磷石膏制硫酸

利用磷石膏制10万吨硫酸原始数据：1.渣场新鲜磷石膏化学成分分析（w%）单位：%SO3CaOSiO2FeO23AlO23MgOPO2 5F结晶水其他39.3629.049.450.0820.1330.021.410.2616.553.6952.无水磷石膏化学成分分析（w）%单位：%SO3CaOSiO2FeO23AlO23MgOPO2 5F其他47.1634.8011.320.0980.1590.0241.690.324.433.煤粉元素分析（w%） 单位：%CarHarSarNarOarAarWar59.744.210.351.3713.7221.592.024.煤粉工业分析及发热量（w%） 单位：%WrArF.CrVrQRr(kJ/kg)2.0221.5924.8145.8122891.925.温度a.物料入预热器温度：50°Cb.回灰温度：50°C,c.四级筒下料温度：820C，d.石灰渣出冷却机温度：150°C，e.分解炉底部鼓入空气温度：30C,f.进分解炉二次空气温度：300C,g.入分解炉煤粉温度：40C,h.入分解炉焦炭温度：40C,i.一级筒出口烟气温度：400°C,j.—级筒出口飞灰温度：370°C,k.系统漏风温度：30C,l.喂料引入空气温度：50C。一级筒飞灰量0.10kg/kg(物料)；收尘器和冷却塔综合收尘效率n=99.2%；分解炉底部鼓入冷空气量占煤粉燃烧用理论空气量的比例系数为k1=0.1；物料带入空气量占煤粉燃烧理论空气量的比例系数为k2=0.09；石灰渣中燃料灰分掺入百分比8=100%；系统漏风占煤粉燃烧用理论空气量的比例系数为k3=0.16；出预热器过剩空气系数为£=1.20；系统散热为600kJ/kg物料；磷石膏分解耗热为1100千卡/kg物料；磷石膏分解率a=95%，脱硫率卩=85%；燃料燃烧气氛中CO容积比例为4%；分解炉温度控制：1000〜1100°C；C/S摩尔比0.65；产量为：10万吨硫酸联产18万吨石灰。物料平衡计算基准：1kg无水磷石膏，温度为0C,分解炉+预热器1收入项目：.燃料消耗量m=mco+mco2(mco为不完全消耗量，mc。 .焦炭消耗量为完全燃烧消耗量 .焦炭消耗量rr r r r根据 =0.65， me=12・0.65・(SO3)%=0.10(SO3)%=°.O47kg/kg物nSO3 80料其中(SO3)%为无水磷石膏中SO3的比例.无水基磷石膏消耗量，入预热器物料量a/.1kg无水基磷石膏b/.出除尘器和冷却塔飞损量及回灰量m=m(1—n=0・10x(l—0.992)=0.0008kg/kg物料Fhfhm=m—m=0.10—0.0008=0.10kg/kg物料yhfhFhc/.入预热器物料量ms+myh=1+0.10=1.1kg/kg物料(3)．燃料燃烧理论用空气量a.不完全燃烧理论用空气量ViKCO=0.045Car+0.267Har+0.033(Sar—Oar)=3.37mreom3/kg煤b•完全燃烧理论用空气量V1keo2=0.089Car+0.267Har+0.033(Sar—Oar)=6.00mreo2Nm3/kg煤1k r燃料燃烧总消耗理论空气=mco•VCO+mco2.Veo2=(3.37meo+6.00meo2)Nm3/kg物料kr1Kr1k r r.分解炉底部鼓入空气量Vik=k]・Vk=(0.34mreo+0.6m,。2)Nm3/kg物料 ki=0.1分解炉从冷却机抽入空气量=V—V=(3.03meo+5.40meo2)Nm3/kg物料F2kk1 r r .预热器投物料带入空气量=k•V=(0.30mco+0.54mco2)Nm3/kg物料 k=0.09SK2k r r 2.预热分解系统漏入空气量=k•V=(0.54mco+0.96mco2)Nm3/kg物料 k=0.16lok3k r r 3支出项目(1)石灰渣根据分解率a=95%,脱硫率卩=85%m=1-(SO%)a卩=0.62kg/kg物料z3(2) 生料分解释放出的气体量(标准状态下)a.