脱硫物料平衡计算精品文稿.ppt

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1、脱硫物料平衡计算第1页，本讲稿共33页系统物料平衡计算系统物料平衡计算湿法烟气脱硫(WFGD)系统物料平衡的包括以下六个子平衡：烟气平衡、固平衡、水平衡、氯平衡、镁平衡、热平衡。吸收塔物料总平衡第2页，本讲稿共33页Y废水废水G石膏石膏G制浆水制浆水石膏处理系统冲洗水冲洗水除雾器冲洗水除雾器冲洗水Qy2净净 烟烟 气气Qy1原烟气原烟气G浆液浆液吸收塔X排出浆液排出浆液P滤液返回滤液返回补充水补充水氧化风氧化风制浆系统系统物料总平衡图第3页，本讲稿共33页1、烟气平衡n n烟烟气气的的平平衡衡与与整整个个系系统统烟烟道道的的布布置置有有很很大大的的关关系系,由由于于钢钢烟烟道道会会有有漏漏风风

2、现现象象的的存存在在,从从而而伴伴随随着着一一定定的的温温降降。烟烟气气中中酸酸性性物物质质的的存存在在对对系系统统会会有有腐腐蚀蚀，因因此此烟烟气气温温度度的的高高低低对对于于系系统统烟烟道道的的防防腐腐设设计计会会有有很很大大影影响响。如如在在原原烟烟气气侧侧，经经GGHGGH前前，温温度度较较高高120120 以以上上，所所以以不不设设防防腐腐设设计计，而而在在进进塔塔烟烟气气管管道道中中由由于于SO2SO2浓浓度度高高，温温度度低低；塔塔出出口口烟烟道道中中由由于于温温度度在在系系统统中中最最低低，水水蒸蒸气气含含量量很很高高，还还有有液液态态水水的的存存在在，所所以以环环境境条条件件

3、极极恶恶劣劣，必必须须加加强强防防腐腐设设计计。还还有有烟烟气气中中的的灰灰尘尘物物的的浓浓度度的的高高低低，直直接接影影响响到到烟烟道道和和系系统统设设备备的的磨磨蚀蚀和和防防堵堵的的设设计计，由由于于原原烟烟气气管管路路中中烟烟气气的的粉粉尘尘含含量量大大于于净净烟烟气气中中的的粉粉尘尘含含量量，考考虑虑到到磨磨损，其设计的原烟气气体流速比净烟气的要低。损，其设计的原烟气气体流速比净烟气的要低。第4页，本讲稿共33页1、烟气平衡GGHQy1Qy2Qy1Qy2烟道漏风：Vy+(l+)Vko(干）理论空气量：式中：Vy-原烟气Nm3/kg;漏风系数：对于钢烟道，取0.01/10米。VKO理论空

4、气量Nm3/kg；Car煤所含基碳；Sar煤所含基硫；Har煤所含基氢；Oar煤所含基氧1%Qy13%Qy2吸收塔第5页，本讲稿共33页2、固平衡n n固固平平衡衡(浆浆液液)是是脱脱硫硫系系统统中中的的关关键键平平衡衡之之一一，其其各各种种组组分分的的变变化化是是在在吸吸收收塔塔中中进进行行的的,它它对对于于系系统统的的稳稳定定运运行行,商商品品石石膏膏的的品品质质,系系统统中中浆浆液液管管道道的的设设计计,石石膏膏旋旋流流器器,皮皮带脱水机的选择等都具有决定性的作用。带脱水机的选择等都具有决定性的作用。1 1 1 1计算原理和方法计算原理和方法计算原理和方法计算原理和方法n n计算原则计算

5、原则:吸收塔内的固体量必须被全部排出系统。吸收塔内的固体量必须被全部排出系统。n n塔内固体主要有塔内固体主要有:CaCO:CaCO:CaCO:CaCO3 3，CaSOCaSO3 3 1/2H1/2H2 2O O，CaSO CaSO4 4 2H2H2 2O O，惰性物质，灰及少量的其它物质。，惰性物质，灰及少量的其它物质。第6页，本讲稿共33页脱硫塔底固体量计算假设干脱硫产物中CaSO42H2O与CaSO31/2H2O质量比为0.92:0.01，其摩尔比为：(0.92/172.17):(0.01/129.15)=69.01:1.脱硫塔底固体中各组分流量组分质量流量kg/hW%MSO2172.1

