Modelling of a semi-continuous wet scrubber for SO2 removal from boiler flue gases

Abstract

V ÖZET Bu çalışmada, küçük ve orta boyutlu endüstriyel kazanların baca gazlarında bulunan kükürt dioksit gazını ayırmak için kullanılan ıslak sıyırıcılarm dinamik davranışını simüle «den matematiksel bir model geliştirilmiştir. Sıyırma sıvısının toplanıp tekrar geri pompalandığı sirkülasyon tankına, kimyasal bir reaksiyonla daha verimli bir sıyırma elde etmek için periodik olarak enjekte edilen bir maddeden dolayı proses yarı süreklidir. Gaz ve sıvı fazları arasında oluşan sınırın biri gaz diğeri de sıvı filmi olmak üzere iki ayrı filmden oluştuğunu göz önüne almak uygun olduğundan sıyırıcıdaki iki faz arasındaki kütle ve enerji transferinin iki- film teorisine uyduğu farz edilmiştir. Hem izotermal hem de izotermal olmayan durumlar göz önüne alınmıştır. Gerçekteki proses, genellikle sıcak baca gazıyla daha serin sıyırıcı sıvısının karşılıklı akışını içerdiğinden izotermal olmayan durum daha gerçekçidir. Yatışkın olmayan rejim için kısmi diferansiyel model denklemleri sıyırıcının diferansiyel bir elemanı üzerinde kütle ve enerji denklikleri yapılarak elde edilmiştir. Bu model denklemlerini doğrulamak için değişik koşullarda yatışkın rejim içeren bazı örnek problemler iteratif yöntemlerle çözülmüştür. Bu örneklerde izotermal absorpsiyon, ve absorpsiyonsuz ve izotermal olmayan nemlendirme durumları sirkülasyon tankı olmadan incelenmiştir. Bu doğrulamaların üzerine izotermal olmayan reaksiyonsuz absorpsiyon örnekleri hazırlanıp çözülmüştür. Daha sonra da sıyırıcı ve sirkülasyon tankını içeren sistem için ana bilgisayar programı hazırlanmıştır. Bu bilgisayar programında kısmi diferansiyel denklemler, sonlu farklar metoduyla sayısal olarak integre edilmiştir.

XV ABSTRACT A mathematical model has been developed to simulate the dynamic behaviour of a wet scrubber for sulfur dioxide removal from the flue gases of small and medium sized industrial boilers. The process is semi-continuous, since caustic soda which is the reagent to stimulate a chemical reaction for more efficient removal, is injected periodically into a circulation tank where the scrubbing liquid from the scrubber is collected and pumped back into the scrubber. Mass and heat transfer between the two phases in the scrubber is assumed to obey the two-film theory, as it is convenient to consider the boundary that exists between the gas and the liquid phases as being composed of two separate films - one being the gas film and the other the liquid film. Both isothermal and non-isothermal operations have been taken into account The non-isothermal case is more realistic, since the actual process generally involves countercurrent flow of a hot flue gas and a cooler scrubbing liquid. Unsteady state model equations in the form of partial differential equations are obtained via shell balances. In order to verify these model equations, some examples involving steady state operation under different conditions are considered where iterative methods are utilized to solve the equations. In these examples, the behaviour of scrubber without the circulation tank is examined for isothermal absorption and nonisothermal humidification without absorption. For further verification, some special problems which are non-isothermal straight absorption and non-isothermal absorption with chemical reaction, are also examined. After these verifications, the main computer program for the combined scrubber and circulation tank system is prepared. In this computer program the partial differential equations are integrated numerically using the finite difference method.