一种结合udf新型火电厂脱硫塔脱硫效率的推算方法及其辅机负荷调整方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种火电厂脱硫塔脱硫效率推算方法及其辅机负荷调整方法，具体是 指一种结合UDF新型火电厂脱硫塔脱硫效率的推算方法及其辅机负荷调整方法。
【背景技术】
[0002] 随着环保和节能要求日渐提高，越来越多的火电厂进行了节能降耗改造，尤其是 低温余热利用。低温余热利用会改变锅炉尾气的参数，如温度，流量等，使得原有的锅炉尾 气处理设备，特别是烟气脱硫系统的运行状况发生变化，即脱硫效率发生变化。当脱硫效率 维持在较高水平时，石灰石浆液用量和所需氧化空气量随之减少，可以适当调整循环浆液 栗与氧化风机的负荷，降低厂用电率，提高电厂的经济效益。经济效益是低温余热利用改造 实施前所需要论证的重要方面。然而低温余热利用改造是一个巨大的系统性工程，对各种 设备的原型实验研究比较困难，成本也很高。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的之一是提供一种结合UDF新型火电厂脱硫塔脱硫效率的推算方法， 该方法利用UDF对二氧化硫吸收过程进行建模，可较为准确地得出脱硫塔的脱硫效率。
[0004] 本发明的这一目的通过如下技术方案来实现的：一种结合UDF新型火电厂脱硫塔 脱硫效率的推算方法，其特征在于：所述推算方法包括建立湍流模型步骤、建立液滴运动模 型步骤、建立二氧化硫吸收模型步骤以及利用FLUENT数值计算软件求解脱硫塔脱硫效率 步骤，以此得到脱硫塔内二氧化硫浓度场分布，
[0005] 上述各模型的简化与假设条件如下：
[0006] 对该脱硫塔内烟气做如下假设：
[0007] 1)不可压缩牛顿流体；
[0008] 2)理想气体；
[0009] 对液滴做如下假设：
[0010] 1)液滴直径服从Rosin-Rammler分布；
[0011] 2)刚性球形；
[0012] 烟气与液滴两相流动模型简化：
[0013] 1)不考虑脱硫塔内部喷淋管道对烟气液滴流量的影响；
[0014] 2)不考虑气液两相间的传热及与脱硫塔壁的传热；
[0015] 3)忽略液滴间的碰撞、破碎和聚合；
[0016] 4)只考虑烟气SO2对脱硫过程的影响，忽视其他气体的影响；
[0017] 5)液滴蒸发和传质过程中对烟气流速和曳力系数没有影响；
[0018] 7)不考虑CaSO3的氧化与CaSO 4的溶解与结晶过程；
[0019] 8)不考虑浆液池对烟气302的吸收；
[0020] 上述各模型建立如下：
[0021] 湍流模型采用雷诺平均的N-S方程对动量守恒控制方程进行描述；据脱硫塔内烟 气的湍流流动特征，描述脱硫塔内烟气湍流运动时是运用标准K-ε湍流模型；
[0022] 所述液滴运动模型如下：
[0023] 将浆液液滴视为离散相，并采用拉格朗日法来描述，即选用DPM-Discrete Phase Models模型来跟踪液滴运动；脱硫塔内的石灰石浆液液滴受到了重力、浮力、曳力等作用， 忽略浮力对液滴的作用，而主要考虑重力和曳力；因此对石灰石浆液液滴受力进行分析，其 运动方程描述如下：
[0024] CD-
[0025] (2)
[0026] 式⑴中
[0027] FD，为浆液液滴受到的单位质量拽力，s 1;
[0028] Ug，烟气流速，m/s ;
[0029] up，液滴运动速度，m/s ;
[0030] g，重力加速度，m/s2;
[0031 ] P p，浆液液滴密度，kg/m3;
[0032] P g，烟气密度，kg/m3;
[0033] dp，浆液液滴直径，m;
[0034] Re，液滴运动雷诺数；
[0035] 式（2)中Cd是液滴受烟气的阻力系数，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传质渗透理论：
[0040] ^so-, = ^cX Pso, ~ ^sofisoi) (4)
[0041] 为二氧化硫的传质通量，mol/(m2 *s ·) ;K(；为总传质系数，kmol/(m2 *s *kPa); /?为烟气中SO2的分压，Pa ; 为液相二氧化硫物质的量浓度，mol/m3;巧〇2为SO 2的溶 解度系数，Pa · mol 1 · m3;
[0042] KjP 通过下式获得：
