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摘要:摘要: 笔者利用大型化工流程软件ASPEN PLUS 对火电厂烟气湿法脱硫工艺进行了模拟, 介绍了模拟过程中物流、单元操作模块的选取和灵敏度分析、设计规定的计算方法。模拟结果表明脱硫效率随着液气比和钙硫比的增加而增加, 随着烟气流速的增加而降低, 其结论与原始设计数..
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摘要: 笔者利用大型化工流程软件ASPEN PLUS 对火电厂烟气湿法脱硫工艺进行了模拟, 介绍了模拟过程中物流、单元操作模块的选取和灵敏度分析、设计规定的计算方法。模拟结果表明脱硫效率随着液气比和钙硫比的增加而增加, 随着烟气流速的增加而降低, 其结论与原始设计数据较为吻合, 建立的模型对优化设计具有一定的指导意义。 关键词: 湿法烟气脱硫; 计算机模拟; 电解质; ASPEN PLUS 对于200MW 以上的火电机组, 石灰石- 石膏法湿法烟气脱硫( Wet FGD) 已成为首选脱硫工艺[1]。由于湿法脱硫工艺复杂、影响因素繁多, 特别是经济性很敏感, 所以其核心技术长期处于国外垄断状态。为了开发出具有中国自主知识产权的烟气脱硫技术, 孙克勤等人提出了火电厂烟气脱硫OI2- WFGD 技术[2], 将计算机引入WFGD 技术的研发过程, 从而以计算技术促进工艺技术的发展。作者查阅了许多资料, 迄今用ASPENPLUS 化工模拟系统对湿法烟气脱硫工艺进行模拟的文章很少有报道, 国内更是少见。 ASPEN PLUS 是美国麻省理工学院( MIT) 于1970 年研制开发的大型化工模拟软件[3]。经过几十年的经验积累, 其功能不断完善, 已成为世界性标准流程模拟软件, 也是国际上功能最强的商品化流程模拟软件, 这套软件系统可应用于石油化工、气体加工、煤炭、医药、冶金、环境保护、动力、节能、食品加工等许多工业领域, 目前已在全世界范围内广泛使用。 使用ASPEN PLUS 工作页面可以建立、显示模拟流程图及PFD- STYLE 绘图。这款流程模拟软件主要具有以下六项功能: 建立基本流程模拟模型、灵敏度分析、设计规定、物性分析、物性估计以及物性数据回归, 笔者烟气脱硫建模用到了前3 大功能。Flowsheet 是ASPEN PLUS 最常用的运行类型, 可以使用基本的关系式, 如质量和能量平衡、相态和化学平衡以及反应动力学去预测一个工艺过程。在ASPEN PLUS 的运行环境中, 只要给定合理的热力学数据、实际的操作条件和严格的ASPEN PLUS 平衡模型, 就能够模拟实际装置, 并帮助你设计优化现有的装置和流程。 1 模拟对象 模拟的对象是某电厂200MW 的火电机组,设计工况各参数见表1。
2 模型的建立[4, 5] ASPEN PLUS 化工模拟系统拥有强大的物性数据库, 包括无机物、有机物、强电解质、固体、燃烧物等多种物性参数; 具有灵活多样且便于计算的单元操作模块; 提供了友好的图形化界面。 ASPEN PLUS 除了具有内置的单元操作模型外,用户可根据需要自己定义FORTRAN 模块。在整 个ASPEN PLUS 流程中, 除了可以处理物流外,还可以给模块设定功流和热流,既可以模拟质量平衡也可以模拟能量平衡。 由于其方便的模块化流程和用户端的良好控制, ASPEN PLUS 软件尤其适合对全系统的综合模拟、计算和分析; 可以便捷地完成流程的改变和模型变更, 为系统提高效率和经济性优化提供高效的途径。 结合ASPEN PLUS 的使用特点, 湿法烟气脱硫模型流程如图1 所示。
在采用ASPEN PLUS 建模中, 选择接近的物性方法是决定模拟结果精确度的关键步骤[6]。该模拟选用了电解质NRTL 活度系数模型, 即ELECNRTL 模型, 在ASPEN PLUS 电解质NRTL参数库中包含了许多参数的数据。建模过程中主要采用ASPEN PLUS 内置模块, 包括SSPLIT、MIXER 和FLASH2 模块, 同时加入用FORTRAN语言编写的计算模块CONVERT, 以定义塔内烟气流速对脱硫效率的影响。 为简化模拟过程, 做出以下几点假设: ( 1) 由于用ASPEN PLUS 模拟包含化学反应系统的静态过程, 因此假设脱硫稳定运行; ( 2) 烟气成分假设为H2O、N2、O2、CO2 和SO2,仅SO2 和CO2 参加反应; ( 3) 吸收塔内不考虑压力损失; ( 4) 不考虑CaSO3 的自然氧化和强迫氧化。 在ELECNRTL 模型里, 主要考虑下面反应:
按照图1 定义好流程, 并规定计算全局信息和组分, 选择ELECNRTL 物性方法, 再规定物流和单元操作模块, 最后输入FORTRAN 计算模块, 这时状态栏会提示Input Completed, 在NEXT 的引导下就可以计算运行了, 按照设计工况参数算出的脱硫率为98.2%, 大于94%, 与设计值基本一致。
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