6、769.01(69.01+1)MSO2129.151(69.01+1)MSO2100.09(Ca/S-1)杂质MSO2100.09Ca/S(1-A)飞灰FGD入口灰量75合计100G固体第7页，本讲稿共33页石膏处理系统固平衡一级旋流器真空皮带机吸收塔回用水箱废水旋流器)%(54.2)(sGtG制浆水制浆水第8页，本讲稿共33页吸收剂需求量计算烟气中脱除SO2量为MSO2mol/h，需纯石灰石量为MSO2mol/h。需纯度为ACaCO3的石灰石量为：/h其中：钙硫比Ca/S=1.05CaCO3量为：G石灰石ACaCO3kg/h杂质量为：G石灰石(1-ACaCO3)kg/h如使用工业水制备30%

7、含固量浆液，则需水量：G石灰石/0.30.7kg/h如使用v%含固量的脱硫反应塔塔底浆液旋流分离液制备30%含固量浆液，设v%含固量旋流分离液中的固体物量为Skg/h，以水平衡可列下式：S/v%(1-v%)=(S+G石灰石)/30%(1-30%)计算得到Skg/h，则所需的水量为：G水S/v%(1-v%)kg/h则需v%的塔底浆液旋流分离液为：G制浆水S+G水kg/h30%浆液量为：G浆液G水/(1-30%)kg/h第9页，本讲稿共33页石膏结晶水计算CaSO42H2O中结晶水量为：G1=MSO2172.1769.01(69.01+1)172.17218.02kg/hCaSO31/2H2O结晶

8、水量为：G2=MSO2129.151(69.01+1)129.150.518.02kg/h反应产物中结晶水量为：G结晶水G1+G2石膏带走水计算G石膏带走水G石膏10第10页，本讲稿共33页固平衡计算框图吸收塔出口浆液石膏处理系统固平衡吸收剂需要量计算吸收塔底固体量计算吸收塔返回浆液P石膏量、冲洗水石膏带走水结晶水计算制浆水废水总量石膏带出总水量石灰石浆液量石灰石量第11页，本讲稿共33页3、水平衡n n水水平平衡衡是是WFGDWFGD系系统统中中的的重重要要平平衡衡,水水循循环环率率对对系系统统的的稳稳定定,石石膏膏的的品品质质,设设备备的的材材料料的的选选择择都都有有重重要要的的影影响响。

9、水水循循环环率率的的大大小小对对吸吸收收塔塔和和管管路路中中的的浆浆液液中中的的固固体体组组分分的的含含量量会会有有一一定定的的影影响响，特特别别是是颗颗粒粒较较小小的组分。的组分。n n如如加加大大水水循循环环率率，即即减减小小废废水水的的排排放放量量，则则会会加加大大液液体体中中ClCl离离子子和和硫硫酸酸根根的的含含量量，对对设设备备管管道道的的材材质质要要求求高高，石石膏膏的的纯纯度度差差。但但是是如如果果加加大大废废水水的的排排放放量量，则则会会增增加加废废水水处处理理系系统统的的建建造造成成本本及及废废水水处处理理的的运运行行成成本本，同同时时耗耗水水量量增增加。加。n n所所以以

10、合合理理的的选选择择,确确定定水水平平衡衡对对于于优优化化系系统统设设计计,降降低低成本成本,及节约用水都有至关重要的作用。及节约用水都有至关重要的作用。第12页，本讲稿共33页3、水平衡1 1 1 1基本假定基本假定基本假定基本假定系统中水无损失；系统中水无损失；系统处于正常稳定运行的工况下；系统处于正常稳定运行的工况下；进口原烟气中的水蒸气在经过塔时不参与作用。进口原烟气中的水蒸气在经过塔时不参与作用。2 2 2 2计算原理和方法计算原理和方法计算原理和方法计算原理和方法n n原原理理：进进系系统统水水=出出系系统统水水，WFGDWFGD系系统统的的水水平平衡衡图图见见图图。n n进系统水

