟、脱硫效率高、可靠性高、操作简单、脱硫剂来源广、对煤种的适应性强、可同时除尘等优势成为应用最广的烟气脱硫工艺。
1.1原理
　　湿式石灰石石膏法烟气脱硫的原理是：从锅炉出来的烟气经GGH换热后进入吸收塔，烟气中的SO₂与塔中喷淋的石灰石浆液反应而被除去，净化的烟气经GGH换热后由烟囱排出，吸收液进入浆池中，被强制氧化成石膏应用。化学反应原理^［²^］如下。
　　吸收：
　　

1.2系统组成
　　湿式石灰石石膏法烟气脱硫系统由烟气系统、石灰石供给系统、吸收系统、石膏回收系统以及供水系统5单元构成，系统简图如图1所示。

2影响因素
2.1液气比对脱硫效率的影响
　　吸收液与吸收气体的体积比即液气比（V_L/V_G）的大小是影响SO₂去除的重要参数，增大V_L/V_G的作用是增大液气传质速率从而提高脱硫效率。
2.2吸收液pH值对脱硫效率的影响
　　吸收液的pH值是烟气脱硫重点控制的化学参数之一，吸收液的pH值越高，越有利于SO₂的吸收，有利于提高脱硫效率。但高pH值容易造成系统结垢和堵塞，需增加冲洗的次数和能耗，因此需控制在适当水平。
2.3入口SO₂浓度ρ（SO₂）对脱硫率的影响
　　脱硫效率与烟气入口SO₂浓度近似成反比，当进口SO₂浓度增大，脱硫效率呈直线下降。
2.4钙硫质量比对脱硫效率的影响［3］
　　采用不同的钙硫质量比m（Ca）/m（S）（0.6～1.6）来测试其对脱硫效率的影响。结果表明：随m（Ca）/m（S）的增大，脱硫率增大。当m（Ca）/m（S）<1时，提供的吸收剂不能满足吸收烟气中SO2的需要，这时脱硫率完全由吸收剂量所决定。当m（Ca）/m（S）﹥1时，即加入的吸收剂过量时，脱硫率的增加速率降低，石灰利用率也下降。因此，为了提高系统的运行经济性及所需要的脱硫率，需控制m（Ca）/m（S）在合理范围内（一般在1.1～1.2）。
2.5空塔气速（V）对脱硫效率的影响
　　空塔气速的提高造成脱硫效率的下降。因为脱硫器采用逆流操作，空塔气速的提高使得液滴的停留时间延长，但是塔内反应为快速化学反应，停留时间越长，液滴内脱硫剂的浓度越低，造成液滴内的SO₂质量流速的减小，从而造成单个液滴脱硫效率的下降。同时空塔气速增大，烟气在反应器中的停留时间缩短，减少了气、液间的接触时间，致使整个塔体的脱硫效率降低。
2.6烟气温度（T）对脱硫效率的影响
　　通过试验可知：随着烟气温度的增加，脱硫效率逐渐降低。这是由于随着温度的增大，气体分子之间的相对运动加快，使部分吸收质分子解析速度加大，从而导致脱硫效率的降低。可见在脱硫工艺过程中，适当的降低烟气温度有助于提高脱硫效率。

3回归分析
　　通过对某脱硫装置大量实验数据进行回归分析，在液气体积比为0.019～0.03,pH值为4.7～5.5,入口SO₂浓度为1 000～9 000 mg/m³,钙硫质量比为0.6～1.6,空塔气速为2～4.5 m/s,烟气温度为20～150 ℃的范围内,所得结果如下。
3.1单元回归
　　吸收速率系数α与很多因素有关，通过权重分析,对V_L/V_G、pH、ρ（SO₂），m（Ca）/m（S），V，T与脱硫效率η之间的关系进行回归。
3.1.1 V_L/V_G-η关系（试验数据见表1，回归曲线见图2）



　　通过对上述数据的回归分析得：
　　


　　式中，x₁为V_L/V_G，相关系数r=99.96%。
3.1.2pH-η关系（试验数据见表2，回归曲线见图3）



　　通过对上述数据的回归分析得：
　　


式中，x₂为pH值，相关系数r=99.71%。
3.1.3ρ(SO₂)-η关系（试验数据见表3，回归曲线见图4）

　　通过对上述数据的回归分析得:
　　

式中，x₃为入口SO₂浓度（mg/m³），相关系数r=99.75%。

来源：青果园电厂化学资料网

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