大型石灰石-石膏湿法喷淋脱硫技术研究及工程应用

摘要

随着国家SO<,2>排放标准的严格及国内脱硫市场的发展，石灰石-石膏湿法喷淋脱硫作为一种脱硫效率较高、运行稳定可靠的脱硫技术，得到了广泛的应用。本文依托所承担的烟气脱硫工程，对石灰石-石膏湿法喷淋脱硫技术基本参数选择与物料平衡计算、喷淋吸收塔的气液流场模拟及阻力特性、喷淋吸收塔的设计与运行优化、喷淋吸收塔脱硫过程建模与数值计算等开展研究；并根据工程应用情况及对喷淋脱硫技术的研究结果，采用模糊评价理论对300MW机组喷淋脱硫技术典型工况设计与运行方案进行综合评价与选择。 在本文中对石灰石-石膏湿法喷淋脱硫技术基本参数选择原则进行了分析与讨论；针对物料平衡计算中的热平衡、水平衡、固平衡计算原理进行了分析，并结合具体工程进行了计算，结果表明热平衡计算与国外技术支持商提出数据较为吻合，由于计算涉及到设备特性参数的选取，水平衡与固平衡计算结果有一定差异，但能够满足工程需要。 本文研究表明：CFD技术可应用在喷淋脱硫技术工程设计、运行及优化；应用结构化/非结构化混合网格技术，采用标准κ-ε湍流模型描述塔内烟气湍流运动，颗粒轨道模型跟踪液滴运动，随机漫步模型考察湍流对液滴运动的影响，Rosin-Rammler模型描述液滴的粒径分布，用SIMPLE算法对300MW机组喷淋吸收塔内气液流场情况及不同设计和运行条件下喷淋吸收塔的阻力特性进行了数值模拟，模拟结果表明：浆液喷淋对吸收塔内烟气流场具有整合作用；喷淋区和进出口区是吸收塔内压降构成的主要区域；300MW机组WFGD系统喷淋塔内阻力在烟气量为120×10<'4>Nm<'3>/h、塔径为13m、采用4层喷淋、喷淋层间距为1.7m时约为950Pa，与实际工程测量数据较吻合；塔径和喷淋层数是影响喷淋塔内阻力的重要因素，而喷淋层间距对于塔内阻力影响较小；运行参数-负荷和液气比对喷淋塔内阻力有较大影响。 本文中对WFGD系统喷淋吸收塔及塔内部件的设计与选型进行了分析，并利用CFD技术对喷淋吸收塔及塔内部件几何结构变化对塔内气液流场的影响进行数值模拟研究，模拟结果表明：典型300WM机组喷淋吸收塔径宜取12m；烟气入口向下倾斜将有利于烟气流动的均匀，在工程设计时烟气入口倾角宜按13°～15°考虑；在工程设计时塔入口截面高宽比趋向小值，一般取0.4～0.5；烟气入口区上方设置挡板除有效隔挡喷淋浆液的进入外，还可利于烟气入口区的流场均布，档板宽度宜取0.5m～1.0m；当喷嘴喷淋角度发生变化时喷淋层覆盖率会发生变化，喷淋层间距、喷嘴压降与喷淋角度变化时气液覆盖效果基本不变。 本文对喷淋塔内脱硫过程采用非稳态传质渗透理论建立了数学模型，针对喷淋脱硫技术不同情况下对脱硫效率的影响进行了数值计算，结果表明：浆液池pH值在5.2～5.8范围内变动时，脱硫效率随pH值的增加而增加，脱硫效率可达96％～98％；脱硫效率随着入口SO<,2>浓度的增加而逐渐减小，入口SO<,2>浓度在3000mg/Nm<,3>～4000 mg／Nm<'3>范围内脱硫效率为95％～97％；模型计算结果与现场测试数据均表明随液气比的增加脱硫效率亦增加；脱硫效率随着浆液喷淋量的增加而增加，改变浆液喷淋量到一定程度后对脱硫效率影响下降；脱硫效率随着浆液喷淋强度的增加而增加，在相同浆液喷淋强度下，脱硫效率随着塔径的增加而增加；脱硫效率随着入口烟气流量的增加而逐渐减小，模型计算结果与现场测试数据的最大误差小于1％；300MW机组喷淋吸收塔内烟气流速按3m／s设计，脱硫效率大于95％，而在较低负荷运行（如70％负荷），脱硫效率可达97％～98％；随着浆液粒径的增加，脱硫效率逐渐下降；脱硫效率随着浆液喷出初速度的增加而下降，浆液喷出初速度从3m／s增加到10m／s，脱硫效率将由约99.5％下降到约95.8％；在烟气量937000Nm<'3>／h时，四层喷淋层全部投运的情况下，脱硫效率可达97.38％；三层喷淋层投运情况下，脱硫效率仍超过95％；在三层喷淋层投运情况下，2，3，4层的组合比1，3，4层的组合脱硫效率高约1％。 本文中采用模糊综合评价法，对以喷淋吸收塔直径、塔内烟气流速、液气比、喷淋层间距及pH值为影响因素的诸个300MW机组喷淋脱硫技术设计与运行方案从脱硫效率、单位kw造价、单位kw运行费用等方面进行了综合评价。评价结果表明：采用方案I（即喷淋吸收塔直径11m、塔内烟气流速3.5m／s、液气比16L／Nm<'3>、喷淋层间距1.5m、浆液池pH值5.4）为针对300MW机组喷淋脱硫技术典型工况最佳的设计与运行方案。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

第2章石灰石-石膏湿法喷淋脱硫基本参数分析与计算

第3章WFGD系统喷淋吸收塔流场模拟及阻力特性研究

第4章WFGD系统喷淋吸收塔、塔内部件研究及优化设计

第5章WFGD喷淋吸收塔脱硫过程建模与数值计算

第6章喷淋脱硫技术设计与运行方案的模糊评价

第7章石灰石-石膏湿法喷淋脱硫技术工程应用与优化

第8章全文总结

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢

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