一種結合udf新型火電廠脫硫塔脫硫效率的推算方法及其輔機負荷調整方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種火電廠脫硫塔脫硫效率推算方法及其輔機負荷調整方法，具體是 指一種結合UDF新型火電廠脫硫塔脫硫效率的推算方法及其輔機負荷調整方法。
【背景技術】
[0002] 隨著環保和節能要求日漸提高，越來越多的火電廠進行了節能降耗改造，尤其是 低溫余熱利用。低溫余熱利用會改變鍋爐尾氣的參數，如溫度，流量等，使得原有的鍋爐尾 氣處理設備，特別是煙氣脫硫系統的運行狀況發生變化，即脫硫效率發生變化。當脫硫效率 維持在較高水平時，石灰石漿液用量和所需氧化空氣量隨之減少，可以適當調整循環漿液 栗與氧化風機的負荷，降低廠用電率，提高電廠的經濟效益。經濟效益是低溫余熱利用改造 實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巨大的系統性工程，對各種 設備的原型實驗研究比較困難，成本也很高。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的之一是提供一種結合UDF新型火電廠脫硫塔脫硫效率的推算方法， 該方法利用UDF對二氧化硫吸收過程進行建模，可較為準確地得出脫硫塔的脫硫效率。
[0004] 本發明的這一目的通過如下技術方案來實現的：一種結合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、建立液滴運動模 型步驟、建立二氧化硫吸收模型步驟以及利用FLUENT數值計算軟件求解脫硫塔脫硫效率 步驟，以此得到脫硫塔內二氧化硫濃度場分布，
[0005] 上述各模型的簡化與假設條件如下：
[0006] 對該脫硫塔內煙氣做如下假設：
[0007] 1)不可壓縮牛頓流體；
[0008] 2)理想氣體；
[0009] 對液滴做如下假設：
[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模型簡化：
[0013] 1)不考慮脫硫塔內部噴淋管道對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對脫硫過程的影響，忽視其他氣體的影響；
[0017] 5)液滴蒸發和傳質過程中對煙氣流速和曳力系數沒有影響；
[0018] 7)不考慮CaSO3的氧化與CaSO 4的溶解與結晶過程；
[0019] 8)不考慮漿液池對煙氣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方程對動量守恒控制方程進行描述；據脫硫塔內煙 氣的湍流流動特征，描述脫硫塔內煙氣湍流運動時是運用標準K-ε湍流模型；
[0022] 所述液滴運動模型如下：
[0023] 將漿液液滴視為離散相，并采用拉格朗日法來描述，即選用DPM-Discrete Phase Models模型來跟蹤液滴運動；脫硫塔內的石灰石漿液液滴受到了重力、浮力、曳力等作用， 忽略浮力對液滴的作用，而主要考慮重力和曳力；因此對石灰石漿液液滴受力進行分析，其 運動方程描述如下：
[0024] CD-
[0025] (2)
[0026] 式⑴中
[0027] FD，為漿液液滴受到的單位質量拽力，s 1;
[0028] Ug，煙氣流速，m/s ;
[0029] up，液滴運動速度，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，液滴運動雷諾數；
[0035] 式（2)中Cd是液滴受煙氣的阻力系數，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滲透理論：
[0040] ^so-, = ^cX Pso, ~ ^sofisoi) (4)
[0041] 為二氧化硫的傳質通量，mol/(m2 *s ·) ;K(；為總傳質系數，kmol/(m2 *s *kPa); /?為煙氣中SO2的分壓，Pa ; 為液相二氧化硫物質的量濃度，mol/m3;巧〇2為SO 2的溶 解度系數，Pa · mol 1 · m3;
[0042] KjP 通過下式獲得：
[0043] (5)
[0044] (6)
[0045] 式中：h為氣膜吸收系數，kmo V (m 2 · s · kPa);心2為化學反應增強因子九為液 膜吸收系數，m/s ;Q為煙氣體積流量，m3/h ; 為煙氣中SO2的物質的量，mol ;R為通用氣 體常數，8. 31441X/(mol · Κ) ;T為塔內溫度，K ;
[0046] 為熟化學增強因子由文獻擬合公式所得：
[0047]
(7)
[0048] X為二氧化硫吸收高度，m ;
[0049] h可由FrOsslitig方程和氣相擴散系數(m2/s)的計算公式關聯獲得：
[0050] 無量綱的施伍德數：
[0051] C8)
[0052]
[0053] C9)
[0054] 煙氣和漿液液滴的相對雷諾數：
[0055] (10)
[0056] SO2氣相擴散系數：
[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 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的動力黏度；代入得
[0059] 112)
[0060] 根據滲透理論，液相傳質系I
，tp為滲透時間，s，由文獻里曲線擬合所
得業為SO 2在漿液中的擴散系數，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] 通過聯立以上方程，得到以下公式：[0064] 液膜吸收系數：
(15)
[0066] C16)
[0067] 氣膜吸收系數：
[0068] a?)
[0069] 亨利系數（Kpa):
[0070] E = 2(Τ-273· 15) 2+58(Τ-273· 15)+1676 (18)
[0071] 溶解度系數（Pa · mol 1 · m3):
[0072] (19)
[0073] 化學增強因子馬％= 32·359^α1~，X為二氧化硫吸收高度，m ;
[0074] 液滴表面擴散通量
[0075]
120)：
[0076] 計算體內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為液滴個數；
[0079] 二氧化硫吸收模型的建立采用的是UDF用戶自定義函數進行編譯，即是用戶自編 的程序，與Fluent求解器進行動態連接從而提高求解器性能，通過C語言進行編寫，并使用 DEFINE宏進行定義，由用戶編寫的一段或幾段程序，與Fluent主程序相結合；
[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 >煙氣組分的質量比率，％，x為組分氣體；
[0084] I，湍流強度，％;
[0085] Dh，脫硫塔煙氣入口水力直徑，mm;;
[0086] 以上其中T、V、只均由傳感器在機組特定運行工況下測量得出；
[0087] 然后進行低溫余熱利用工況計算，低溫余熱利用工況計算指的是改變脫硫塔入口 溫度后的模型計算，最終根據脫硫塔進出口二氧化硫濃度計算脫硫效率
[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] 本發明的目的之二是提供一種采用上述結合UDF新型火電廠脫硫塔脫硫效率的 推算方法進行的輔機負荷調整方法，該調整方法通過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，作為調整作為輔機的循環漿液栗和氧化風機運行負荷 及其容量改造的參照。
[0094] 本發明的這一目的通過如下技術方案來實現的：采用上述的推算方法進行的輔機 負荷調整方法，其特征在于：該調整方法還包括求解氧化風機與循環漿液栗所需負荷步驟， 在獲得二氧化硫脫硫效率后，可據此推算出所需石灰石漿液量和所需氧化空氣量，