石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统的数值模拟.pdf

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1、第33卷第1期2017年2月化学反应工程与工艺ChemicalReactionEngineeringandTechnology、，ol33．No1Feb．2017文章编号：1001--7631(2017)0l—0055一lODOI：10．11730q．issn．1001-7631．2017．01．0055．10石灰石．石膏湿法烟气脱硫系统的数值模拟黄晓媛1,2,3，莫建松2，一，吴忠标11．浙江大学环资学院，浙江杭州310058；2．浙江天蓝环保技术股份有限公司。浙江杭州311202；3．浙江省工业锅炉炉窑烟气污染控制工程技术研

2、究中心，浙江杭州311202摘要：石灰石．石膏湿法脱硫工艺是目前应用最广泛的脱硫工艺。为了对脱硫工艺进行优化，本文基于双膜理论，以某电厂2x135MW机组燃煤锅炉的脱硫系统为研究对象，建立了石灰石．石膏湿法烟气脱硫系统的数学模型，详细描述了脱硫工艺中的气液传质、化学反应的过程和机理。通过将模型求解结果与工业运行数据进行比较，发现计算结果与工业数据的吻合程度较高，并考察了几个关键工艺参数对脱硫效率的影响。计算结果显示，提高液气比或浆液pH值，脱硫率随之提高；增大入口SO：分压或烟气流量，会导致脱硫率下降；循环浆液中的cl一离子浓度

3、不宜超过21300mg／L。本研究所建立的模型及研究结果，可以为石灰石．石膏法脱硫系统的设计和优化提供参考。关键词：石灰石石膏法烟气脱硫喷淋塔双膜理论数值模拟中圈分类号：X701．3；TQ019文献标识码：AS02是一种主要来自于燃煤锅炉烟气的大气污染物，世界各国都有严格的排放标准[1】。控制S02排放主要通过采用脱硫措施实现，常见的烟气脱硫工艺有湿法脱硫、干法脱硫和半干法脱硫等【21。石灰石一石膏湿法脱硫工艺具有脱硫效率高(92％～98％)、运行成本低等优点，是目前应用最广泛的烟气脱硫技术12J。石灰石．石膏法脱硫工艺是以石灰

4、石浆液与烟气中的S02接触并发生反应，达到脱硫的目的。这是一个典型的化学吸收过程，涉及到气液固三相反应过程，且化学反应和传质过程同时发生，导致吸收过程非常复杂。多年来，关于石灰石一石膏脱硫系统的操作和设计主要依赖工程经验，缺乏理论依据。为此，国内外学者对脱硫过程的传质和反应机理做了大量的理论研究工作‘3。131。Kill等‘3川基于气液吸收的双膜理论对采用填料塔的脱硫系统进行了模拟，预测了不同操作条件下的脱硫率以及HCI对脱硫效果的影响。项光明(5】基于双膜理论对液柱喷射塔脱硫系统进行了研究，通过计算得到了不同操作条件下脱硫塔内

5、S02和浆液pH值沿吸收塔高度的分布情况。Zhong等【6，’7]等用溶质渗透理论对采用喷淋塔的脱硫过程进行了描述，并考察了工艺参数和喷淋层排布方式对脱硫效果的影响。张华伟[8’9】用基于双膜理论的数学模型对喷淋塔脱硫系统进行静态仿真和动态扰动实验，模拟结果与工程运行数据和经验吻合良好。Dou[10]、Kallinikostll]、Neveux[121等建立的脱硫数学模型均基于双膜理论，计算结果显示，对于喷淋吸收塔，浆液液滴的直径对脱硫效率有重要影响，液滴越小，越有利于脱硫效率的提高。Zhu等1131同样基于双膜理论建立了喷淋塔

6、脱硫数学模型，在考察不同工艺参数对脱硫效率影响的基础上，计算了不同条件下达到脱硫要求所需要的吸收区最小高度，其计算结果能够为工业上设牧稿日期：2016．12—22；修订日期：2017—01．31。作者简介：黄晓媛(1986一)，女，博士研究生：莫建松(1977～)，男，高级工程师，通讯联系人。E-mail：mojsl977@163．com。56化学反应工程与工艺2017年2月计脱硫塔提供理论指导。可以看出，通过建立数学模型进行数值模拟能够获得对石灰石一石膏法脱硫工艺更深入的认识。然而，这些模型有的过于复杂庞大‘3，61，有的数学

7、求解方法较难掌握[11,12]，局限了这些模型的应用。因此，本文拟在这些研究的基础上，建立一个相对简约、便于求解的石灰石一石膏湿法脱硫数学模型对脱硫过程进行数值模拟。从已有的研究可以发现，双膜理论在描述脱硫过程时被广泛采用，这一理论概念简明、数学处理方便，而且对于采用不同类型吸收塔的脱硫系统均能获得较好的计算结果，因此本文同样采用双膜理论，建立石灰石．石膏法脱硫系统的数学模型。通过数值模拟，除了研究几个关键参数与脱硫效率之间的关系、为脱硫系统的运行和脱硫工艺的优化与设计提供参考之外，还拟对其它因素(如Cl一离子浓度)对脱硫效果的

8、影响进行考察。1脱硫系统研究中模拟的石灰石．石膏湿法脱硫工艺流程如图1所示。脱硫系统主要由吸收塔和氧化槽组成，吸收塔采用目前应用最广泛的喷淋塔。浆液循环泵将脱硫浆液输送至喷淋层，喷淋层上分布着许多喷嘴，喷嘴将浆液分散成无数的小液滴。烟气从吸收塔底部进入并向上流动