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《湿法烟气脱硫的理论和实验研究_湿壁塔烟气脱硫数学模型.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第23卷第1期南京理工大学学报Vol.23No.11999年2月JournalofNanjingUniversityofScienceandTechnologyFeb.1999湿法烟气脱硫的理论和实验研究()湿壁塔烟气脱硫数学模型钟秦(南京理工大学化工学院,南京210094)摘要以中试湿壁塔为基础,一个通用型湿法烟气脱硫(WFGD)模型被发展。该-模型包含一个总反应器模型和4个速率控制步骤,即SO2的吸收、HSO3的氧化、-石灰石的溶解和石膏的结晶。WFGD中所有重要的组分:SO2(g)、SO2(aq)、HSO3、2--2--2-2+2+SO
2、3、HSO4、SO4、CO2(g)、CO2(aq)、HCO3、CO3、Ca、CaCO3(s)、Mg、O2(g)、+-O2(aq)、CaSO42H2O、H2O、H和OH均在模型中被考虑。该建模方法可应用于其它类型湿法烟气脱硫装置的设计中。关键词烟气脱硫,湿壁塔反应器,数学模型,石灰石分类号X511[1]从1969年Ramadhandran和Sharma提出石灰石湿法烟气脱硫(WFGD)模型以来,有[2~5]大量的模型被提出,但大多数模型限制条件较多,仅适合于某一WFGD过程,仅少数模[6]型如Gerbec等提出的喷淋塔WFGD模型考虑了WFGD所含的各个过程。现以中试湿
3、[7]壁塔为基础,旨在建立一个包含所有速率控制步骤、反应器和主要反应组份或离子的WFGD数学模型,为实验数据的理论解释和工业湿壁脱硫塔的设计提供理论依据。1WFGD过程化学和质量传递[7]对于强制氧化模式的WFGD过程,化学反应较为复杂。湿壁吸收塔和持液槽为三相反应器,脱硫反应速率取决于4个速率控制步骤,如图1所示。2数学模型的建立21CO2、O2和SO2的吸收[8]在吸收塔中,由于CO2和O2为难溶气体,其气液传质过程为液相传质控制,吸收速本文于1998年6月12日收到*国家留学基金资助项目及江苏省青年基金项目钟秦男35岁博士2南京理
4、工大学学报第23卷第1期率为kL,BaA(pB/HB-CB)NB=(1)fL式中,kL为液相传质系数;aA为气液比表面积;fL为塔中浆液体积与塔体积比,fL=4A/dt;CB为CO2或O2在液相中的浓度,;pB为组分B的气相分压;H为亨利系数。对于SO2从气相主体到液相主体的传质速率可表示为KG,SOaA(pSO-HSOCSO)2222NSO=(2)2fL1HSO12[9]式中,=+,ESO为SO2的增强因子,按Chang和Rochelle的定义:KG,SOkG,SOESOkL,SO22222FSOFSOL22ESO==(3)2k
5、L,SO(CSO-CSO)DL,SO(CSO,i-CSO)22i2222式中,FSO为SO2的流动通量;DL为液相扩散系数;L为液膜厚度。2在持液槽中,强制氧化空气中O2和CO2气体被吸收,吸收速率为NB=EBkL,BaT(pB/HB-CB)(4)实验中发现部分SO2在该槽中被吸收,其吸收速率可表为NSO=KG,SOaT(pSO-HSOCSO)(5)22222烟气或强制氧化空气液相固相速率控制步骤+-SO2+H2OH+HSO3()SO2SO2吸收-+2-HSO3H
6、+SO3()--HSO3+1/2O2HSO4()-O2-2-+HSO3氧化HSO4SO4+H()2+2-Ca+CO3-+CO2+H2OHCO3+H()CO2CaCO3石灰石的溶解-2-+HCO3CO3+H()+-H2OH+OH()2+2-Ca+SO4+2H2O()CaSO42H2O石膏的结晶图1WFGD过程化学和质量传递示意图Fig1SchematicillustrationofwetFGDchemistryandmasstransportph
7、enomena-22HSO3的氧化-2+对于pH为45~55条件下,HSO3在Mn(石灰石中的杂质)的催化下,其氧化动力学方程式可表达为3/21/2-rHSO-=ROX=kOXCCMn2+CO(6)HSO332式中,-r-为HSO-HSO3的氧化速率;ROX为O2的吸收速率。3在稳态条件下,吸收塔中任一位置的O2(aq)浓度可由物平衡导出的式(7)确定:总第103期钟秦湿法烟气脱硫的理论和实验研究()3dCO2=A(NO-1/2ROX)(7)dz2式中,A为吸收塔中的停留
