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湿法烟气脱硫系统脱硫效率的影响因素 钟毅，高翔，骆仲泱，王惠挺，霍旺，岑可法 (浙江大学能源清洁利用国家重点实验室．浙江杭州310027) 摘要：基于非稳态理论建立了电站石灰石-石膏湿法烟气脱硫(wFGD)系统模型，模型分别描述了喷淋塔吸收段和氧化段的 工艺过程．对于吸收段，建立了液滴运动，S02吸收．石灰石溶解和石膏结晶4个子模型；对于氧化段，根据物料平衡建立 守恒方程．针对国内某300MW机组脱硫系统，采用数值计算方法求解模型．模型计算结果表明，浆液pH值与液气比的提高 以及烟气流速与入口s02质量浓度的降低能够提高脱硫效率．模型计算结果与测量结果吻合较好．根据分析结果。对300MW 机组、ⅣFGD系统而言，建议pH值取5．4—5．6，液气比取16一18。烟气流速取3．5m／s左右． 关键词：湿法烟气脱硫；非稳态理论；喷淋吸收塔：数值计算 flue 石灰石．石膏湿法烟气脱硫(wet gas 应用最广泛的商业化烟气脱硫技术Il‘3J。WFGD工艺复杂，其中最重要、最复杂的是吸收塔中的工艺过程。在 喷淋吸收区S02被石灰石浆液吸收，在浆液池中则包含石灰石溶解、S02吸收、S032-氧化和石膏结晶等过程， 这些过程同时发生又互相关联。难以利用数学模型从理论上完整地描述所有物质在脱硫过程中的变化情况。 研究者们基于不同的气液传质理论，对电站锅炉石灰石．彳i膏喷淋系统建立了模型。Gerbec等人【4l基于非 稳态理论建模，湿法烟气脱硫系统总体模型包含液滴对S02的吸收模型、溶液中各种离子的化学平衡模型、石 对燃煤电站脱硫系统过程详细建模。模型假定浆池中的溶液达到热力学平衡，采用膜模型模拟S02吸收与石灰 石溶解。此模型可以预测液气比、烟气流速、pH值等参数对脱硫效率的影响，预测结果与测试结果较吻合。 由于我国锅炉机组存在煤种变化频繁、负荷不稳定等问题，配套的湿法烟气脱硫系统和国外同类系统存 在一定的差异。针对我国脱硫系统的实际情况建立数学模型，对于优化我国脱硫系统的设计与运行具有重要 的意义．本文基于非稳态理论对电站锅炉石灰石．石膏湿法烟气脱硫系统建模并求解．根据计算结果研究了各因 素对脱硫效率的影响，并据此提出了300MW机组WFGD系统参数的设计与运行优化意见。 1湿法烟气脱硫系统模型 1．1模型的简化假设 吸收塔是WFGD系统的关键部件，它包含吸收区和浆池区2部分，脱硫反应在吸收塔中完成。由于整个过 程包含了大量的传质过程与化学反应过程，难以完全从理论上描述所有物质在脱硫过程中的变化情况。为了 更好地建立脱硫模型，采用以下简化假设： 1)烟气处于理想状态，液滴下落过程以刚性球形、直线下落状态考虑，浆液液滴间相互影响通过液滴尺寸和 渗透时间来表征，不考虑因为液滴蒸发、变形和传质过程导致的烟气流速和曳力系数的变化： 2)浆液液滴局部瞬时达到电荷平衡、化学平衡，浆池中浆液电荷平衡与离子平衡瞬时达到，石灰年i溶解、S02 吸收、气液传质、石膏结晶和化学反应过程需要一个过程； 3)根据实际情况，忽略吸收区CaS03的氧化与CaS04的溶解与结晶过程： 4)烟气中S02和C02进入浆液后以水合形式存在，忽略烟气#C02对液滴中C02解吸的影响； 5)假定吸收区和浆池区内均为完全混合。S02仅考虑吸收塔轴向质耸浓度变化，浆液池内各处成分均匀，并忽 略浆液池对上行烟气SO，的吸收： 6)不考虑CI‘、M92+对于系统的影响。 28 1．2模型 脱硫塔结构如图1所示，可以看出喷淋塔内过程复杂。在喷淋|又：，吸收剂浆液液滴和原烟气接触并发生化 学反应，在浆液池区则实现吸收剂溶解和脱硫产物的氧化与结晶，在除雾器区仅发生物理变化。为了更清晰 地反映实际工程情况，模型将脱硫塔分为2个区域分别考虑：喷淋吸收段和浆液池氧化段。 讽，警幽燃黝P ’ 。 ／I 喷漱醐i、 —√| 口 缓藏惑 1．2．1吸收段建模 1)