干貨 濕法脫硫WFGD中噴淋塔液氣比計(jì)算方法的探討

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:從濕法煙氣脫硫的數(shù)學(xué)模型著手，介紹了傳質(zhì)系數(shù)法和傳質(zhì)單位數(shù)法兩種噴淋塔液氣比計(jì)算和選擇的方法，對(duì)于自主開發(fā)適合國(guó)內(nèi)脫硫市場(chǎng)的噴淋塔液氣比計(jì)算模型有參考意義。液氣比的計(jì)算模型是建立在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之上的，需要經(jīng)大量實(shí)際工程數(shù)據(jù)的驗(yàn)證和修正才能用于指導(dǎo)WFGD工程噴淋塔的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞:濕法煙氣脫硫;雙膜理論;傳質(zhì)系數(shù)法;傳質(zhì)單元數(shù)法;噴淋塔;液氣比(L/G)

液氣比(L/G)是指單位時(shí)間內(nèi)脫硫吸收塔中吸收劑漿液噴淋量與單位時(shí)間內(nèi)脫硫吸收塔入口的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)濕煙氣體積流量之比［1］。液氣比是濕法煙氣脫硫(Wet flue gas desulfurization，WF-GD)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的參數(shù)，對(duì)于脫硫系統(tǒng)的技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行可靠性具有重要的影響［2－4］。

因此，可以說，液氣比的計(jì)算和合理液氣比的選擇是整個(gè)濕法煙氣脫硫工藝的核心，也是各濕法脫硫技術(shù)流派的技術(shù)核心。

美國(guó)、德國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)70年代開始就對(duì)各種FGD工藝和裝置進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過對(duì)FGD工藝化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的深入理解和不斷的工程實(shí)踐，到20世紀(jì)90年代已達(dá)到成熟階段，特別是石灰石濕法工藝。盡管我國(guó)從20世紀(jì)70年代開始就對(duì)國(guó)際上現(xiàn)有FGD技術(shù)的主要類型進(jìn)行了各種大大小小的實(shí)驗(yàn)研究，但是進(jìn)展緩慢，而且僅在較小的工業(yè)鍋爐上有所應(yīng)用。

從21世紀(jì)初開始，隨著相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保政策的實(shí)施，我國(guó)煙氣脫硫市場(chǎng)呈現(xiàn)了“爆發(fā)式”的發(fā)展，但是由于國(guó)內(nèi)落后的脫硫技術(shù)不能滿足巨大的脫硫市場(chǎng)的需求，在火電廠大型機(jī)組FGD技術(shù)上，我國(guó)采取了聯(lián)合設(shè)計(jì)、引進(jìn)國(guó)外大公司先進(jìn)的FGD技術(shù)等方式［4－5］。

所以，液氣比的計(jì)算和選擇基本上都是由國(guó)外技術(shù)提供商的計(jì)算軟件來完成。但由于不能獲得計(jì)算軟件背后的數(shù)據(jù)庫(kù)，也就不能真正掌握煙氣脫硫技術(shù)的核心［6］。

在液氣比的計(jì)算上，郭毅等［7］利用噴淋塔中SO2吸收過程的操作線與平衡線的關(guān)系得到理論上的最小液氣比;陳蓮芳等［8］根據(jù)反應(yīng)平衡計(jì)算滿足排放要求的理論最小液氣比。但由于他們沒有考慮煙氣脫硫過程中氣液流動(dòng)、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性和特殊性，所得到的理論最小液氣比對(duì)于煙氣脫硫液氣比計(jì)算沒有參考意義。

繆明烽等［9］根據(jù)雙模理論并結(jié)合SO2在漿液中的電離過程建立了SO2的吸收模型來計(jì)算最小液氣比，雖然與實(shí)驗(yàn)值吻合較好，但沒有經(jīng)過大量工程數(shù)據(jù)的驗(yàn)證和修正，也不能直接用于濕法脫硫液氣比的計(jì)算。

徐敬［10］對(duì)石灰石/石膏濕法煙氣脫硫過程進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)模擬，根據(jù)平衡理論建立了脫硫系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和物料平衡計(jì)算，但在和某一具體工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)時(shí)，在液氣比這一核心量上相差16%。

本文旨在對(duì)兩種國(guó)外大公司噴淋塔液氣比的計(jì)算思路和方法進(jìn)行探討。

1、SO2吸收數(shù)學(xué)模型

由于WFGD吸收塔內(nèi)同時(shí)存在傳熱、傳質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)等過程，相當(dāng)復(fù)雜，要通過精確的數(shù)學(xué)模型將其表達(dá)出來，幾乎不可能。國(guó)內(nèi)外的研究者們提出過各種不同的理論，其中應(yīng)用最廣泛且較為成熟的是“雙模理論”。運(yùn)用雙模理論，可以用式(1)來描述吸收塔的性能［2］：

將式(1)稍做改動(dòng)則得到以對(duì)數(shù)表示的SO2脫除效率與NTU的關(guān)系式為［2］:

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