11、进系统水:进口原烟气所带气态水进口原烟气所带气态水,工艺水工艺水n n出出系系统统水水:出出口口进进烟烟气气所所带带水水(气气、液液),),石石膏膏带带走走水水,石石膏结晶水、废水。膏结晶水、废水。第13页，本讲稿共33页FGDSYSTEM工艺补充水工艺补充水废水废水石膏结晶水石膏结晶水净净 烟烟 气带走水气带走水（气、液态）（气、液态）塔进口原烟气带水塔进口原烟气带水（气态）（气态）石膏带走水石膏带走水石膏浆液系统滤液制浆第14页，本讲稿共33页G烟气入口带入水+G工艺补充水+G返塔水量=G烟气出口带出水+G废水+G脱硫产物最终带出结晶水+G石膏浆液中返回液水 n n要求的要求的工艺补充水量

12、工艺补充水量工艺补充水量工艺补充水量：公式：公式1 1n n工艺水主要补入点：工艺水主要补入点：除雾器冲洗水：由除雾器设备决定。除雾器冲洗水：由除雾器设备决定。滤布滤饼冲洗水滤布滤饼冲洗水0.5G0.5G石膏石膏石灰石浆液制备水（见固平衡）石灰石浆液制备水（见固平衡）吸收塔补充水（备用）吸收塔补充水（备用）其他冲洗水（备用）其他冲洗水（备用）G G石膏结晶水石膏结晶水、G G石膏带走水石膏带走水：见固平衡：见固平衡G G烟气带走水烟气带走水：75mg/Nm75mg/Nm3 3烟气。烟气。第15页，本讲稿共33页3、水平衡n n废水量Y的确定：公式2根据水中氯离子浓度确定：CL水：工艺水中氯离子

13、含量50mg/LCL煤：煤中氯离子含量0.037%CL石膏：石膏中氯离子含量100mg/LBg耗煤量第16页，本讲稿共33页4、吸收塔总物料平衡除雾器冲洗水除雾器冲洗水Qy2净净 烟烟 气气Qy1原烟气原烟气G浆液浆液吸收塔X排出浆液排出浆液P滤液返回滤液返回补充水补充水Qyk氧化风氧化风第17页，本讲稿共33页4、吸收塔总物料平衡n n公式公式3 3G G皮带冲洗水皮带冲洗水：0.5t/t0.5t/t石膏石膏G G浆液浆液：见吸收剂需求量计算：见吸收剂需求量计算G G制浆水制浆水：见吸收剂需求量计算：见吸收剂需求量计算X X：塔底排除浆液总量：塔底排除浆液总量X X(G(G固体固体+P P中

14、含固量中含固量+G G制浆水中含固量制浆水中含固量)/15)/15G G固：固：见脱硫塔底固体量计算见脱硫塔底固体量计算第18页，本讲稿共33页热平衡是WFGD系统物料平衡中的主要平衡之一，它在相当程度上决定着水平衡。热平衡中的蒸发水是系统的主要水耗。由于烟气中含有腐蚀性的酸性气体和水蒸气的存在，烟气温度的高低，对于系统烟道的防腐有着直接的影响，它决定了防腐材料及措施的选择。而烟气温度的高低与吸收塔的热平衡有很大的关系。5、热平衡第19页，本讲稿共33页系统热平衡示意图系统热平衡示意图原烟气热原烟气热（处理前的烟气）（处理前的烟气）进塔水热进塔水热氧化空气热氧化空气热吸收剂热吸收剂热废水带走热

15、废水带走热石膏带走热石膏带走热净净 烟烟 气热气热（处理后的烟气）（处理后的烟气）FGD吸收塔吸收塔反应热反应热石石膏膏处处理理系统系统石石膏膏浆浆液液带带走热走热返回热返回热散散热热第20页，本讲稿共33页5。热平衡。热平衡热平衡是WFGD系统物料平衡中的主要平衡之一，它在相当程度上决定着水平衡。热平衡中的蒸发水是系统的主要水耗。由于烟气中含有腐蚀性的酸性气体和水蒸气的存在，烟气温度的高低，对于系统烟道的防腐有着直接的影响，它决定了防腐材料及措施的选择。而烟气温度的高低与吸收塔的热平衡有很大的关系。第21页，本讲稿共33页FGDSYSTEM工艺水热工艺水热氧化空气热氧化空气热吸收剂热吸收剂热