[0043] (5)
[0044] (6)
[0045] 式中：h为气膜吸收系数，kmo V (m 2 · s · kPa);心2为化学反应增强因子九为液 膜吸收系数，m/s ;Q为烟气体积流量，m3/h ; 为烟气中SO2的物质的量，mol ;R为通用气 体常数，8. 31441X/(mol · Κ) ;T为塔内温度，K ;
[0046] 為熟化学增强因子由文献拟合公式所得：
[0047]
(7)
[0048] X为二氧化硫吸收高度，m ;
[0049] h可由FrOsslitig方程和气相扩散系数(m2/s)的计算公式关联获得：
[0050] 无量纲的施伍德数：
[0051] C8)
[0052]
[0053] C9)
[0054] 烟气和浆液液滴的相对雷诺数：
[0055] (10)
[0056] SO2气相扩散系数：
[0057] (m
[0058] 式中d液滴直径，m ;ug烟气速度，m/s ;M _、i叫分别为空气和二氧化硫的摩尔质 量，分别为29g/m〇l、64g/m〇l ;Valp 分别为空气与SO2的摩尔体积，0. 0224cm 3/m〇l，udS 液滴降落速度，4?为SO2的动力黏度；代入得
[0059] 112)
[0060] 根据渗透理论，液相传质系I
，tp为渗透时间，s，由文献里曲线拟合所
得业为SO 2在浆液中的扩散系数，m 2/s ; μ 水的黏度，MPa · s ;V _是空 气的分子体积，22400cm3/mol ;[0061] μ L= 99. 257e α012(τ 273·15) (13)
[0062] (14)
[0065]
[0063] 通过联立以上方程，得到以下公式：[0064] 液膜吸收系数：
(15)
[0066] C16)
[0067] 气膜吸收系数：
[0068] a?)
[0069] 亨利系数（Kpa):
[0070] E = 2(Τ-273· 15) 2+58(Τ-273· 15)+1676 (18)
[0071] 溶解度系数（Pa · mol 1 · m3):
[0072] (19)
[0073] 化学增强因子馬％= 32·359^α1~，X为二氧化硫吸收高度，m ;
[0074] 液滴表面扩散通量
[0075]
120)：
[0076] 计算体内二氧化硫总摩尔浓度变化率Fso4由式（21)确定：
[0077] C 21)
[0078] 式（21)中D为脱硫塔的直径，m ;h为脱硫塔高度，m ;n为液滴个数；
[0079] 二氧化硫吸收模型的建立采用的是UDF用户自定义函数进行编译，即是用户自编 的程序，与Fluent求解器进行动态连接从而提高求解器性能，通过C语言进行编写，并使用 DEFINE宏进行定义，由用户编写的一段或几段程序，与Fluent主程序相结合；
[0080] 二氧化硫吸收模型的边界条件在fluent界面里输入，主要参数有：
[0081] T，脱硫塔入口烟气温度，K ;
[0082] V，入口烟气流速，m/s ;
[0083] 魏 >烟气组分的质量比率，％，x为组分气体；
[0084] I，湍流强度，％;
[0085] Dh，脱硫塔烟气入口水力直径，mm;;
[0086] 以上其中T、V、只均由传感器在机组特定运行工况下测量得出；
[0087] 然后进行低温余热利用工况计算，低温余热利用工况计算指的是改变脱硫塔入口 温度后的模型计算，最终根据脱硫塔进出口二氧化硫浓度计算脱硫效率
[0088]
(22)
[0089] 式（22) cWa为脱硫塔入口二氧化硫浓度，g/N m3; 为脱硫塔出口^氧化硫 浓度，g/Nm3;
[0090] 烟气中SOJ^除量，g/h :
[0091]
(23)
[0092] 式（23)中~，为二氧化硫脱硫效率，Q% _为脱硫塔入口烟气量，Nm3/h。
[0093] 本发明的目的之二是提供一种采用上述结合UDF新型火电厂脱硫塔脱硫效率的 推算方法进行的辅机负荷调整方法，该调整方法通过采用上述获得的脱硫效率，推算出所 需石灰石浆液量和所需氧化空气量，作为调整作为辅机的循环浆液栗和氧化风机运行负荷 及其容量改造的参照。
[0094] 本发明的这一目的通过如下技术方案来实现的：采用上述的推算方法进行的辅机 负荷调整方法，其特征在于：该调整方法还包括求解氧化风机与循环浆液栗所需负荷步骤， 在获得二氧化硫脱硫效率后，可据此推算出所需石灰石浆液量和所需氧化空气量，