靳智的英文翻译

模拟工业湿法烟气脱硫的仿真操作系统 L E Kallinikos a E I Farsari b D N Spartinos b N G Papayannakos a 摘要摘要 这项工作中 由发电厂提出的一种模拟喷雾塔的湿法烟气脱硫系统简称 FGD 目的在于实现一个有效的后续行动和烟气脱硫操作系统的运行优化 这种仍在完善 的动态模型在相当长的时间内仍将收集运行数据来对模拟系统的性能进行验证 仿 真模型也考虑了过程中的所有物理和化学过程 如石灰石的分解 亚硫酸钙和石膏 和亚硫酸盐离子的氧化结晶 然而气体被液滴吸收则是基于双膜理论 对于影响泥 浆液滴的平均直径的系统性能也进行了检查 因为它是作为操作系统正常运行的指 标系数 在模型不断发展的基础之上 人们也发现了该系统的局限性 得出的结论 是该模拟系统对于不同的二氧化硫负荷脱硫效率有显著的区别 同时对二氧化硫的 吸收率受到塔内液体的分散均匀程度的强烈影响 关键词关键词 气脱硫化 传质 面面积 态模型 1 1 前言前言 在发电厂 含有硫磺的化石燃料被喂入燃烧室内燃烧生成二氧化硫气体 这种 气体对于人类的生存环境和生活质量产生严重的影响 因此 全球地区对于发电厂 排放的气体中二氧化硫的含量已经制定了非常严格的规格标准 欧洲共同体已经通 过了两项指令 以减少化石燃料的发电厂排放的废气 已开发的几种烟气脱硫方法 包括湿式净化器 喷雾干燥塔 干燥净化器 干洗涤器 再循环系统以及结合 SO2 Nox 的清除过程 最常见的过程中使用的是全球湿法脱硫方法用石灰石作吸收剂 主要是就有吸 二氧化硫的高效率 大于 90 此外 廉价的石灰石反应物的使用和生产的石膏 CaSO4 2H2O 都是这一进程的显着优点 湿法脱硫的组成单元中二氧化硫的 吸收是在吸收塔内完成的 吸收塔有好几种类型 如喷雾洗涤塔 填料塔 喷射鼓 泡反应器 双回路塔 工业实践中最常用的是喷雾塔吸收塔 在这种类型的吸收塔 中 由处在较高位置的三到五层喷嘴喷入石灰石浆 同时而烟道气体流量从底部逆 流模式向塔的顶端与石灰石浆液液滴相遇发生中和反应 因此 烟气中的二氧化硫 与石灰石浆液中的碳酸钙发生化学反应生成 CaSO3 接着扩散的 CaSO3 生成硫酸 钙 最后从旋风集浆分离结晶生成石膏 在湿法烟气脱硫喷雾塔中的部分系统可分 为如下 石灰石溶解石灰石溶解 2 石灰石微溶于水溶液中 而且这一步对于湿法 FGD 系统的操作相当重要 石灰 石通常是盛放在一个槽中 浆流槽的出口距离塔很近并作为吸收塔的喂料槽 在某 些情况下 石灰石料发生在塔底部的地方 而这两种方法喂养的石灰石结合可以得 到满足 石灰石的溶解 无论是在吸收塔内还是喂料槽内 都会受到溶解在石灰石 浆液中的一些物质影响 如金属和盐类物质以及亚硫酸盐的存在通过二氧化硫的压 力分布 石灰石粒度的分布 以及 PH 值都会对石灰石浆液的溶解产生影响 布尔格林和卡尔森指出石灰岩溶解是在低 pH 值控制下的传质过程 然而表面 动力学控制体现在高 pH 值的溶出率 石灰岩溶解 根据下面的平衡方程可以知道有二氧化碳的产生 生成的二氧化碳转移到气相 吸收二氧化硫 首先 二氧化硫溶解在液体状态 然后 二氧化硫按照下列表达式发生电离作用 3 最后亚硫酸分解发生电离作用的产物与石灰石中的碳酸盐发生中和作用产生硫 酸钙和硫酸氢钙 对于PH值介于五和六之间发生如下反应 然而对于值介于4 5和5之间的反应过程如下所示 亚硫酸根和硫酸根的氧化物和亚硫酸氢钙首先溶解 然后向过程提供新鲜的氧 气将它们转换成硫酸钙 虽然氧化率一直广泛的研究 但是人们还没有一种定性的通用表达 这是因为 它取决于当时的条件 浆料成分和含量 浆料 pH 值和温度 例如二氧化碳 铁离 子 锰离子 Cu2 和 Fe2 的存在 和 Cu2 和 Mn2 在石灰石显着影响氧化速率 在氧化速率的表达差异也观察到均匀氧化 亚硫酸盐与氧饱和溶液接触解决方案 和非均相氧化 亚硫酸盐溶液氧化从纯氧或氧氮 石膏结晶石膏结晶 石膏结晶的受到各种参数的影响如温度 pH 值和料浆的组成 晶化率通常给出一个相对饱和的石膏功能 对于石膏晶体从泥浆 有效分离 晶体的尺寸应足够大 此外 石膏相对饱和应小于 1 4 使结晶发生在 现有的石膏晶种表面 而不是在设备表面的地方 Warych 和 Szymanowfski 认为当 石灰浆在氧化池停留时间平均在 10 15 