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湿法烟气脱硫系统数学建模与仿真分析

作　者: 吴记保
导　师: 唐胜利
学　校: 重庆大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 烟气脱硫格栅填料吸收塔数学模型仿真
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺作为一种技术相对成熟、运行稳定可靠、吸收剂资源丰富、副产物易于综合利用、脱硫效率高的脱硫方法,在大型火力发电厂中得到了广泛的应用。但是由于其初投资和运行成本高,在小型电厂和工业锅炉中很难接受。因此,如何降低初投资和运行成本,并保持高的脱硫效率成为了全面推广该技术的关键。本文以此为目的,就石灰石浆液对SO₂的吸收特性作了理论分析,并以某电厂360MW机组的石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统格栅填料塔为仿真对象,进行了数学建模和仿真分析。通过气、液、固三相的平衡理论,分析了石灰石浆液对SO₂的吸收能力,烟气中CO₂、SO₂浓度对SO₂吸收容量的影响,烟气温度对SO₂吸收容量的影响,浆液中SO₄^2-离子对SO₂吸收容量的影响,以及脱硫过程中所需的最低液气比。为对脱硫系统的建模分析提供理论参考。采用模块化思想和小室模型相结合的处理方法,建立了石灰石-石膏湿法烟气脱硫（WFGD）系统脱硫塔的通用模型。该模型包括了吸收塔和氧化槽的反应器模型、氧化空气模型、脱硫剂模型以及净化烟气中SO₂、CO₂浓度模型等,能够描述工艺的主要物理化学过程:SO₂、CO₂的吸收,石灰石的溶解,CO₂的水解,亚硫酸氢根的氧化以及石膏结晶等。根据模型可求得任意时刻吸收塔中各处以及氧化槽中浆液各组分的浓度、pH值和烟气中SO₂的浓度以及脱硫效率等参数。以格栅填料塔为对象,对模型进行了静态验证,计算结果与试验数据符合良好。通过改变烟气流量、流速、烟气中SO₂浓度、循环浆液流量、吸收浆液pH值等参数,对系统进行了仿真实验,分析了它们对系统脱硫效率的影响。利用本文模型以及所得结论,可以对湿法烟气脱硫系统进行性能分析与系统改进。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 SO_2 的危害及其排放现状  8-11
    1.1.1 SO_2 的危害  8-9
    1.1.2 我国SO_2 排放现状  9-11
  1.2 SO_2 控制技术概述  11-12
  1.3 国内外烟气脱硫技术的应用现状  12-15
    1.3.1 国内应用状况  12-15
    1.3.2 国外应用状况  15
  1.4 本文的工作内容及目的  15-16
2 石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术以及仿真对象简介  16-25
  2.1 石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术  16
    2.1.1 技术特点  16
    2.1.2 基本原理  16
  2.2 SO_2 吸收塔及其理论研究  16-21
    2.2.1 格栅填料塔与薄膜理论  17-18
    2.2.2 鼓泡塔与渗透理论  18-19
    2.2.3 喷淋塔与表面更新理论  19-20
    2.2.4 液柱塔  20-21
  2.3 仿真对象简介  21-25
    2.3.1 烟气脱硫工艺流程  21-22
    2.3.2 烟气热交换系统  22
    2.3.3 石灰石浆液制备系统  22-23
    2.3.4 SO_2 吸收系统  23-24
    2.3.5 石膏制备及处置系统  24
    2.3.6 浆液排放系统  24
    2.3.7 公共系统  24-25
3 SO_2 在石灰石浆液中吸收特性的理论分析  25-38
  3.1 化学反应式  25-26
  3.2 反应平衡式  26
  3.3 基本关系式  26-29
  3.4 物性参数  29-31
  3.5 计算结果分析  31-38
4 系统数学模型的建立  38-50
  4.1 脱硫塔建模方法  38-39
  4.2 主要化学反应过程模型  39-44
    4.2.1 SO_2 的吸收  39-41
    4.2.2 CO_2水解  41
    4.2.3 亚硫酸氢根的氧化  41-42
    4.2.4 石膏结晶  42
    4.2.5 石灰石溶解  42-44
  4.3 反应器模型  44-47
    4.3.1 吸收塔模型  44-45
    4.3.2 氧化槽模型  45-47
  4.4 吸收剂模型  47-48
  4.5 氧化空气量模型  48
  4.6 出口烟气中CO_2 浓度模型  48-49
  4.7 出口烟气中SO_2 浓度模型  49
  4.8 反应器模型计算流程  49-50
5 模型求解及仿真结果分析  50-61
  5.1 模型所需参数  50-52
    5.1.1 脱硫烟气状态参数  50
    5.1.2 结构及试验参数  50-51
    5.1.3 主要设计指标  51
    5.1.4 物性参数  51-52
  5.2 计算结果  52-61
    5.2.1 设计工况下模型的验证  52-53
    5.2.2 液气比（L/G）对脱硫效率的影响  53
    5.2.3 浆液pH 值对脱硫效率的影响  53-54
    5.2.4 入口烟气中SO_2 浓度对脱硫效率的影响  54-56
    5.2.5 烟气流量对脱硫效率的影响  56-57
    5.2.6 烟气流量变化动态仿真实验  57-59
    5.2.7 入口烟气中SO_2 浓度变化动态仿真实验  59-61
6 结论及展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-66
附录  66-67
独创性声明  67
学位论文版权使用授权书  67

湿法烟气脱硫系统数学建模与仿真分析

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