[发明专利]一种氨法脱硫喷淋塔设计和运行的计算模型及优化调控方法

摘要

本发明公开了一种氨法脱硫喷淋塔设计和运行的计算模型及优化调控方法，属于氨法烟气脱硫技术领域。本发明首先基于氨法脱硫工艺的特点，选取pH值、烟气流速和液气比为参数，建立具有普遍适用性的氨法脱硫SO₂吸收传质系数的表达式。在此基础上，分析液相中的离子电荷守恒和元素物料守恒，结合NH₃‑SO₂‑H₂O体系的热力学特性及离子平衡原理构建喷淋塔内SO₂吸收过程中的气‑液间动态平衡关系，并建立能够反映出喷淋塔氨法脱硫SO₂吸收过程的数学模型。利用本发明的模型可以计算不同工艺条件对氨法脱硫SO₂去除率的影响，从而为工业中氨法脱硫吸收塔的设计和运行提供理论指导，具有较强的实际意义和工程应用价值。

主权项

一种氨法脱硫喷淋塔设计和运行的计算模型，其特征在于：该模型首先基于喷淋塔氨法烟气脱硫工艺的特点，选定pH值、烟气流速u_g和液气比L/Q为参数，计算出不同pH值、烟气流速u_g和液气比L/Q条件下的氨法脱硫SO₂吸收传质速率，并采用数值拟合的方法构建具有普遍适用性的氨法脱硫SO₂吸收传质系数的表达式；然后分析液相中的离子电荷守恒和元素物料守恒，根据NH₃‑SO₂‑H₂O体系的热力学特性及离子平衡原理建立喷淋塔内SO₂吸收过程中的气‑液间动态平衡关系，并结合重新构建的SO₂吸收传质系数的表达式，计算出喷淋塔氨法脱硫的SO₂脱除率(y₁‑y₂)/y₁；该计算模型具体包括以下步骤：步骤一、确定如下参数：氨法脱硫系统喷淋塔的D、G、L、pH、P、Q、T、u_g、y₁、y₂、Z、C_s、ρ、μ、ν、σ；其中，D为喷淋塔直径，通过直接测量得出，单位m；L为浆液喷淋量，通过流量计测量得出，单位为L/h；pH为喷淋塔内浆液pH值，由pH计测量得到；P为烟气总压力，近似与大气压相等，为101325Pa；Q为烟气流量，通过流量计测量得出，单位m³/h；T为烟气温度，通过温度传感器测量得出，单位K；G为烟气摩尔流率，可根据G＝10^‑3·PQ/(RTπD²)/4计算得出，单位为kmol/(m²·h)；u_g为烟气流速，根据u_g＝Q/(3600πD²)/4计算得出，单位m/s；y₁、y₂分别为喷淋塔进口、出口烟气中SO₂的摩尔分率，均由烟气分析仪测得；Z为喷淋塔吸收区高度，直接测量得到，单位m；C_s为浆液中的总硫浓度，为+4价硫浓度和+6价硫浓度之和，其单位均为mol/L；ρ为浆液密度，根据+4价硫浓度的分布系数δ₁、的分布系数δ₂和+6价硫浓度按式进行计算，单位为kg/m³；浆液的粘度μ和表面张力σ分别利用粘度计和表面张力仪测得，其单位分别为Pa·s和N/m；ν为浆液的运动粘度，根据式ν＝μ/ρ计算得出，单位m²/s；步骤二、输入步骤一中的模型参数，并设定喷淋塔出口烟气中的SO₂摩尔分率y₂、喷淋塔吸收区顶部浆液的pH值及C_S中+4价硫和+6价硫的初始浓度且满足利用氨法脱硫SO₂吸收数学模型，以喷淋塔吸收区烟气出口为起始点，沿吸收区高度方向计算出进口烟气中的SO₂浓度y′₁；步骤三、将步骤二中计算得到的进口烟气中SO₂浓度y′₁带入下式进行检验：|y′₁‑y₁|≤0.00001   (1)，若计算得到的进口烟气中的SO₂浓度y′₁不满足上式，返回步骤二中调整y₂值，重新计算y′₁直至上式成立，最后输出出口烟气中的SO₂浓度y₂及对应的SO₂脱除率(y₁‑y₂)/y₁。。