[发明专利]一种适用于煤粉炉炉内干法脱硫的计算分析方法

说明书

一种适用于煤粉炉炉内干法脱硫的计算分析方法，涉及煤粉锅炉尾气净化。1)建立模型分区：根据工业级煤粉炉几何尺寸和计算精度，将煤粉炉自下而上分为n个串联反应室；2)模型中进料参数：煤质分析数据、进煤量、进风量、脱硫剂组分与Ca/S比，脱硫剂载气比、脱硫剂进料位置；3)建立炉内燃烧过程模型。将工业级空气分级燃烧煤粉炉模型与基于硫释放、碳酸钙分解与烧结、硫捕获三种涉及硫转化的模型结合，利用工业实际运行参数作为模型输入参数并将所建立的模型求解得出炉内干法脱硫的脱硫效率，利用该方法还可研究钙基脱硫剂组分、Ca/S比、炉内进料位置等对脱硫效果的影响，可为空气分级燃烧煤粉炉炉内脱硫设计提供参考依据。

技术领域

本发明涉及煤粉锅炉尾气净化领域，尤其是涉及通过求解数学模型，获得运行参数改变对煤粉锅炉干法脱硫影响的一种适用于煤粉炉炉内干法脱硫的计算分析方法。

背景技术

二氧化硫是大气主要污染物之一，随着国家环保标准提高，烟气中SO₂的排放浓度需越来越低。炉内干法脱硫在炉内捕捉SO₂，相对湿法脱硫，省去脱硫塔、喷雾干燥塔等大型设备，容易在现运行锅炉上应用。

炉内干法脱硫将钙基脱硫剂喷射到炉内某区域，通过快速煅烧生成CaO，随之与SO₂、O₂反应生成CaSO₄。该反应属于复杂的高温快速非均相反应，其反应温度、SO₂浓度、吸附剂组分、颗粒大小及新生CaO结构等均影响硫酸化反应过程。炉内高温区域会出现脱硫剂烧结和硫酸钙分解，影响整体脱硫效率。需要对干法脱硫过程中脱硫剂组分、Ca/S比及脱硫剂进料位置等参数进行优化设计。工业锅炉运行过程中调整干法脱硫的参数，可能给生产带来巨大的安全隐患和经济压力，而仿真模拟是一种高效、安全的替代工具。Suhas(SuhasK.Mahuli et al.Combined calcination,sintering and sulfation model for CaCO₃-SO₂ reaction.AIChE J.,1999,45(2):367-382.)等人基于晶粒-亚晶粒概念，建立考虑伴随发生的煅烧、烧结和硫酸化反应的CaO单颗粒反应模型。本发明在此基础上结合煤粉炉内流动与应特性，建立煤粉炉内钙基脱硫过程的数学模型，实现不同脱硫剂组分、Ca/S比、脱硫剂进料位置等参数时脱硫效率的计算。

发明内容

本发明的目的在于提供通过求解微分方程组获得不同组分的脱硫剂、Ca/S比、炉内进料位置等对脱硫效率的影响，从而为煤粉炉内干法脱硫设计提供参考的一种适用于煤粉炉炉内干法脱硫的计算分析方法。

本发明包括以下步骤：

(1)建立模型分区：根据工业级煤粉炉几何尺寸和计算精度，将煤粉炉自下而上分为n个串联反应室区域；

(2)模型中进料参数：煤质分析数据、进煤量、进风量、脱硫剂组分与Ca/S比，脱硫剂载气比、脱硫剂进料位置；

(3)建立炉内燃烧过程模型：炉内燃烧包括碳燃烧模型和气相燃烧；

其中，碳燃烧模型采用缩核模型，燃烧速率如下：

式中：R_C,j,i代表第j反应室进料煤中焦炭在第i反应室内的燃烧速率，kg/s，R_C,i代表第i反应室内焦炭总燃烧速率，kg/s；

气相燃烧的燃烧速率如下：

R_g,i＝n_i∑_rv_g,rR_r,i