脫硫物料平衡水平衡計算的培訓教材

1、脫硫物料平衡水平衡計算的培訓教材系統(tǒng)物料平衡計算濕法煙氣脫硫(WFGD)系統(tǒng)物料平衡的包括以下六個子平衡：煙氣平衡、固平衡、水平衡、氯平衡、鎂平衡、熱平衡。吸收塔物料總平衡Y廢水G石膏G制漿水石膏處理系統(tǒng)沖洗水除霧器沖洗水Qy2凈 煙 氣Qy1原煙氣G漿液吸收塔X排出漿液P濾液返回補充水氧化風制漿系統(tǒng)系統(tǒng)物料總平衡圖1、煙氣平衡煙氣的平衡與整個系統(tǒng)煙道的布置有很大的關系,由于鋼煙道會有漏風現(xiàn)象的存在,從而伴隨著一定的溫降。煙氣中酸性物質(zhì)的存在對系統(tǒng)會有腐蝕，因此煙氣溫度的上下對于系統(tǒng)煙道的防腐設計會有很大影響。如在原煙氣側(cè)，經(jīng)GGH前，溫度較高120 以上，所以不設防腐設計，而在進塔煙氣管道中

2、由于SO2濃度高，溫度低；塔出口煙道中由于溫度在系統(tǒng)中最低，水蒸氣含量很高，還有液態(tài)水的存在，所以環(huán)境條件極惡劣，必須加強防腐設計。還有煙氣中的灰塵物的濃度的上下，直接影響到煙道和系統(tǒng)設備的磨蝕和防堵的設計，由于原煙氣管路中煙氣的粉塵含量大于凈煙氣中的粉塵含量，考慮到磨損，其設計的原煙氣氣體流速比凈煙氣的要低。1、煙氣平衡GGHQy1 Qy2Qy1Qy2煙道漏風：Vy+(l+ )Vko(干理論空氣量：式中：Vy-原煙氣Nm3/kg; 漏風系數(shù)：對于鋼煙道， 取0.01/10米。VKO 理論空氣量Nm3/kg； Car煤所含基碳； Sar煤所含基硫；Har煤所含基氫；Oar煤所含基氧1%Qy13

3、%Qy2吸收塔2、固平衡固平衡(漿液)是脫硫系統(tǒng)中的關鍵平衡之一，其各種組分的變化是在吸收塔中進行的,它對于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,商品石膏的品質(zhì),系統(tǒng)中漿液管道的設計,石膏旋流器,皮帶脫水機的選擇等都具有決定性的作用。1計算原理和方法計算原那么:吸收塔內(nèi)的固體量必須被全部排出系統(tǒng)。塔內(nèi)固體主要有:CaCO3，CaSO31/2H2O， CaSO42H2O ，惰性物質(zhì)，灰及少量的其它物質(zhì)。脫硫塔底固體量計算假設干脫硫產(chǎn)物中CaSO42H2O與CaSO31/2H2O質(zhì)量比為0.92:0.01，其摩爾比為：(0.92/172.17):(0.01/129.15)=69.01:1.脫硫塔底固體中各組分流量組 分

4、質(zhì)量流量kg/hW%MSO2172.1769.01(69.01+1)MSO2129.151(69.01+1)MSO2100.09(Ca/S-1)雜質(zhì)MSO2100.09 Ca/S (1-A)飛灰FGD入口灰量75合計100G固體石膏處理系統(tǒng)固平衡一級旋流器真空皮帶機吸收塔回用水箱廢水旋流器)%(54.2)(sGtG制漿水制漿水吸收劑需求量計算煙氣中脫除SO2量為MSO2mol/h，需純石灰石量為MSO2mol /h。需純度為ACaCO3的石灰石量為： /h其中：鈣硫比Ca/S=1.05 CaCO3量為： G石灰石ACaCO3 kg/h 雜質(zhì)量為： G石灰石(1-ACaCO3)kg/h如使用工業(yè)

5、水制備30%含固量漿液，那么需水量：G石灰石/0.30.7 kg/h如使用v%含固量的脫硫反響塔塔底漿液旋流別離液制備30%含固量漿液，設v%含固量旋流別離液中的固體物量為S kg/h，以水平衡可列下式： S/v%(1-v%)=(S+ G石灰石)/30%(1-30%)計算得到S kg/h，那么所需的水量為：G水S/v%(1-v%)kg/h那么需v%的塔底漿液旋流別離液為： G制漿水S+G水kg/h30%漿液量為：G漿液G水/(1-30%)kg/h石膏結(jié)晶水計算CaSO42H2O中結(jié)晶水量為：G1= MSO2172.1769.01(69.01+1)172.17218.02kg/hCaSO31/2