16、返回液带入返回液带入热热石膏浆液带走热石膏浆液带走热净净 烟烟 气热气热（处理后的烟气）（处理后的烟气）原烟气热原烟气热（处理前的烟气）（处理前的烟气）反应热由于由于FGDFGD系统的传质传热过程主要是在吸收塔中完成的，所以选定系统的传质传热过程主要是在吸收塔中完成的，所以选定吸收塔为热平衡的研究对象：吸收塔为热平衡的研究对象：第22页，本讲稿共33页5、热平衡n n目的：目的：目的：目的：计算出口烟温选择计算出口烟温选择计算出口烟温选择计算出口烟温选择GGHGGHGGHGGH；烟道防腐材料；烟道防腐材料；烟道防腐材料；烟道防腐材料；蒸发水量确定耗水量。蒸发水量确定耗水量。蒸发水量确定耗水量。

17、蒸发水量确定耗水量。n n1 1 1 1基本假定基本假定基本假定基本假定热平衡的计算基于以下几个基本假定：热平衡的计算基于以下几个基本假定：热平衡的计算基于以下几个基本假定：热平衡的计算基于以下几个基本假定：脱硫塔反应系统是一个绝热反应；脱硫塔反应系统是一个绝热反应；脱硫塔反应系统是一个绝热反应；脱硫塔反应系统是一个绝热反应；烟气的进出口动能忽略不计；烟气的进出口动能忽略不计；烟气的进出口动能忽略不计；烟气的进出口动能忽略不计；反应塔传热迅速完全；反应塔传热迅速完全；反应塔传热迅速完全；反应塔传热迅速完全；氧氧氧氧化化化化风风风风的的的的进进进进口口口口压压压压力力力力小小小小于于于于0.1M

18、pa0.1Mpa0.1Mpa0.1Mpa，温温温温度度度度和和和和压压压压力力力力可可可可以以以以近近近近似似似似为为为为理理理理想想想想气气气气体体体体的的的的处处处处理理理理范范范范围围围围，焓焓焓焓值值值值同同同同样样样样取取取取各各各各组组组组分分分分的的的的焓焓焓焓值值值值之之之之和。和。和。和。第23页，本讲稿共33页5、热平衡2 2 2 2计算原理和方法计算原理和方法计算原理和方法计算原理和方法n n进进塔塔烟烟气气热热+进进塔塔水水热热+氧氧化化空空气气热热+吸吸收收剂剂热热+返回返回热热反反应热应热=出塔烟气出塔烟气热热+石膏石膏浆浆液液带带走走热热n n吸吸吸吸收收收收剂剂

19、剂剂热热热热包包包包括括括括石石石石灰灰灰灰石石石石磨磨磨磨机机机机研研研研磨磨磨磨能能能能量量量量和和和和吸吸吸吸收收收收剂剂剂剂物物物物理理理理热热热热，由由由由于于于于吸吸吸吸收剂量小，吸收剂热量忽略收剂量小，吸收剂热量忽略收剂量小，吸收剂热量忽略收剂量小，吸收剂热量忽略；n n进进进进塔塔塔塔水水水水包包包包含含含含氧氧氧氧化化化化空空空空气气气气冷冷冷冷却却却却水水水水、冲冲冲冲洗洗洗洗水水水水、塔塔塔塔补补补补充充充充水水水水、制制制制浆浆浆浆用用用用工工工工艺艺艺艺水等新水等新水等新水等新补补补补充的工充的工充的工充的工艺艺艺艺水；水；水；水；n n可可可可将将将将石石石石膏膏膏

20、膏带带带带出出出出塔塔塔塔的的的的热热热热量量量量和和和和处处处处理理理理系系系系统统统统返返返返回回回回热热热热转转转转换换换换成成成成石石石石膏膏膏膏带带带带走走走走热热热热和和和和废废废废水水水水带带带带走走走走热热热热。n n热热热热分分分分为为为为潜潜潜潜热热热热和和和和显显显显热热热热，在在在在整整整整个个个个系系系系统统统统中中中中，只只只只有有有有蒸蒸蒸蒸发发发发的的的的水水水水有有有有相相相相变变变变，其其其其他他他他组组组组分分分分只只只只有有有有温温温温度度度度的的的的变变变变化化化化而而而而没没没没有有有有相相相相变变变变，所所所所以以以以潜潜潜潜热热热热只只只只有有有

