[01500579]一种喷淋塔氨法烟气脱硫吸收塔设计和运行的优化计算方法

(1)课题来源与背景 本课题来源于国家自然科学基金项目：基于反应动态平衡的喷淋塔氨法脱硫过程机理研究,项目批准号：51308002 吸收塔是氨法脱硫系统的核心设备,工程上普遍采用喷淋塔吸收烟气中的SO2。目前,我国氨法烟气脱硫喷淋塔的设计和运行主要依据经验控制烟气流速、浆液pH值和停留时间等参数,以及利用CFD软件对喷淋塔的流场分布进行优化,系统在设计和运行的过程中往往容易造成资源浪费或者不能满足技术要求,且容易引起吸收剂氨的挥发性损耗及气溶胶粒子二次污染。 目前,有关氨法脱硫SO2吸收数学模型方面的研究较少,比较典型的主要有：刘恩科建立平衡级数学模型对筛板塔氨法脱硫过程进行了数值模拟（刘恩科. NADS氨-肥法脱硫工艺模拟软件的开发[D]. 上海: 华东理工大学, 2002.）;刘国荣等利用浆液中的总硫和总铵浓度来近似表达气-液界面处SO2的平衡分压,并基于气相传质速率和液相传质速率相等这一基本原理推导出SO2吸收传质速率方程,对喷淋塔氨法脱硫过程进行了数值模拟（刘国荣, 等. 化工学报, 2010, 61（9）: 2463~2467. ）;彭健等采用与刘国荣相似的方法建立数学模型对湿壁塔氨法脱硫过程进行了模拟（彭健,等. 高校化学工程学报, 2011, 25（6）: 1073~1077.）。 氨法脱硫过程中,吸收浆液的pH值沿吸收段高度方向上逐渐下降,液相中+4价硫浓度（SO2、H2SO3、 与 ）及离子之间的平衡均不断变化,SO2吸收是一个动态的过程,上述研究中氨法脱硫SO2吸收模型的气相传质推动力的计算未从气-液动态平衡的角度出发,且对SO2吸收传质系数简化程度较大,只考虑了浆液的物理化学特性,忽略了pH值、流体动力学条件及其它相关因素的综合影响。 因此,研究建立能够反映浆液pH值、烟气流速和液气比等影响氨法脱硫SO2吸收的传质系数表达式,并在此基础上建立数学模型从气液动态平衡的角度准确描述气-液界面SO2的平衡分压及SO2的吸收过程,这对优化氨法脱硫喷淋塔的设计和运行具有重要的理论意义和工程应用价值。 （2）技术原理和性能指标 技术原理：本发明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建立喷淋塔内SO2吸收过程中的气-液间动态平衡关系。在此基础上,结合氨法脱硫SO2吸收传质系数的研究,建立能够反映出喷淋塔氨法脱硫SO2吸收过程的数学模型。利用该模型能够计算不同浆液pH值、烟气流速、液气比、SO2浓度和吸收区高度等工艺条件对氨法脱硫SO2去除率的影响。 性能指标：利用该模型能够计算不同浆液pH值、烟气流速、液气比、SO2浓度和吸收区高度等工艺条件对氨法脱硫SO2去除率的影响,计算值与实验测定值之间的误差小于25%。 （3）技术的创造性与先进性 本发明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。利用该模型可以计算不同浆液pH值、烟气流速、液气比、SO2浓度和吸收区高度等工艺条件对氨法脱硫SO2去除率的影响,能够为优化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。该技术达到国内领先水平。 （4）技术的成熟度,适用范围和安全性 本技术在氨法脱硫工程中进行了检验,可根据要求的脱硫效率实现工艺条件的合理优化,提高系统运行的稳定性和经济性,技术成熟。该技术适用于氨法脱硫领域,技术安全性高。 （5）应用情况及存在问题 目前,该技术与环保公司合作优化氨法脱硫系统的运行,初步获得了良好的效果。该技术的推广应用需要建立示范工程,进一步宣传。 （6）历年获奖情况 暂无获奖