6、H2O結(jié)晶水量為：G2=MSO2129.151(69.01+1)129.150.518.02kg/h反響產(chǎn)物中結(jié)晶水量為：G結(jié)晶水G1+G2石膏帶走水計算G石膏帶走水G石膏10固平衡計算框圖吸收塔出口漿液石膏處理系統(tǒng)固平衡吸收劑需要量計算吸收塔底固體量計算吸收塔返回漿液P石膏量、沖洗水石膏帶走水結(jié)晶水計算制漿水廢水總量石膏帶出總水量石灰石漿液量石灰石量3、水平衡水平衡是WFGD系統(tǒng)中的重要平衡,水循環(huán)率對系統(tǒng)的穩(wěn)定,石膏的品質(zhì),設備的材料的選擇都有重要的影響。水循環(huán)率的大小對吸收塔和管路中的漿液中的固體組分的含量會有一定的影響，特別是顆粒較小的組分。如加大水循環(huán)率，即減小廢水的排放量，那么會加

7、大液體中Cl離子和硫酸根的含量，對設備管道的材質(zhì)要求高，石膏的純度差。但是如果加大廢水的排放量，那么會增加廢水處理系統(tǒng)的建造本錢及廢水處理的運行本錢，同時耗水量增加。所以合理的選擇,確定水平衡對于優(yōu)化系統(tǒng)設計,降低本錢,及節(jié)約用水都有至關重要的作用。3、水平衡1根本假定系統(tǒng)中水無損失；系統(tǒng)處于正常穩(wěn)定運行的工況下；進口原煙氣中的水蒸氣在經(jīng)過塔時不參與作用。2計算原理和方法原理：進系統(tǒng)水=出系統(tǒng)水，WFGD系統(tǒng)的水平衡圖見圖。進系統(tǒng)水:進口原煙氣所帶氣態(tài)水,工藝水出系統(tǒng)水:出口進煙氣所帶水(氣、液),石膏帶走水,石膏結(jié)晶水、廢水。FGDSYSTEM工藝補充水廢水石膏結(jié)晶水凈 煙 氣帶走水（氣、液

8、態(tài)）塔進口原煙氣帶水（氣態(tài)）石膏帶走水石膏漿液系統(tǒng)濾液制漿G煙氣入口帶入水+G工藝補充水+G返塔水量=G煙氣出口帶出水+G廢水+G脫硫產(chǎn)物最終帶出結(jié)晶水+G石膏漿液中返回液水 要求的工藝補充水量：公式1工藝水主要補入點：除霧器沖洗水：由除霧器設備決定。濾布濾餅沖洗水0.5G石膏石灰石漿液制備水見固平衡吸收塔補充水備用其他沖洗水備用G石膏結(jié)晶水、G石膏帶走水：見固平衡G煙氣帶走水：75mg/Nm3煙氣。3、水平衡廢水量Y確實定：公式2根據(jù)水中氯離子濃度確定：CL水：工藝水中氯離子含量50mg/LCL煤：煤中氯離子含量0.037%CL石膏：石膏中氯離子含量100mg/LBg耗煤量4、吸收塔總物料平

9、衡除霧器沖洗水Qy2凈 煙 氣Qy1原煙氣G漿液吸收塔X排出漿液P濾液返回補充水Qyk氧化風4、吸收塔總物料平衡公式3G皮帶沖洗水：0.5t/t石膏G漿液：見吸收劑需求量計算G制漿水：見吸收劑需求量計算X：塔底排除漿液總量X(G固體+P中含固量+G制漿水中含固量)/15G固：見脫硫塔底固體量計算熱平衡是WFGD系統(tǒng)物料平衡中的主要平衡之一，它在相當程度上決定著水平衡。熱平衡中的蒸發(fā)水是系統(tǒng)的主要水耗。由于煙氣中含有腐蝕性的酸性氣體和水蒸氣的存在，煙氣溫度的上下，對于系統(tǒng)煙道的防腐有著直接的影響，它決定了防腐材料及措施的選擇。而煙氣溫度的上下與吸收塔的熱平衡有很大的關系。 5、熱平衡系統(tǒng)熱平衡示

