火电厂湿法烟气脱硫效率的仿真研究.doc

火电厂湿法烟气脱硫效率的仿真研究程亮， 赵爱军，李庚陆，宋胜虎（大唐武安发电有限公司，河北 邯郸 056002）摘要：针对某火电厂 2330MW 机组湿法烟气脱硫系统，运用微元法对系统脱硫效率进行研究，建立了脱硫效率与原烟气量、原烟气二氧化硫含量、浆液pH值、液气比之间的仿真模型。对影响湿法烟气脱硫效率进行了定量分析，对提高湿法烟气脱硫效率和降低运行费用具有指导意义。关键词：仿真 湿法烟气脱硫 效率 火电厂 Study on Simulation of the Flue Gas DesulphrizationEfficiency in Thermal Power PlantCheng Liang，Zhao Ai-jun，Li Geng-lu，Song Sheng-hu(Da tang wuan power plant, Han Dan 056002, China)Abstract：The paper focuses on a 2300 MW thermal power plants wet flue gas desulphrization (FGD) system to carry on research workThrough the study of desulphurization eficiency by infinitesimal method,the mathematic simulation models of desulphurization eficiency with the connection of the inlet gas,SO2 in the inlet gas, pH and L/G are establishedThe efficiency factors of wet flue gas desulphurization are studied in various kinds of operating control parametersThe study has the instruction function to increase the flue gas dessulpurization efficiency and reduce the operation costKey words：simulation wet flue gas desulphrization efficiency thermal power plant 0 引 言目前, 在众多的脱硫工艺中,石灰石湿法烟气脱硫工艺以其技术成熟、可靠性高、操作简单、对煤种的适应性强、可同时除尘等优势成为应用最广的脱硫工艺。而脱硫效率是反映脱硫工艺水平的重要指标。因此,建立脱硫效率模型、分析影响脱硫效率的主要因素, 对于优化火电厂脱硫工艺具有重要的意义。1 仿真模型的建立仿真模型基于某火电厂2330机组运行状况的数据，运用微元法对系统脱硫效率进行研究，建立了脱硫效率与原烟气量、原烟气二氧化硫含量、浆液pH值、液气比之间的仿真模型1.1 进入吸收塔烟气量 Q 从电站锅炉出来的烟气经过除尘器进入脱硫系统，到达吸收塔时漏风率约为2%，该电厂实际调试时的烟气量为160290，在仿真模型中可表达为【2】： （1）式（1）中，rnd1 为从0到1变化的随机函数。1.2 烟气中SO2含量S1 锅炉燃烧排出的SO2是造成大气污染的重要因素, 基于机组运行数据，浓度范围为16003100 ，即仿真模型可表达为： （2）式（2）中，rnd2 为从0到1变化的随机函数。1.3 吸收塔中浆液pH值P低pH值有利于CaCO3的溶解，然而为提高SO2的俘获量，需要保持较高的pH值。因此浆液需要有适当的pH值，若悬浮液中CaCO3含量过高，在最终产物和废水中的CaCO3含量也都会增加。这一方面增加了CaCO3的消耗量，另一方面降低了石膏的质量1。吸收塔中浆液浓度范围约为410，吸收塔浆液pH模型可表述如下： （3）式（3）中，rnd3 为从0到1变化的随机函数。1.4 液气比 L/G 值LG 由于循环泵的启动台数不同及石膏洗水重反吸收塔的流量不同,从而造成L/G极不稳定,但可简化因素归结为泵的开启台数引起L/G变化。运行液气比通常在0.81.5 ()之间。仿真模型表述如下：共四台泵，初始化N=0，开启一台则N=N+1。如果N=0,则LG=0N=1,则 （4）N=2,则 （5）N=3,则 （6）N=4,则 （7）1.5 从吸收塔排出的净烟气中SO2含量S2 强制氧化系统的化学过程描述如下：(1) 吸收反应SO2 + H2O H2SO3H2SO3 H+ + HSO3-(2) 氧化反应HSO3- + 1/2O2 HSO4-HSO4- H+ + SO42-根据化学过程，做以下假设3：a) 石灰石颗粒在浆液循环过程中充分溶解b) 水溶的SO2与石灰石浆液中Ca2+接触立即反应。即气液面上SO2分压为0c) 气流的紊流和SO2的扩散使得吸收塔中任意截面上SO2的浓度均匀d) SO2吸收为一级吸收e) 吸收塔内气流流速均匀吸收塔dx2R图1 沿吸收塔垂直向上取一个微元体沿吸收塔垂直向上取一个微元体，如图1所示。