湿法烟气脱硫系统模型模拟.pdf

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1、湿法烟气脱硫系统模型模拟M.Gerbec,A.Stergarsek,R.Kocjancic（南斯拉夫共和国）摘要：本文建立的关于石灰石-石膏湿法烟气脱硫的非稳态模型可用于描述烟气脱硫过程中发生的化学和物理现象。模型中包含了与烟气逆流接触下落的浆滴液相吸收SO2过程，浆液中硫酸根（IV）、硫酸根（VI）、碳酸根、钙离子的化学平衡反应过程，硫酸根（IV）到硫酸根（VI）的氧化过程，CaSO3和CaSO4的沉淀和溶解过程，以及中和剂石灰石的溶解过程。根据各种边界条件和输入参数（如设备尺寸），模型可以计算所需的参数。模型可以预测SO2的去除效率，吸收浆液的化学组

2、份，等等。该模型已在Šoštanj电厂3MWe燃煤机组示范烟气脱硫工程上得到了验证。模型可以用于设计及优化技术，并可以用于推断电厂的测试数据。关键字：烟气脱硫（FGD）；非稳态模型；SO2吸收；石灰石溶解；过程优化1液滴吸收SO2过程首先，将浆滴作为喷淋塔的基本吸收单元来描述吸收过程。SO在浆滴表面2被吸收，传质通量N的方程式为：SO21HSON=K(P−P)；K=1/[+2]（1），（2）SO2GSO2SO2iGkβ⋅kGSO2L其中，P和P分别为气相主体和相界面的分压，单位为Pa。β是化学SO2SO2iSO2反应增强因子（Altwicker，1981

3、），H是亨利常数。k由Frössling方程得到SO2GkGRTdD5.0.033Sh==2+.055ReSc（3）DPG式中R是气体常数，T是温度（K），dD是浆滴粒径，DG是SO2气相扩散常数，P是总压（Pa），Re,Sc为我们所熟知的无量纲数。kL可由Higbie（1935）提出的方程（4）计算得到。暴露时间（texp）由浆滴内部的流体动力学特性决定。Koajančič（1993）已经测量了这个值，他还建立起自由下落的液滴内部混合情况的简化模型，如图1所示。该模型基于对液滴中央区pH值的测定。在某一时间段，发现酸1性流体由液滴表面向中心区迁移，该时

4、间段取决于液滴附近的气体速度。因此，对于2.7㎜大的液滴，tD（时间很短）可由方程式（5）计算得到。其中uD是气体−1速度，单位为m⋅s。4DL−.111k=；t=6.8u∝t（4），（5）LDDexpπtexp将液滴划分为外层和内核建立起内混型模型。内核又被划分成标有号码的更小的等体积增量，这些增量无混杂地流过内核。在离开内核时，这些等体积增量即刻与外层混合在一起。在气体的滞留点和内核背风的一侧，内核被划分成一个个等体积增量。每一增量流经内核的时间被认为是进行计算的基本时间，也就是迭代时间，tit=tD/n；其中n是内核的等体积增量数。在迭代时间内可对

5、所有反应过程进行计算。注意，液滴的内核和外层按相同的体积看待（见Kocjančič1993优化的那样）。图1模拟液滴表层和内核混合机理迭代时间tit，可用于模拟计算设备的所有部分。包括液滴从吸收塔的顶部下落到底部的整个过程（包括在任一选定高度从浆喷嘴引入的新鲜液滴）。液滴以终端速度沉降，与气流逆流接触。由注入液滴的数目和相应气相体积通过每一步迭代可以计算出液相中SO2的吸收量。从而，整个吸收塔的SO2分压分布情况就可以计算得到了。22化学平衡在液相中，二氧化硫的吸收过程发生了一系列已知的化学反应。例如：与水的化学反应，硫酸盐（IV）类的溶解，硫酸根（IV

6、）到硫酸根（VI）的氧化，硫酸盐（VI）类的溶解，CaSO3·1/2H2O和CaSO3·2H2O的沉淀，以及已沉淀CaSO3·1/2H2O的部分溶解和水分子自身的离解。由于本文篇幅有限，在此对这些化学反应过程以及反应平衡情况不做详细讨论。由于这些反应属于离子反应，所以，除了沉淀或溶解过程需要更多的时间来达到平衡状态之外，所有化学反应被认为是瞬间完成的。所有化学反应的热力学平衡常数都是在已知反应温度条件下计算出来的。基于Brewer（1982）为烟气脱硫编制的热力学数据，所有化学反应平衡常数可以在给定温度下通过热力学计算得到。模型中描述了吸收塔或浆制备罐中

7、任意点处吸收浆液的化学组分。准确的液相组分可以通过计算得到。平衡pH值取决于液相中所有离子电荷的电子平衡。一般，二分法迭代技术可用于计算要求精度的平衡pH值。3石灰石溶解许多专家（Chan和Rochelle1992，Gage1989）对烟气脱硫过程中石灰石的溶解作了研究。我们的模型是由Gerbec（1990）开发的，是描述石灰石溶解−1的多分散性模型，模型中认为石灰石颗粒的溶解速度（k，um⋅s）同浆液CaCO3的化学组分呈线性关系，由方程（6）确定（其中A~F为经验常数）。(ApH+B)((CpH+D)/(R/1(293−/1T)))k=10e1(+X

8、(EpH+F))（6）CaCO3CO24硫酸根（IV）的氧化硫酸根（IV）氧化为