一種結(jié)合udf新型火電廠脫硫塔脫硫效率的推算方法及其輔機(jī)負(fù)荷調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種火電廠脫硫塔脫硫效率推算方法及其輔機(jī)負(fù)荷調(diào)整方法，具體是 指一種結(jié)合UDF新型火電廠脫硫塔脫硫效率的推算方法及其輔機(jī)負(fù)荷調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)保和節(jié)能要求日漸提高，越來(lái)越多的火電廠進(jìn)行了節(jié)能降耗改造，尤其是 低溫余熱利用。低溫余熱利用會(huì)改變鍋爐尾氣的參數(shù)，如溫度，流量等，使得原有的鍋爐尾 氣處理設(shè)備，特別是煙氣脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行狀況發(fā)生變化，即脫硫效率發(fā)生變化。當(dāng)脫硫效率 維持在較高水平時(shí)，石灰石漿液用量和所需氧化空氣量隨之減少，可以適當(dāng)調(diào)整循環(huán)漿液 栗與氧化風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，降低廠用電率，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)效益是低溫余熱利用改造 實(shí)施前所需要論證的重要方面。然而低溫余熱利用改造是一個(gè)巨大的系統(tǒng)性工程，對(duì)各種 設(shè)備的原型實(shí)驗(yàn)研究比較困難，成本也很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的之一是提供一種結(jié)合UDF新型火電廠脫硫塔脫硫效率的推算方法， 該方法利用UDF對(duì)二氧化硫吸收過(guò)程進(jìn)行建模，可較為準(zhǔn)確地得出脫硫塔的脫硫效率。
[0004] 本發(fā)明的這一目的通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種結(jié)合UDF新型火電廠脫硫塔 脫硫效率的推算方法，其特征在于：所述推算方法包括建立湍流模型步驟、建立液滴運(yùn)動(dòng)模 型步驟、建立二氧化硫吸收模型步驟以及利用FLUENT數(shù)值計(jì)算軟件求解脫硫塔脫硫效率 步驟，以此得到脫硫塔內(nèi)二氧化硫濃度場(chǎng)分布，
[0005] 上述各模型的簡(jiǎn)化與假設(shè)條件如下：
[0006] 對(duì)該脫硫塔內(nèi)煙氣做如下假設(shè)：
[0007] 1)不可壓縮牛頓流體；
[0008] 2)理想氣體；
[0009] 對(duì)液滴做如下假設(shè)：
[0010] 1)液滴直徑服從Rosin-Rammler分布；
[0011] 2)剛性球形；
[0012] 煙氣與液滴兩相流動(dòng)模型簡(jiǎn)化：
[0013] 1)不考慮脫硫塔內(nèi)部噴淋管道對(duì)煙氣液滴流量的影響；
[0014] 2)不考慮氣液兩相間的傳熱及與脫硫塔壁的傳熱；
[0015] 3)忽略液滴間的碰撞、破碎和聚合；
[0016] 4)只考慮煙氣SO2對(duì)脫硫過(guò)程的影響，忽視其他氣體的影響；
[0017] 5)液滴蒸發(fā)和傳質(zhì)過(guò)程中對(duì)煙氣流速和曳力系數(shù)沒(méi)有影響；
[0018] 7)不考慮CaSO3的氧化與CaSO 4的溶解與結(jié)晶過(guò)程；
[0019] 8)不考慮漿液池對(duì)煙氣302的吸收；
[0020] 上述各模型建立如下：
[0021] 湍流模型采用雷諾平均的N-S方程對(duì)動(dòng)量守恒控制方程進(jìn)行描述；據(jù)脫硫塔內(nèi)煙 氣的湍流流動(dòng)特征，描述脫硫塔內(nèi)煙氣湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)是運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)K-ε湍流模型；
[0022] 所述液滴運(yùn)動(dòng)模型如下：
[0023] 將漿液液滴視為離散相，并采用拉格朗日法來(lái)描述，即選用DPM-Discrete Phase Models模型來(lái)跟蹤液滴運(yùn)動(dòng)；脫硫塔內(nèi)的石灰石漿液液滴受到了重力、浮力、曳力等作用， 忽略浮力對(duì)液滴的作用，而主要考慮重力和曳力；因此對(duì)石灰石漿液液滴受力進(jìn)行分析，其 運(yùn)動(dòng)方程描述如下：
[0024] CD-
[0025] (2)
[0026] 式⑴中
[0027] FD，為漿液液滴受到的單位質(zhì)量拽力，s 1;
[0028] Ug，煙氣流速，m/s ;
[0029] up，液滴運(yùn)動(dòng)速度，m/s ;
[0030] g，重力加速度，m/s2;
[0031 ] P p，漿液液滴密度，kg/m3;
[0032] P g，煙氣密度，kg/m3;
[0033] dp，漿液液滴直徑，m;
[0034] Re，液滴運(yùn)動(dòng)雷諾數(shù)；
[0035] 式（2)中Cd是液滴受煙氣的阻力系數(shù)，其采用的是以下模型；
[0036] Re < 1， Cd= 24/Re
[0037] Re 彡 1000，Cd= [1+(Re/6) ] X (24/Re)
[0038] Re 彡 1000， Cd= 0. 54 (3)
[0039] 所述二氧化硫吸收模型采用的是傳質(zhì)滲透理論：
[0040] ^so-, = ^cX Pso, ~ ^sofisoi) (4)
