火力发电厂脱硫系统液固两相流仿真建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及火力发电厂污染物控制技术领域，特别是涉及一种火力发电厂脱硫系 统液固两相流仿真建模方法。
【背景技术】
[0002] 近些年来，随着电力事业的飞速发展，火力发电厂的火电装机总容量也随之增加， 这大大增加了火电厂的耗煤量。耗煤量的大量增加，由煤燃烧产生的污染物，像飞灰、氮氧 化物和二氧化硫对环境的污染也变得愈来愈严重，因此，严格控制燃煤产生的污染物的排 放成为电力事业发展的重要组成部分。
[0003] 火力发电厂锅炉尾部烟气中的二氧化硫排放量控制是治理大气污染物的重要一 环，而石灰石-石膏湿法脱硫工艺是当前应用范围最广、工艺技术最成熟的标准脱硫工艺 技术。石灰石-石膏湿法脱硫工艺是湿法脱硫的一种，是当前大机组火电厂烟气脱硫的基 本工艺，它采用价廉易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混 合搅拌成吸收浆液，当采用石灰为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水制成吸收剂浆液；在 吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧 化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏；脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细 小液滴，经换热器加热升温后排入烟囱；脱硫石膏浆经过脱水装置脱水后进行回收。通过上 述操作，可以大大降低煤燃烧排放的烟气对环境的污染程度；电站仿真机可以对火力发电 厂脱硫系统内部的实际运行情况进行模拟，并获取相应的数据，便于工程技术人员掌握火 力发电厂脱硫系统内部的运行情况。
[0004] 现有的电站仿真机对火力发电厂脱硫系统采用的仿真建模方法，现有的电站仿真 机采用的仿真建模方法只能获取火力发电厂脱硫系统的静态数据，来对火力发电厂脱硫系 统的脱硫效率进行计算，无法实时反映火力发电厂脱硫系统内部的运行情况。
【发明内容】
[0005] 基于此，有必要针对现有的电站仿真机采用的仿真建模方法只能获取火力发电厂 脱硫系统的静态数据，无法实时反映火力发电厂脱硫系统内部的运行情况的技术问题，提 供一种火力发电厂脱硫系统液固两相流仿真建模方法。
[0006] -种火力发电厂脱硫系统液固两相流仿真建模方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤S1，建立火力发电厂脱硫系统液固两相流的等效物理模型；
[0008] 在上述步骤的等效物理模型中，火力发电厂脱硫系统包括：吸收塔、浆液栗、浆液 箱、搅拌器、控制开关的阀门和连接各个组成部分的管道等；通过建立上述火力发电厂脱硫 系统液固两相流的等效物理模型，将火力发电厂脱硫系统液固两相流现场的运行情况实时 地反映在所述等效物理模型上，可以实时计算脱硫系统各环节浆液情况和脱硫效果，模拟 火力发电厂脱硫系统机组的实际运行情况，并为工程技术人员提供无损实验数据。
[0009] 步骤S2,选择对火力发电厂脱硫系统液固两相流进行有效控制的工艺操作参数， 设为等效模型的输入变量；
[0010] 在步骤S2中，所述等效模型的输入变量可以是浆液箱内的石膏质量浓度、通过脱 硫系统的原烟气总体积等。
[0011] 步骤S3,根据所述输入变量和预设脱硫效率，计算浆液槽内平衡氢离子浓度；
[0012] 在步骤S3中，根据步骤S2的输入变量和预设脱硫效率，计算浆液槽内平衡氢离子 浓度。在本步骤中，可以将浆液区看作全混流反应器，浆液槽内的浆液具有均一的浓度和温 度分布，二氧化硫在石灰石浆液中吸收反应的反应机理如下所示：
[0013]
[0014]
[0015]
[0016] 上式干的i"供Γ吊'双甘別73 :心=mwy，Re= 7· 69E9, Ksp= 12692. 5。
[0017] 根据上述二氧化硫在石灰石浆液中吸收反应的反应机理，可知，浆液中氢离子浓 度的增量等于浆液槽中生成的氢离子浓度减去在反映过程中消耗的氢离子浓度。因此，浆 液槽内平衡氢离子浓度可以通过下式进行计算：
[0018]
[0019] 其中，仏+表示浆液中平衡氢离子浓度，^^表示从烟气中脱除的二氧化硫体积 量，％表示0 &〇)3的消耗量，表示CaCO3的摩尔分数，Vc浆液槽中浆液体积，V表示 原烟气的总体积，·?、〃_表示脱硫效率，yin表示进口原烟气进口二氧化硫的体积分数，Wlni表 示含石灰石浆液量，mlni表示含石灰石浆液质量浓度，me表示浆液槽中浆液质量，P。表示浆 液槽中浆液密度。
[0020] 步骤S4,根据所述浆液槽内平衡氢离子浓度，计算循环浆液中二氧化硫摩尔分 数；
[0021] 在步骤S4中，根据步骤S3计算得到的浆液槽内平衡氢离子浓度，计算循环浆液中 二氧化硫的摩尔分数，可以采用如下公式：
[0022]
[0023] 其中，Xin表示循环浆液中二氧化硫的摩尔分数，Θ表示浆液中剩余二氧化硫的摩 尔分数与平衡氢离子摩尔分数的平衡系数，1^表示浆液的摩尔质量。
[0024] 步骤S5,根据所述循环浆液中二氧化硫摩尔分数，计算脱硫系统液固两相流的脱 硫效率；
