[发明专利]一种湿法脱硫塔动态特性仿真通用化建模方法

摘要

本发明公开了一种湿法脱硫塔动态特性仿真通用化建模方法，它通过研究分析不同烟气脱硫系统中脱硫塔的工艺设计与反应过程，建立了湿氨法和石灰石‑石膏湿法烟气脱硫塔动态特性通用数学模型。脱硫塔模型中对这两种脱硫方法的仿真可简易切换、独立运行，满足对不同脱硫工艺的仿真需求，相比单一方法脱硫模型更具实用性。与现有技术相比，本发明采用基于控制体的模块化建模方法，模拟脱硫塔动态运行全过程，计算控制体内温度、压力、pH值、SO2浓度、脱硫率等动态参数。本发明以热力发电厂脱硫塔为仿真对象，对模型进行了多次动态仿真试验，仿真运行结果正确模拟对象的动态特性，证明了模型的正确性、通用性，该模型可用于湿法脱硫系统的仿真开发。

主权项

1.一种湿法脱硫塔动态特性仿真通用化建模方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：根据脱硫塔内结构和运行特点，对脱硫塔进行分段建模；步骤2：计算各分段内物质生成或消耗的速率，以及能量吸收或放出的速率；步骤3：计算脱硫塔内烟气侧和吸收液侧的温度，以及烟气侧和吸收液侧的压力；步骤4：计算脱硫塔整体对外散热量；其中，步骤1中，所述的分段是指将脱硫塔从上至下分为五段，包括：净烟气排除段、除雾器及喷淋装置设计段、气液两相流动及化学主反应段、以及原烟气入口段和反应物循环、氧化及排出段；步骤2中，计算各分段内物质的生成或消耗的速率的公式如下：其中，式(1)中，下标i表示一种物质；下标j表示物质所在区段；Mi,j表示j区段内该物质组分的质量，Mri表示物质i的摩尔质量；Q表示该区段内总物料的体积流量，C表示该区段内总物料中，该物质组分的浓度；dτ表示计算时间步长；Rreacti，j表示该组分i在区段j内反应生成或消耗的速率；Li，j表示在区段j内水的蒸发速率，Li，j中下标i表示气相中水分时加入Li，j项；步骤2中，计算各分段内能量的吸收或放出的速率的公式如下：其中，式(2)中，下标i表示一种物质；下标j表示物质所在区段；H表示该段内该物质组分的能量，W表示该区段内该物质组分的质量流量；hi，j表示在区段j内物质i的比焓；Rreacti，j表示该组分i在区段j内反应生成或消耗的速率；Li，j表示在区段j内水的蒸发速率，Li，j中下标i表示气相中水分时加入Li，j项；Ei，j表示在区段j内物质i的反应生成热；Cp表示物质定压比热容；r表示水的汽化潜热，αD表示区段间的接触面积；Δt表示该区段内的液滴蒸发温差；ki，j表示在区段j内物质i的换热系数；Tj表示区段j内的平均温度；步骤3中，计算脱硫塔内烟气侧和吸收液侧的压力的公式为：其中，式(3)和(4)中，M表示该侧物质的质量，dτ表示计算时间步长；下标g表示烟气侧参数，下标l表示吸收液侧参数；下标in和out分别表示进口和出口参数；Lwater表示表示吸收液侧水分蒸发的质量流量，Wair表示氧化空气质量流量，Wlnew表示补充的新鲜吸收工质流量，Wfw表示工艺水流量；步骤3中，计算脱硫塔内烟气侧和吸收液侧的温度的公式为：其中，式(5)和(6)中，H表示该侧物质的能量，dτ表示计算时间步长；下标air表示氧化空气，下标g表示烟气侧参数，下标l表示吸收液侧参数；t表示温度， Lwater表示吸收液侧水分蒸发的质量流量；W表示质量流量；下标in和out分别表示进口和出口参数；下标fw表示工艺水；Cp表示物质定压比热容；r表示水的汽化潜热；下标air表示氧化空气；下标g1、g2、l1和l2分别表示烟气侧进口、烟气侧出口、吸收液侧进口和吸收液侧出口；Δt表示该侧的液滴蒸发温差；ΔEloss1和ΔEloss2分别表示烟气侧和吸收液侧对外散热；步骤4中，脱硫塔整体对外散热量的计算公式为：其中，式(7)中，ΔE_loss表示脱硫塔整体对外散热，ΔE_loss1和ΔE_loss2分别表示烟气侧和吸收液侧对外散热；k_g,sr和k_l,sr分别表示烟气侧和吸收液侧对塔壁的换热系数；α_T表示换热面积；和分别表示烟气侧和吸收液侧的平均温度；T_env表示环境温度。