湿法烟气脱硫的理论和实验研究_湿壁塔烟气脱硫数学模型.pdf

第23卷第1期南京理工大学学报Vol.23No.1
1999年2月JournalofNanjingUniversityofScienceandTechnologyFeb.1999

湿法烟气脱硫的理论和实验研究()
湿壁塔烟气脱硫数学模型

钟秦
(南京理工大学化工学院,南京210094)

摘要以中试湿壁塔为基础,一个通用型湿法烟气脱硫(WFGD)模型被发展。该
-
模型包含一个总反应器模型和4个速率控制步骤,即SO2的吸收、HSO3的氧化、
-
石灰石的溶解和石膏的结晶。WFGD中所有重要的组分:SO2(g)、SO2(aq)、HSO3、
2--2--2-2+2+
SO3、HSO4、SO4、CO2(g)、CO2(aq)、HCO3、CO3、Ca、CaCO3(s)、Mg、O2(g)、
+-
O2(aq)、CaSO42H2O、H2O、H和OH均在模型中被考虑。该建模方法可应用于其
它类型湿法烟气脱硫装置的设计中。
关键词烟气脱硫,湿壁塔反应器,数学模型,石灰石
分类号X511

从1969年Ramadhandran和Sharma提出石灰石湿法烟气脱硫(WFGD)模型以来[1],有
大量的模型被提出,但大多数模型限制条件较多,仅适合于某一WFGD过程[2~5],仅少数模
型如Gerbec等提出的喷淋塔WFGD模型考虑了WFGD所含的各个过程[6]。现以中试湿
壁塔为基础[7],旨在建立一个包含所有速率控制步骤、反应器和主要反应组份或离子的
WFGD数学模型,为实验数据的理论解释和工业湿壁脱硫塔的设计提供理论依据。

1WFGD过程化学和质量传递

对于强制氧化模式的WFGD过程,化学反应较为复杂[7]。湿壁吸收塔和持液槽为三相
反应器,脱硫反应速率取决于4个速率控制步骤,如图1所示。

2数学模型的建立

21CO2、O2和SO2的吸收
[8]
在吸收塔中,由于CO2和O2为难溶气体,其气液传质过程为液相传质控制,吸收速

本文于1998年6月12日收到
*国家留学基金资助项目及江苏省青年基金项目
钟秦男35岁博士
2南京理工大学学报第23卷第1期

率为

kL,BaA(pB/HB-CB)
NB=(1)
fL
式中,kL为液相传质系数;aA为气液比表面积;fL为塔中浆液体积与塔体积比,fL=4A/

dt;CB为CO2或O2在液相中的浓度,;pB为组分B的气相分压;H为亨利系数。对于SO2
从气相主体到液相主体的传质速率可表示为

KG,SOaA(pSO-HSOCSO)
2222
NSO=(2)
2fL

HSO
112[9]
式中,=+,ESO为SO2的增强因子,按Chang和Rochelle的定义:
KG,SOkG,SOESOkL,SO2
2222

FSOFSOL
22
ESO==(3)
2kL,SO(CSO-CSO)DL,SO(CSO,i-CSO)
22i2222

式中,FSO为SO2的流动通量;DL为液相扩散系数;L为液膜厚度。
2

在持液槽中,强制氧化空气中O2和CO2气体被吸收,吸收速率为

NB=EBkL,BaT(pB/HB-CB)(4)

实验中发现部分SO2在该槽中被吸收,其吸收速率可表为

NSO=Ka(pSO-HSOCSO)(5)
2G,SO2T222
烟气或强制氧化空气液相固相速率控制步骤

+-
SO2+H2OH+HSO3()
SO2SO2吸收
-+2-
HSO3H+SO3()

--
HSO3+1/2O2HSO4()
-
O2HSO3氧化
-2-+
HSO4SO4+H()

2+2-
Ca+CO3
-+
CO2+H2OHCO3+H()
CO2CaCO3石灰石的溶解
-2-+
HCO3CO3+H()
+-
H2OH+OH()

2+2-
Ca+SO4+2H2O()CaSO42H2O石膏的结晶
图1WFGD过程化学和质量传递示意图
Fig1SchematicillustrationofwetFGDchemistryandmasstransportphenomena

-
22HSO3的氧化
-2+
对于pH为45~55条件下,HSO3在Mn(石灰石中的杂质)的催化下,其氧化动力
学方程式可表达为
3/21/2
-2+
-rHSO=ROX=kOXCHSOCMnCO(6)
332

--
式中,-rHSO为HSO3的氧化速率