21、有通通通通过过过过蒸蒸蒸蒸发发发发的水表的水表的水表的水表现现现现出来。出来。出来。出来。第24页，本讲稿共33页5、热平衡计算公式如下：公式4 反应热计算:430.82kJ/mol公式1为T2的函数，假设一个出口温度T2，查出该温度下的饱和蒸汽压；利用公式1算出蒸发水量蒸发水量Mzf，通过（Mzf原烟气中水蒸汽量）计算出实际饱和蒸汽分压/烟气全压计算饱和蒸汽压与假设值相同时的温度即为出口烟温出口烟温T2。不含蒸发水的烟气热量不含蒸发水的烟气热量工艺水热量工艺水热量氧化空气热量氧化空气热量第25页，本讲稿共33页5、热平衡公式4中：Qy1原烟气量（已知）kg/h，Qy2净烟气量Qy1+(Qyk

22、-QO2)+GCO2；Qyk=mSO21/20.2128.863（kg/h）消耗的氧气量QO2=mSO21/232kg/h反应产生的二氧化碳QCO2=mSO244.01kg/hG石膏见固平衡计算（含水）Y:废水量见水平衡计算C在某一温度下的平均定压比热容kJ/kgK；h1液态水比焓kJ/kg；h2水蒸气比焓kJ/kg；烟气比重1.31.4kg/Nm3氧化风入塔冷却到吸收塔浆液温度第26页，本讲稿共33页热平衡计算框图计算入口物料流量、组成、温度、热量计算出口物料流量、组成、温度、热量假设出口温度假设出口温度T2计算蒸发水量计算蒸发水量计算饱和蒸汽压计算饱和蒸汽压输出结果输出结果不相同与该压力温

23、度下的真实饱和蒸汽压比较相同第27页，本讲稿共33页计算框图计算塔入、出口烟气流量、摩尔组成、温度、热量，脱硫量输入已知条件烟气平衡计算氧化风量计算固平衡计算水平衡计算吸收塔物料平衡计算热平衡计算烟气平衡计算工艺水量废水量石灰石耗量石膏量蒸发水量塔出口烟温第28页，本讲稿共33页SO2 去除效率计算去除效率计算 SO2=f(L/G,AExchange,tResidence,pAbsorber)L/G=f(Number x Flowrate Circulation Pumps)液气比选循环泵流量液气比选循环泵流量tResidence=f(Number of spray levels,vGas)A

24、Exchange=f(dDroplets)dDroplets=f(pNozzle)pAbsorber=f(vGas,Absorber)第29页，本讲稿共33页SO2 去除率的计算去除率的计算SO2=1-e-kk=La Gb Fc Hd Re(pH,d,)R=pH1.47 df -g L:循环浆液量G:烟气流量F:吸收塔截面积H:反应区高度pH:pH 值d:液滴直径:化学剂量比:石灰石粒径第30页，本讲稿共33页1 1 物料衡算：物料衡算：操作线方程：操作线方程：操作线与平衡线的关系：操作线必须处于平衡线之上；操作线与操作线与平衡线的关系：操作线必须处于平衡线之上；操作线与平衡线之间的距离反映了

25、吸收推动力的大小；操作线与平衡线不平衡线之间的距离反映了吸收推动力的大小；操作线与平衡线不能相交或相切。能相交或相切。2 2 最佳液气比的确定：最佳液气比的确定：液气比L/G计算第31页，本讲稿共33页1 1 L L液膜厚度（液膜厚度（0.6mm)0.6mm)，vLvL液体的运动粘度；液体的运动粘度；ReLReL液体的雷液体的雷诺数。诺数。液膜厚度计算流体在塔内平均停留时间计算1L液膜厚度（0.6mm)，L液体量L/min；hA塔高，dt塔内径。第32页，本讲稿共33页氧化区氧化区4 45 5吸收区吸收区4.54.55.55.5低利于氧化和结晶、石灰石溶解。低利于氧化和结晶、石灰石溶解。高利于吸收高利于吸收PH值气体在塔内流速一般为3.54m/s,在塔内脱硫时间45S。第33页，本讲稿共33页