[0025] 在步骤S5中，根据步骤S4计算得到的循环浆液中二氧化硫摩尔分数，计算脱硫系 统液固两相流的脱硫效率。
[0026] 步骤S6,判断所述脱硫效率是否和预设脱硫效率一致；若是，执行步骤S7 ;若否， 将所述脱硫效率替换预设脱硫效率，重复执行步骤S3~S6,直到所述脱硫效率达到预设脱 硫效率为止，执彳丁步骤S7 ;
[0027] 步骤S7,将所述等效物理模型设为火力发电厂脱硫系统液固两相流的仿真模型， 结束仿真操作。
[0028] 上述火力发电厂脱硫系统液固两相流仿真建模方法，根据进入吸收塔的烟气中的 二氧化硫与加入吸收塔内的石灰石在石灰石浆液中吸收反应的反应机理，计算浆液槽内平 衡氢离子浓度；然后，根据浆液槽内平衡氢离子浓度和预设脱硫效率，计算得到循环浆液中 二氧化硫摩尔分数；最后，根据进口原烟气进口二氧化硫的体积分数和出口净烟气二氧化 硫的体积分数，计算出脱硫系统液固两相流的脱硫效率；若所述脱硫效率和预设脱硫效率 不一致，则将所述脱硫效率替换预设脱硫效率，重复计算脱硫系统的脱硫效率的步骤，直到 所述脱硫效率与预设脱硫效率一致为止，然后将所述等效物理模型设为火力发电厂脱硫系 统液固两相流的仿真模型，结束仿真操作；所述火力发电厂脱硫系统液固两相流仿真建模 方法，通过对火力发电厂脱硫系统中浆液槽内平衡氢离子浓度、循环浆液中二氧化硫摩尔 分数以及脱硫效率的数据进行实时计算，使得工程技术人员能够得到无损实验数据，便于 掌握火力发电厂脱硫系统内部的实时运彳丁情况，也为提尚脱硫系统的脱硫效率提供参考依 据。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明的其中一个实施例的火力发电厂脱硫系统液固两相流仿真建模方 法流程图；
[0030] 图2为本发明的另一个实施例的计算火力发电厂脱硫系统脱硫效率的方法流程 图；
[0031] 图3为应用本发明的其中一个实施例的火力发电厂脱硫系统液固两相流仿真建 模方法对火力发电厂脱硫系统进行实时控制的方法流程图。
【具体实施方式】
[0032] 为了更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳 实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。
[0033] 如图1所示，图1为本发明的其中一个实施例的火力发电厂脱硫系统液固两相流 仿真建模方法流程图；
[0034] -种火力发电厂脱硫系统液固两相流仿真建模方法，包括如下步骤：
[0035] 步骤S1，建立火力发电厂脱硫系统液固两相流的等效物理模型；
[0036] 步骤S2,选择对火力发电厂脱硫系统液固两相流进行有效控制的工艺操作参数， 设为等效模型的输入变量；
[0037] 步骤S3,根据所述输入变量和预设脱硫效率，计算浆液槽内平衡氢离子浓度；
[0038] 步骤S4,根据所述浆液槽内平衡氢离子浓度，计算循环浆液中二氧化硫摩尔分 数；
[0039] 步骤S5,根据所述循环浆液中二氧化硫摩尔分数，计算脱硫系统液固两相流的脱 硫效率；
[0040] 步骤S6,判断所述脱硫效率是否和预设脱硫效率一致；若是，执行步骤S7 ;若否， 将所述脱硫效率置为预设脱硫效率，重复步骤S3~S6,直到所述脱硫效率达到预设脱硫效 率为止，执行步骤S7 ;
[0041] 步骤S7,将所述等效物理模型设为火力发电厂脱硫系统液固两相流的仿真模型， 结束仿真操作。
[0042] 通过上述步骤，本发明的火力发电厂脱硫系统液固两相流仿真建模方法，通过为 工程技术人员提供无损实验数据，准确地反映火力发电厂脱硫系统的实时运行情况，更为 火力发电厂脱硫系统的完善提供参考依据。
[0043] 在其中一个实施例中，本发明的脱硫系统液固两相流仿真建模方法，所述根据所 述输入变量和预设脱硫效率，计算浆液槽内平衡氢离子浓度，可以采用如下的公式进行计 算：
[0044]
[0045] 其中，Cf表示浆液中平衡氢离子浓度，匕〇2表示从烟气中脱除的二氧化硫体积 量，表示0&〇)3的消耗量，Mcsc03表示CaCO 3的摩尔分数，V e浆液槽中浆液体积，V表 示原烟气的总体积，&〃:表示脱硫效率，yin表示进口原烟气进口二氧化硫的体积分数，Wlni 表示含石灰石浆液量，mlni表示含石灰石浆液质量浓度，me表示浆液槽中浆液质量，P。表示 浆液槽中浆液密度。
[0046] 在其中一个实施例中，本发明的脱硫系统液固两相流仿真建模方法，所述根据所 述浆液槽内平衡氢离子浓度，计算循环浆液中二氧化硫的摩尔分数，可以采用如下的公式 进行计算：
[0047]
[0048] 其中，Xin表示循环浆液中二氧化硫的摩尔分数，Θ表示浆液中剩余二氧化硫的摩 尔分数与平衡氢离子摩尔分数的平衡系数，1^表示浆液的摩尔质量。
[0049] 图2为本发明的另一个实施例的计算火力发电厂脱硫系统脱硫效率的方法流程 图，由于气体吸收过程是传质控制过程，因此，气体吸收过程的脱硫效率的计算可以从上层 到下层进行。
[0050] 在其中一个实施例中，本发明的脱硫系统液固两相流仿真建模方法，所述根据所 述循环浆液中二氧化硫摩尔分数，计算脱硫系统液固两相流的脱硫效率的步骤包括：
[0051] S501 :计算火力发电厂脱硫系统的传质单元高度；
[0052] S502 :根据所述传质单元高度，计算火力发电厂脱硫系统的传质单元数；
[0053] S503