[发明专利]氨法脱硫吸收产物+4价硫氧化系统及其优化调控方法

摘要

本发明公开了一种氨法脱硫吸收产物+4价硫氧化系统及其优化调控方法，属于大气污染治理技术领域。本发明中首先确定了氨法脱硫系统中的模型参数；输入上述模型参数，并设定一初始pH值、氧化空气量Q以及S4+和S6+的初始浓度，利用+4价硫的氧化率模型计算浆液池内+4价硫的氧化率；将计算得到的+4价硫氧化率带入进行检验，若不成立，则调整和的值重新计算，直至成立，并将得到的氧化率与工程中的设定值进行比较，并通过调整模型中的pH值、氧化空气量Q、和的值，使+4价硫的氧化率能够满足工程要求。本发明中的氧化率模型能够对氨法脱硫吸收产物+4价硫氧化系统的设计和运行提供理论指导，进而提高氨法脱硫技术的稳定性和经济性。

主权项

一种氨法脱硫吸收产物+4价硫氧化系统的优化调控方法，其步骤为：步骤一、确定如下模型参数：氨法脱硫系统喷淋塔的DR、G、F、Q，以及喷淋塔底部浆液池(501)内浆液的pH、CS、V、tr、μL和σL；其中，DR为氨法脱硫系统喷淋塔的直径，通过测量直接获得，单位为m；G为由烟气进口(503)进入喷淋塔内的待处理烟气的烟气流率，通过烟气在线监测系统测得，单位为m3·s‑1；和分别为喷淋塔烟气进口(503)和净烟气出口(506)烟气中SO2的浓度，由烟气在线监测系统测得，单位为mg·m‑3；F为喷淋塔内的液气比，为系统运行的设定值，单位为L·m‑3；Q为喷淋塔浆液池(501)内的氧化空气量，其值为理论空气量Q0的1～4倍，单位为m3·s‑1；pH为浆液池(501)内浆液的pH值；CS为浆液池(501)内浆液的总硫浓度，为+4价硫浓度和+6价硫浓度之和，其单位为mol·L‑1；V为浆液池(501)内浆液的体积，通过调整浆液池(501)内浆液的停留时间tr进行控制，V＝60trLin，单位为m3，该式中的Lin为通过喷淋管(504)流进浆液池(501)的浆液流率，单位为m3·s‑1，通过Lin＝F×G/1000m3·s‑1计算得到；浆液的粘度μL和表面张力σL分别利用粘度计和表面张力仪测得，其单位分别为Pa·s和N·m‑1；步骤二、输入步骤一中的模型参数，并设定一初始pH值、氧化空气量Q以及CS中+4价硫和+6价硫的初始浓度且满足利用+4价硫的氧化率模型计算浆液池(501)内+4价硫的氧化率浆液池(501)内+4价硫的氧化率具体按以下模型进行计算：η=r(IV)V/MSO2---(1),]]>式(1)中的为喷淋塔喷淋区(502)吸收的SO2的摩尔流率，单位为mol·s‑1，其通过式(2)进行计算：MSO2=G×(CSO2,in-CSO2,out)/(1000×64)---(2),]]> 式(1)中的r(IV)为浆液池(501)内+4价硫的氧化速率，单位为mol·L‑1·min‑1，其按式(3)进行计算：r(IV)=Co2*/(1kLa+1k0exp(-2.8×104RT)·110-0.39pH-1.14·1CSO32--0.5·1-4CS6++9)---(3),]]>式(3)中，k0为频率因子，其值为1.44×104；R为理想气体常数，为8.31J·mol‑1·K‑1；T为喷淋塔内温度，单位为K；为浆液池(501)内气液界面处氧的平衡浓度，单位为mol·L‑1，其通过式(4)进行计算：CO2*=HpO2*---(4),]]>式(4)中，为浆液池(501)内气液界面处O2的平衡分压，单位为Pa；H为O2在浆液池(501)内浆液中的溶解度系数，单位为mol·m‑3·Pa‑1，H按式(5)进行计算：log(H0H)=h1I1+h2I2+...+hiIi+...