小时上述条件得到满足 4 整个二氧化硫吸收过程被认为是有限的物理反应步骤 同时被认为是瞬间反应 人们对这种事实表示支持的态度 也就是说这一进程似乎受到工作温度的影响并不 是那么的显著 二氧化硫吸收依赖于石灰浆中钙离子的含量以及对烟气中二氧化硫 的分压情况 Bravoetaland Brogren 和卡尔森指出 石灰石脱硫喷淋塔成是一个强烈的吸收 液侧的控制过程 PasiukBronikowskatal 只有当二氧化硫浓度小于 0 2 气相阻 力才变大了 Danckwerts 表明 在水中的 SO2 吸收过程 则被视为瞬间反应与吸 收 一些工作表明模拟的工业湿法脱硫系统已经用于复杂的模型 Recelj and Golob 在工厂数据的基础上并根据他们的特点建立了一个可以接受的作为工业脱硫 过程的分析工具的模型 Warych and Szymanowfski 建立了一个较为详细的模型在 考虑液滴的直径参数对于模拟系统要足够大 他们解释说 他们的案件都在吸收和 储存槽过程影响吸收过程 Gomezetal 提出了一厂烟气脱硫 CFD 模型 Olaussonetal 开发了一个模型来描述一个湿法烟气系统的化学结构 Zhongetal 制定了关于在湿法烟气脱硫装置中一种吻合效果良好以不稳定理论为基础的模 型 他们还利用他们的模型来分析系统性能的几个工艺参数的影响 然而 到目前 为止提出的所有作品模型 它们仅仅可以用来模拟系统的稳态运行 这项工作的目标是发展一个简单而可靠的动力学模型用来模拟仿真工业烟气脱 硫系统的长期稳定操作 对于烟气脱硫系统的运行演化仿真模型开发主要是为了用 于系统的性能研究 改善其运作以及对其运作范围的定义 该模型的简单开发和所 涉及的几个控制参数允许核查和修复模型可以采用一些历史数据 2 模型的开发模型的开发 一种简化的湿法烟气脱硫的简化系统如图 1 示 5 Fig 1 简化了湿法烟气脱硫系统流程图 高 40 米的吸收塔以及一个搅拌喂料量容积为 2700 立方米的槽 烟气从塔的底 部进入从塔的上部出来 料浆从塔的上部三个不同的层次上向下喷洒目的是为了更 好的分配以及使料浆更顺利的从底部流出 这样一来 烟道气体和泥浆进来逆流模 式的 SO2 与浆液接触有效的吸收 该矿浆流量约 12 立方米 秒 在进料浆罐再循环 新鲜空气是为三氧化硫向四氧化硫的氧化物转变 同时晶体的石膏 硫酸钙 2H2O 的 后续逐渐的形成 旋风装置是为了除去装置中的石膏 操作参数是典型 的烟气体积流量 700 立方米 秒 入口二氧化硫浓度 14 500 mg Nm3 出口二 氧化硫浓度 400 mg Nm3 体积流量 7 立方米 秒 烟气脱硫系统的细节和 典型的操作条件如表 1 所示 3 结果和讨论结果和讨论 3 1 概况概况 6 Fig 2 增强因子和 pH 沿着塔的长度 在图 2 二氧化硫增强因子和沿浆液的 pH 塔长度的运作提出了有代表性的案例 单位 正如图所示的那样 增强因子获得的最高值 约为 60 在塔的顶部二氧化硫 的浓度最低 增强因子的最低值在塔的底部 10 左右 这是由于亚硫酸盐浓度的增 加的缘故 该模型的结果是与文献提出的假设吻合 由于二氧化硫的吸收作用浆料 的 PH 值从塔顶的 6 降到塔底的 4 8 PH 值的显著改变影响着石灰石的溶解率到塔 的底部达到最大值 沿塔归石灰石溶解率如图 3 显示并且通过观察可以发现 柱状 图从入口到出口溶解率增长了将近 6 倍 Fig 3 脱硫程度以及石灰石沿着塔的高度方向正常溶解速率 在同一图中 脱硫程度的演变 即脱硫率并没有发生多大的变化 这种演变与 文献记载的数据相符合 通过观察可以看出类似于石灰石溶解率的变化意味着气体 脱硫依赖于石灰石溶解度的变化 7 3 2 模型拟合模型拟合 如上所述 这项工作的主要目标是对该系统的长期运行操作的进展情况进行研究 在某些情况下观察发现到 FGD 系统的操作并不是很有效 事实上是由于连接喷雾头 的部分磨损的泵头已经被替换掉了 使用显著的较低平均直径是由于浆液在吸收塔 内的均匀分布 使得预测值与实际中的结果十分吻合 Fig 8 通入塔的二氧化硫的负荷以及出口二氧化硫的浓度的真实值和模拟值 最后 如图 8 所示的那样 操作系统的代表性的数据显示 SO2 的平均压强为 4 82 kg s 该系统的性能得到显着改善因为所有的进料浆泵头都被更掉了 因此 在 吸收塔的出口