[0041] 為二氧化硫的傳質(zhì)通量，mol/(m2 *s ·) ;K(；為總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2 *s *kPa); /?為煙氣中SO2的分壓，Pa ; 為液相二氧化硫物質(zhì)的量濃度，mol/m3;巧〇2為SO 2的溶 解度系數(shù)，Pa · mol 1 · m3;
[0042] KjP 通過(guò)下式獲得：
[0043] (5)
[0044] (6)
[0045] 式中：h為氣膜吸收系數(shù)，kmo V (m 2 · s · kPa);心2為化學(xué)反應(yīng)增強(qiáng)因子九為液 膜吸收系數(shù)，m/s ;Q為煙氣體積流量，m3/h ; 為煙氣中SO2的物質(zhì)的量，mol ;R為通用氣 體常數(shù)，8. 31441X/(mol · Κ) ;T為塔內(nèi)溫度，K ;
[0046] 為熟化學(xué)增強(qiáng)因子由文獻(xiàn)擬合公式所得：
[0047]
(7)
[0048] X為二氧化硫吸收高度，m ;
[0049] h可由FrOsslitig方程和氣相擴(kuò)散系數(shù)(m2/s)的計(jì)算公式關(guān)聯(lián)獲得：
[0050] 無(wú)量綱的施伍德數(shù)：
[0051] C8)
[0052]
[0053] C9)
[0054] 煙氣和漿液液滴的相對(duì)雷諾數(shù)：
[0055] (10)
[0056] SO2氣相擴(kuò)散系數(shù)：
[0057] (m
[0058] 式中d液滴直徑，m ;ug煙氣速度，m/s ;M _、i叫分別為空氣和二氧化硫的摩爾質(zhì) 量，分別為29g/m〇l、64g/m〇l ;Valp 分別為空氣與SO2的摩爾體積，0. 0224cm 3/m〇l，udS 液滴降落速度，4?為SO2的動(dòng)力黏度；代入得
[0059] 112)
[0060] 根據(jù)滲透理論，液相傳質(zhì)系I
，tp為滲透時(shí)間，s，由文獻(xiàn)里曲線擬合所
得業(yè)為SO 2在漿液中的擴(kuò)散系數(shù)，m 2/s ; μ 水的黏度，MPa · s ;V _是空 氣的分子體積，22400cm3/mol ;[0061] μ L= 99. 257e α012(τ 273·15) (13)
[0062] (14)
[0065]
[0063] 通過(guò)聯(lián)立以上方程，得到以下公式：[0064] 液膜吸收系數(shù)：
(15)
[0066] C16)
[0067] 氣膜吸收系數(shù)：
[0068] a?)
[0069] 亨利系數(shù)（Kpa):
[0070] E = 2(Τ-273· 15) 2+58(Τ-273· 15)+1676 (18)
[0071] 溶解度系數(shù)（Pa · mol 1 · m3):
[0072] (19)
[0073] 化學(xué)增強(qiáng)因子馬％= 32·359^α1~，X為二氧化硫吸收高度，m ;
[0074] 液滴表面擴(kuò)散通量
[0075]
120)：
[0076] 計(jì)算體內(nèi)二氧化硫總摩爾濃度變化率Fso4由式（21)確定：
[0077] C 21)
[0078] 式（21)中D為脫硫塔的直徑，m ;h為脫硫塔高度，m ;n為液滴個(gè)數(shù)；
[0079] 二氧化硫吸收模型的建立采用的是UDF用戶自定義函數(shù)進(jìn)行編譯，即是用戶自編 的程序，與Fluent求解器進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接從而提高求解器性能，通過(guò)C語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，并使用 DEFINE宏進(jìn)行定義，由用戶編寫(xiě)的一段或幾段程序，與Fluent主程序相結(jié)合；
[0080] 二氧化硫吸收模型的邊界條件在fluent界面里輸入，主要參數(shù)有：
[0081] T，脫硫塔入口煙氣溫度，K ;
[0082] V，入口煙氣流速，m/s ;
[0083] 魏 >煙氣組分的質(zhì)量比率，％，x為組分氣體；
[0084] I，湍流強(qiáng)度，％;
[0085] Dh，脫硫塔煙氣入口水力直徑，mm;;
[0086] 以上其中T、V、只均由傳感器在機(jī)組特定運(yùn)行工況下測(cè)量得出；
[0087] 然后進(jìn)行低溫余熱利用工況計(jì)算，低溫余熱利用工況計(jì)算指的是改變脫硫塔入口 溫度后的模型計(jì)算，最終根據(jù)脫硫塔進(jìn)出口二氧化硫濃度計(jì)算脫硫效率
[0088]
(22)
[0089] 式（22) cWa為脫硫塔入口二氧化硫濃度，g/N m3; 為脫硫塔出口^氧化硫 濃度，g/Nm3;
[0090] 煙氣中SOJ^除量，g/h :
[0091]
(23)
[0092] 式（23)中~，為二氧化硫脫硫效率，Q% _為脫硫塔入口煙氣量，Nm3/h。
[0093] 本發(fā)明的目的之二是提供一種采用上述結(jié)合UDF新型火電廠脫硫塔脫硫效率的 推算方法進(jìn)行的輔機(jī)負(fù)荷調(diào)整方法，該調(diào)整方法通過(guò)采用上述獲得的脫硫效率，推算出所 需石灰石漿液量和所需氧化空氣量，作為調(diào)整作為輔機(jī)的循環(huán)漿液栗和氧化風(fēng)機(jī)運(yùn)行負(fù)荷 及其容量改造的參照。
[0094] 本發(fā)明的這一目的通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：采用上述的推算方法進(jìn)行的輔機(jī) 負(fù)荷調(diào)整方法，其特征在于：該調(diào)整方法還包括求解氧化風(fēng)機(jī)與循環(huán)漿液栗所需負(fù)荷步驟， 在獲得二氧化硫脫硫效率后，可據(jù)此推算出所需石灰石漿液量和所需氧化空氣量，