基于响应曲面法喷淋塔的脱硫效率

基于喷淋塔内脱硫过程中的流体力学数学模型,描述了湿式石灰石/石膏烟气脱硫法的脱硫效率与入口烟气so2浓度、喷淋浆液中so2浓度、烟气量、循环浆液量、钙硫摩尔比以及脱硫塔结构(截面积、吸收区高度等)的定量关系,重点分析了喷淋塔内液气比、烟气流速、吸收液的流量、喷嘴雾化性能、浆液ph值和烟气温度等参数,并阐述了这些因素对脱硫效率的影响。

石灰石/石膏湿法烟气脱硫是控制so2排放最常用的方法,目前国内新建的600mw及以上机组几乎全部运用石灰石/石膏湿法脱硫,而且湿法脱硫中的吸收塔基本采用喷淋塔和鼓泡塔2种塔型。该文主要对喷淋塔和鼓泡塔在工艺和结构上进行比较,介绍了2种塔的实际应用,并分析2种塔的优缺点。

利用fluent软件对脱硫喷淋塔的流场和阻力特性进行了数值模拟,重点研究不同喷淋层数和运行负荷时喷淋塔阻力特性。模拟结果表明:随着喷淋层数和运行负荷的增加,喷淋塔的阻力呈线性增大。

石灰石/石膏湿法烟气脱硫喷淋塔中塔壁液膜区的形成不可避免,因此需要对其脱硫机理进行研究。将塔壁液膜的流动分为层流和波动层流2种状态,并分别考虑在这2种状态下液膜对so2的吸收,建立了塔壁液膜脱硫过程的数学模型。模型中涵盖了so2的吸收、石灰石的溶解、亚硫酸根的氧化和石膏的结晶4个主要的脱硫反应控制步骤,模型计算结果与试验数据吻合较好。

在筛板式喷淋塔实验台上进行了模拟烟气脱硫实验,考察了筛板开孔率、筛板孔径、筛板厚度、筛板安装位置等筛板设计参数对脱硫效率的影响。实验发现,当筛板孔径为15mm时,开孔率在28%～36%范围内脱硫效率较高;当筛板开孔率为36%时,筛板孔径为12mm时脱硫效率最高;合理的筛板厚度可以使脱硫效率提高1%～2%;筛板安装位置对脱硫效果也有一定影响,筛板安装高度为0.16m时脱硫效果较好。合理布置筛板可以提高喷淋塔的脱硫效率。

以计算流体力学为基础,在三维坐标系下采用标准k-ε双方程模型求解动量、能量和组分方程,结合浆滴蒸发模型及简化的浆滴脱硫反应模型,以euler-lagrange方法建立了喷淋塔内烟气脱硫的数值计算模型,模型计算结果与孔华的试验数据符合较好。模型计算结果表明,对于粒径小的喷淋液滴,其烟气脱硫反应和液滴蒸发主要发生在烟气进口附近,而随着液滴粒径的增大,液滴在塔内蒸发和脱硫反应的过程延长。同时,增加烟气温度、降低烟气中so2的入口质量浓度以及增加液气比均有利于提高脱硫效率。文中模型相对于一维柱塞流模型,能够直观地显示出喷淋塔内的流场、温度场和组分质量浓度场的空间分布。

提出一个喷淋塔设计参数———平均容积吸收率,其可作为喷淋塔本体设计的控制指标,并据以确定塔的吸收区高度。运行和设计经验表明,一般喷淋塔的容积吸收率为(5.5～6.5)kg/(m3·h)。文中还讨论了容积吸收率、so2吸收量、吸收区高度等之间的关系。

对大型脱硫塔进行合理的模化和简化,采用国际流行的商用cfd(computationalfluiddynamics)软件fluent对湿法脱硫立式喷淋塔空塔进行了二维数值模拟。在计算中选取k-ε模型作为计算模型,用simple算法进行计算。计算结果表明,空塔流场气流速度分布不均。

利用fluent软件对喷淋塔空塔的流场进行三维数值模拟。在计算中选择k-ε模型作为计算模型,用simple算法进行计算。计算结果表明喷淋塔形状对流场有很大的影响,此结果对现场运行以及喷淋塔的优化设计有一定的指导作用。

提出在烟气脱硫喷淋塔烟气进口设置导流板或采用切向进口,使烟气在塔内螺旋流动,以延长停留时间,加强气液湍动接触,并可改善系统的负荷调节适应能力。对不同进口结构的塔内流速分布、压力损失进行了实验研究,得出了旋流强度、压力损失等随导流板角度的变化关系,并将旋流情况与常规的直流进行了比较。

在介绍喷射鼓泡塔烟气脱硫(fluegasdesulfurization,fgd)及带托盘的喷淋塔烟气脱硫工艺的基础上,详细对比和分析了两种不同塔型烟气脱硫技术的钙硫比、脱硫效率、水耗及电耗,得出结论:鼓泡塔的烟气脱硫率较高,可控性较强,但是工艺复杂,系统阻力比较大,烟气含尘量大的电厂不适用;带托盘的喷淋塔烟气脱硫率稍低,但能满足环保要求,工艺简单,便于检修,适用性较强。提出以下建议:电厂设计时,应根据现场不同情况和具体的要求,选择不同的烟气脱硫技术。