10、意圖原煙氣熱處理前的煙氣進塔水熱氧化空氣熱吸收劑熱廢水帶走熱石膏帶走熱凈 煙 氣熱處理后的煙氣FGD吸收塔反響熱石膏處理系統(tǒng)石膏漿液帶走熱返回熱散熱5。熱平衡熱平衡是WFGD系統(tǒng)物料平衡中的主要平衡之一，它在相當程度上決定著水平衡。熱平衡中的蒸發(fā)水是系統(tǒng)的主要水耗。由于煙氣中含有腐蝕性的酸性氣體和水蒸氣的存在，煙氣溫度的上下，對于系統(tǒng)煙道的防腐有著直接的影響，它決定了防腐材料及措施的選擇。而煙氣溫度的上下與吸收塔的熱平衡有很大的關系。 FGDSYSTEM工藝水熱氧化空氣熱吸收劑熱返回液帶入熱石膏漿液帶走熱凈 煙 氣熱處理后的煙氣原煙氣熱處理前的煙氣反響熱由于FGD系統(tǒng)的傳質(zhì)傳熱過程主要是在吸收

11、塔中完成的，所以選定吸收塔為熱平衡的研究對象： 5、熱平衡目的：計算出口煙溫選擇GGH；煙道防腐材料；蒸發(fā)水量確定耗水量。1根本假定熱平衡的計算基于以下幾個根本假定： 脫硫塔反響系統(tǒng)是一個絕熱反響； 煙氣的進出口動能忽略不計； 反響塔傳熱迅速完全； 氧化風的進口壓力小于0.1Mpa，溫度和壓力可以近似為理想氣體的處理范圍，焓值同樣取各組分的焓值之和。5、熱平衡2計算原理和方法進塔煙氣熱+進塔水熱+氧化空氣熱+吸收劑熱+返回熱反響熱=出塔煙氣熱+石膏漿液帶走熱吸收劑熱包括石灰石磨機研磨能量和吸收劑物理熱，由于吸收劑量小，吸收劑熱量忽略；進塔水包含氧化空氣冷卻水、沖洗水、塔補充水、制漿用工藝水等新

12、補充的工藝水；可將石膏帶出塔的熱量和處理系統(tǒng)返回熱轉(zhuǎn)換成石膏帶走熱和廢水帶走熱。熱分為潛熱和顯熱，在整個系統(tǒng)中，只有蒸發(fā)的水有相變，其他組分只有溫度的變化而沒有相變，所以潛熱只有通過蒸發(fā)的水表現(xiàn)出來。5、熱平衡計算公式如下：公式4 反響熱計算: 430.82kJ/mol 公式1為T2的函數(shù)，假設一個出口溫度T2，查出該溫度下的飽和蒸汽壓；利用公式1算出蒸發(fā)水量Mzf，通過Mzf原煙氣中水蒸汽量計算出實際飽和蒸汽分壓/煙氣全壓計算飽和蒸汽壓 與假設值相同時的溫度即為出口煙溫T2。不含蒸發(fā)水的煙氣熱量工藝水熱量氧化空氣熱量5、熱平衡公式4中： Qy1原煙氣量kg/h，Qy2凈煙氣量Qy1+(Qyk

13、-QO2)+GCO2；Qyk=mSO21/20.2128.863kg/h消耗的氧氣量QO2=mSO21/232kg/h反響產(chǎn)生的二氧化碳QCO2=mSO244.01kg/hG石膏見固平衡計算含水Y:廢水量見水平衡計算C在某一溫度下的平均定壓比熱容kJ/kgK； h1液態(tài)水比焓kJ/kg；h2水蒸氣比焓kJ/kg； 煙氣比重1.31.4kg/Nm3氧化風入塔冷卻到吸收塔漿液溫度熱平衡計算框圖計算入口物料流量、組成、溫度、熱量計算出口物料流量、組成、溫度、熱量假設出口溫度T2計算蒸發(fā)水量計算飽和蒸汽壓輸出結(jié)果不相同與該壓力溫度下的真實飽和蒸汽壓比較相同計算框圖計算塔入、出口煙氣流量、摩爾組成、溫度

14、、熱量，脫硫量輸入條件煙氣平衡計算氧化風量計算固平衡計算水平衡計算吸收塔物料平衡計算熱平衡計算煙氣平衡計算工藝水量廢水量石灰石耗量石膏量蒸發(fā)水量塔出口煙溫SO2 去除效率計算SO2 = f ( L/G , AExchange, tResidence , pAbsorber )L/G = f ( Number x Flowrate Circulation Pumps )液氣比選循環(huán)泵流量tResidence = f ( Number of spray levels, vGas )AExchange = f ( dDroplets )dDroplets = f ( pNozzle )pAbsorber = f ( vGas, Absorber )SO2 去除率的計算SO2 = 1 - e -kk = La Gb Fc Hd Re (pH, d, )R = pH1.47 df -g L: 循環(huán)漿液量G:煙氣