---(5),]]> 式(5)中，H0为O2在水中的溶解度系数；hi为浆液池(501)内电解质引起的O2溶解度降低系数，单位为m3·kion‑1；Ii为浆液池(501)内电解质中各离子的离子强度，单位为kion·m‑3，hi和Ii分别通过式(6)和式(7)进行计算： hi＝h++h‑+hG   (6)，Ii=12ΣCiZi2---(7),]]> 式(6)中，h+、h‑、hG分别为电解质正、负离子及被溶解的氧气引起的数值；式(7)中Ci为浆液池(501)内电解质中各离子的浓度，Zi为各离子的价数；在氨法脱硫工艺中控制的pH值范围内，浆液中H2SO3和NH3·H2O的浓度低，可以忽略不计，浆液中的电解质是指NH4HSO3、(NH4)2SO3和(NH4)2SO4； 式(3)中，kL为氧气在液相中的传质系数，单位为m·s‑1，其按式(8)进行计算：kL=0.5g5/8DO21/2ρL3/8σL-3/8dvs1/2---(8),]]> 式(8)中，ρL为浆液池(501)内浆液的密度，单位为kg·m‑3，其通过式(9)计算：ρL=(99δ1CS4++116δ2CS4++132CS6+)/1000---(9),]]>式(9)中，δ1和δ2分别为和的分布系数，其中：δ1=Ka1[H+][H+]2+Ka1[H+]+Ka1Ka2---(10),]]>δ2=Ka1Ka2[H+]2+Ka1[H+]+Ka1Ka2---(11),]]>式(10)和(11)中，Ka1和Ka2分别为平衡反应和的反应平衡常数；[H+]为浆液池(501)内浆液中氢离子的活性浓度，通过pH值计算得到；式(8)中和dvs分别为氧在浆液池(501)液相中的扩散系数和浆液池(501)液相中气泡的平均直径，其单位分别为m2·s‑1和m，和dvs分别按式(12)、(13)进行计算：DO2=7.4×10-12(αMB)0.5TμLVA0.6---(12),]]>dvs=26DR(gDR2σL)-0.5(gDR3ρL2μL2)-0.12(uOGgDR)-0.12---(13),]]>式(12)中，α为浆液池(501)内浆液中溶剂的缔合因子，值为2.6；MB为浆液池(501)内浆液中溶剂的摩尔质量，单位为g·mol‑1；VA为氧分子的扩散体积，单位为cm3·mol‑1；式(13)中，uOG为浆液池(501)内氧化空气的表观气速，单位为m·s‑1，其按式(14)进行计算：uOG=Q/(πDR2/4)---(14),]]> 式(3)中，a为气液接触界面面积，单位为m2·m‑3，按式(15)进行计算：a=6ϵGdVS---(15),]]> 式(15)中，浆液池(501)内液相中的气含率εG按下式进行计算：ϵG(1-ϵG)4=0.25×(uOGμLσL)(ρLσL3gμL4)7/24---(16),]]>式(3)中，的浓度按下式进行计算：CSO32-=δ2CS4+---(17),]]>联立式(1)～(17)即计算出浆液池(501)内+4价硫的氧化率步骤三、将步骤二中计算得到的+4价硫的氧化率带入下式进行检验：|rIVVMSO2-CS6+Cs|≤0.001]]>若计算得到的+4价硫的氧化率不满足上式，返回至步骤二中调整和的值，若则增大并减小若则减小并增大重新计算r(IV)V直至上式成立，最后输出此时的和+4价硫的氧化率步骤四、将步骤三中输出的+4价硫氧化率与实际工程中的目标设定值进行比较，若模型计算值低于目标设定值，则返回至步骤二中按如下方法调整参数pH、Q和CS中的一个或多个，并重新进行计算，直到步骤三中输出的+4价硫氧化率满足工程要求：降低浆液池(501)内浆液的pH，步长为0.1；增大氧化空气量Q，步长为0.5；降低浆液池(501)内浆液的总硫浓度CS，步长为0.1，CS的降低通过增大由浆液采出泵(3)采出的浆液流率Lout来实现。