基于计算流体力学(cfd)技术,采用fluent软件平台,针对典型300mw机组脱硫系统喷淋塔采用可视化技术对喷淋层间距、喷嘴压降、喷淋角变化时喷淋层喷淋效果、传质特性和阻力特性进行了数值模拟研究。结果表明喷淋层间距、喷嘴压降与喷淋角度变化对覆盖效果影响很小,喷淋层间距、喷嘴压降和喷淋角增大均能增强气液传质,同时喷淋层阻力也随之增大。提出典型300mw机组wfgd浆液喷淋系统喷嘴选择与布置的推荐值。

在氨法烟气脱硫喷淋塔的实验系统上对影响氨法脱硫效率的几个主要因素进行了实验研究。实验结果表明:提高液气比和浆液ph值、降低烟气温度和烟气空塔气速均可以提高脱硫效率。在双膜理论的基础上,通过对氨法脱硫过程中so2传质速率方程和螺旋型喷嘴液滴直径大小关联式的分析,建立了喷淋塔氨法脱硫的数学模型。利用该模型对影响氨法脱硫效率的几个主要因素进行计算,并与实验结果进行比较,实验数据和模型计算值基本吻合。

?1994-2010chinaacademicjournalelectronicpublishinghouse.allrightsreserved.http://www.cnki.net 烟气脱硫喷淋塔的容积负荷与本体设计 thevolumeabsorbingloadanddesignofasprayscrubberforwetfgd 李荫堂,王双,刘艳华 (西安交通大学环境工程系,陕西　西安　710044) 摘要:提出了以喷淋塔的容积负荷———平均容积吸收率为控制指标的本体设计路线。在目前已有的设计、运行经 验基础上,根据烟气的so2进口浓度、要求的吸收效率等来确定喷淋塔容积。讨论了容积吸收率不同角度的定义, 给出了采用容积吸收率进行喷淋塔本体设计的步骤。 关键词:湿法烟气脱硫;吸收塔;喷淋塔;容积

提出了以喷淋塔的容积负荷———平均容积吸收率为控制指标的本体设计路线。在目前已有的设计、运行经验基础上,根据烟气的so2进口浓度、要求的吸收效率等来确定喷淋塔容积。讨论了容积吸收率不同角度的定义,给出了采用容积吸收率进行喷淋塔本体设计的步骤。

在建立的试验台上,以压力作为间接指标,采用旋流喷嘴和螺旋喷嘴,对喷淋塔单层喷淋工况下的雾化性能进行了试验。试验表明,塔断面压力、断面上雾化粒径及雾滴在喷淋段分散不均匀,对气流分布的作用不明显;随循环液流量或气体流量增大,断面平均静压、全压减小,喷淋段阻力增大,雾化粒径减小;喷嘴形式对喷淋塔的雾化系统影响较大。相比较而言,螺旋喷嘴单层布置喷淋段雾化较均匀,利于均匀分布气流。

对湿式烟气脱硫喷淋塔本体尺寸进行了分析,结合已有的工程设计经验,给出了确定喷淋塔本体尺寸的具体步骤,并讨论了设计应考虑的主要问题。

分析了现代大型喷淋塔为提高脱硫与除尘效率在设计上所作的改进及存在的问题。通过一个曾经设计过的喷淋塔实例,结合烟气和吸收液两相逆向流动和两相间的化工传质过程,剖析了喷淋层覆盖率的实质,提出弱效喷淋覆盖和多重喷淋覆盖对喷淋塔脱硫和除尘效率的影响,给出喷淋覆盖率的选择、喷淋层和喷嘴布置的设计方法,对改善烟气脱硫和除尘效率均有明显效果。

根据烟气中二氧化硫的腐蚀特点、吸收剂的廉价性和来源广泛性,借鉴了脱硫工艺的特性及在国内的实际应用,计算、设计了烟气喷淋塔,实现石灰石湿法烟气脱硫。

研究了喷淋空塔内烟气流速、液气比和吸收区高度等因素对气相阻力的影响,并在实验室研究的基础上建立了喷淋塔流体力学数学模型,讨论了烟气流速、液滴直径等工艺参数对液滴停留时间、吸收区阻力和塔内传质面积的影响

基于烟气湿法脱硫机理建立了喷淋塔内脱硫过程实时仿真模型。模型描述了脱硫效率与入口烟气二氧化硫浓度、喷淋浆液中二氧化硫浓度、烟气量、循环浆液量、钙硫摩尔比,浆液酸碱度(ph值)、操作压力、温度以及脱硫塔结构(截面积,吸收区高度等)的定量关系,并编制成算法。在star-90/windows2000一体化图形建模实时仿真支撑系统上,以某电厂600mw机组烟气脱硫喷淋塔为对象进行模型验证。在90%、75%与50%工况下仿真计算结果与实际运行值相比较偏差在1%以内,因此,模型具有较高的精度,为实现脱硫系统仿真奠定了基础。

把烟气温法脱硫工程中广泛应用的石灰石/石灰脱硫工艺和喷淋塔吸收设备相结合,探讨该系统的传质机理,通过双膜理论建立了系统的传质模型,对其运行参数和结构参数进行了定性的分析,阐明了这些因素对系统传质性能的影响。