体积为dv，其横截面积为，高度为dx （8）式（8）中：R吸收塔内壁半径 微元体积中SO2质量为： （9）式（9）中：微元体积中SO2浓度该微元体在dt时间内，石灰石浆液吸收SO2质量为： （10）式（10）中，K1 吸收速率系数由于SO2被石灰石浆液吸收，在该微元体积内，S02浓度将减小，其中SO2浓度改变为，即： （11）将式（11）两边同除以，考虑边界条件 ：，；得： （12） （13）右边指数分子分母同乘 （14）当N=0，出口浓度等于进口浓度并给出警报，泵未开模型为：S2=S1 （15）当N=1，液体会造成悬浮，工程实际中一般不只开一台泵，并给出警报“液体悬浮”，此时模型可简化为： （16）当N=2或N=3时，实际工程中常在此工况状态下运行。 （17）其中，当N=4，即泵全开，根据此时电厂调试数据。模型为： （18）则SO2脱硫效率 为： （19）2 吸收塔脱硫效率分析吸收塔脱硫效率的主要扰动因素：原烟气流量、进口SO2浓度、吸收塔内的 pH值、石灰石浆液与烟气比值（液气比）、氧化泵的投运台数等 1。因此应用上述仿真模型，对吸收塔脱硫效率进行了定量分析，对提高湿法烟气脱硫效率和降低运行费用具有指导意义。2.1 进口SO2浓度和原烟气流量对脱硫效率影响工况条件1：进塔烟气量 Q1=179 Nm3/s； 漏风率 1= 2%；循环浆液pH值P1=5.3；液气比 LQ1=1.41 (10L/M3)；进塔SO2含量 S1=1600:1:3100(mg/M3)。工况条件2：进塔烟气量 Q2=265 Nm3/s； 漏风率 2= 2%；循环浆液pH值P2=5.3；液气比 LQ2=1.41 (10L/M3)；进塔SO2含量 S2=1400:1:3800(mg/M3) 【4】。结果分析：无论在那种工况下，随着进塔SO2含量的增加，脱硫效率有一定下降。这说明，当入口SO2含量的增加时，出口SO2浓度也有所增加。当进塔烟气量增大时，脱硫效率明显下降，这是由于SO2与石灰石浆液反应时间变短。因此，在脱硫控制系统中要加入SO2浓度和原烟气流量（锅炉负荷）作为前馈信号，使调节过程速度加快，有效地克服了系统滞后，提高了控制质量。由图2所示在系统运行正常情况下，工况1脱硫效率稳定达到96%以上，工况2脱硫效率稳定达到84%以上。图2 原烟气进口浓度与脱硫效率曲线2.2 吸收塔内的pH值对脱硫效率的影响工况条件：进塔烟气量 Q= 179 Nm3/s； 漏风率 = 2%； 液气比 LQ=1.41 (10L/M3)；进塔SO2含量 S= 2100(mg/M3)；循环浆液pH值P= 4:1:10。图3 循环浆液pH值与脱硫效率曲线结果分析：如图 3所示随着pH的增大，脱硫效率也增加。这是由于液相传质系数增大，SO2的吸收率增大。机理分析要使pH增大，必须增加新鲜石灰石浆液的用量，经济优化认为pH值为56时，曲线斜率最大。因此，可以很好地达到节省运行费用和满足环境要求。2.3 液气比对脱硫效率的影响工况条件：进塔烟气量 Q= 179 Nm3/s； 漏风率 = 2%；进塔SO2含量 S= 2100(mg/M3)；循环浆液pH值P= 5.3；液气比 LQ= 0.8:0.1:1.5 (10L/M3)。图4 液气比与脱硫效率曲线结果分析：如图 4 所示随着液气比的增高脱硫效率成指数上升,因为液气比升高相当于增大了吸收塔内的喷淋密度，使液气间的接触面积增大，吸收过程的推动力增大，增大液相传质总系数。效率增到一定程度再增加液气比,即增大循环浆液流量,脱硫效率便不再增加。循环浆液流量的增大将引起动力消耗增大,运行费用加大，所以在保证一定脱硫效率的前提下寻找最小液体流量可节省运行费用。由图分析可知，当液气比在0.81.1曲线变化最快。因此 可在此区间找出一个最佳的液体流量。2.4 氧化泵的投运台数对脱硫效率的影响由经验可知：吸收塔内含氧量增加，脱硫率上多投运一台氧化泵可以使得脱硫率提高 2%。由氧化反应可知：将HSO3-变为HSO4-，增加氧气量可以提高 HSO3-的转换率。因此，（1）应降低pH值，增加氧气的溶解度；（2）增加氧化空气的过量系数，增加氧气浓度；（3）改善氧气的分布均匀性，减小气泡平均粒径，增加气液接触面积。3 结论（1）无论在那种工况下，随着进塔SO2含量的增加，脱硫效率有一定下降。因此可以在控制系统中加入SO2 浓度和原烟气流量（锅炉负荷）作为前馈信号，可使调节过程速度加快，有效地克服了系统滞后，提高了控制质量。（2）在节省运行费用和满足环境要求的前提下，石灰石浆液的pH值为56时最为适宜。（3）当液气比在0.81.1 (10L/M3)时，可在保证一定脱硫效率的前提下寻找最小液体流量，达到节省运行费用目的。（4）氧化泵的投运台数与脱硫效率成正比关系。参考文献：1 阎维平. 电站燃煤锅炉石灰石湿法烟气脱硫装置运行与控制M. 北京：中国电力出版社，2005.2 胡满银. 湿式石灰石石膏法烟气脱硫仿真数学模型的研究J. 华北电力大学学报，2005. 32(6): 8488.3 汪思满