焦炭还原分解磷石膏C+2CaSO=2CaO+2SO+CO42212kg44.8m322.4m31kg44.8m322・4m31212m=0.10C(SO3%)，求得：VC =mco2 C22.4=0.187(SO%)=0.09Nm3/kg物料•123Vc=m448=0.373(SO%)=0.18Nm3/kg物料so2c• 12 3b.煤粉然烧生成CO还原分解磷石膏CO+CaSO=CaO+SO+CO42222.4m322.4m3 22.4m322.4m3mco=1.12mcorNm3/kg,Vco=mco=1.12mcorNm3/kg,100r求得：VCOVCOCO2=1.12mrcom3/kg物料,VCOSO2=1.12mrcoNm3/kg物料c．c．燃料燃烧产生的烟气•Car・mco=1.12mcoNm3/kg物料r12100rrCO2= •竺・mco2=1.12mco2Nm3/kg物料r12100rrN2=22.4•Nar•(mCO+mco2)+0.79V(mco+mco2)r28100rrkrr=(2.67mrcO+4.75mrcO2)Nm3/kg物料H2O=22.4•Har•(mCO+mCO2)+22.4•War•(mCO+mCO2)r2100rr18100rr=(0.50mrCO+0.50mrCO2)Nm3/kg物料SO2=22：i•竺•(mCO+mco2)=(0.002mco+0.002mco2)nm3/kgr 32 100 r r r r物料燃料燃烧总烟气量（除还原气体CO外），求得:Vy=VCO2+VN2+VH2O+VSO2=(3.17mCO+6.37mCO2)Nm3/kg物料rrrrrrrd烟气过剩空气量vk=(厂1)v=(1.20—1)X(3.37mco+6.00mco2)=(0.67mco+1.2y k r r rmrcO2)Nm3/kg物料其中，VN2k=0.79•Vyk=0.79X(0.67m‘o+1.2mrco2)=(0.53mrco+0.95m,。2)Nm3/kg物料VO2k=0・21Vyk=0.21X(0.67mrCo+1.2mrco2)=(0.14叫0+0.25叫co2)Nm3/kg物料出预热器总废气量V=Vy+Vk+VC+VC+VCO+VCOfryco2so2CO2SO2=(3.17mco+6.37mco2)+(0.67mco+1.2mco2)+rrrr0.187(SO%)+0.373(SO%)+1.12mco+1.12mco33rr=6.09mrco+7.57mrco2+0.27Nm3/kg物料出预热器飞灰量mfh=0.10kg/kg物料热平衡计算如下：1.收入项目燃料燃烧生成热Q=m・Q=(mco+mco2)Q =22891.92(mco+mco2)kJ/kg物料y「Rrynet,ar r r net,ar r r &b•燃料显热Q=m•C•T=(mco+mco2)x1.154X40rrrrr r=46.16mrco+46.16mrco2kJ/kg物料0〜40°C煤粉平均比热容Cr=1.154kJ/kg.°C,Tr=40°Cc•焦炭显热Q=m・C•T=0.10(so3)%X0.808X40=15.24kJ/kg物料cccc0〜40C焦炭平均比热容C=0.808kJ/kg°C,T=40Cr • cd•物料显热Q=m・C•T=1X0.899X50=44.95kJ/kg物料ssss0〜50°C磷石膏平均比热容Cr=0.899kJ/kg.°C,Tr=50°C回灰显热Qyh=myh・Cyh・Tyh=0.10X0.0899X50=4.50kJ/kg物料0〜50C磷石膏平均比热容C=0.899kJ/kg°C,T=50Cyh • yh空气带入显热.分解炉底部鼓入空气显热Q=V・C・T=(0.34mco+0.60m®2)X1.298X30TOC\o"1-5"\h\z1k1k1k1k r r=13.24mrco+23.36mrco2kJ/kg物料0〜30C空气平均比热容C=1.298kJ/Nm3°C,T=30C1k • 1k.入分解炉二次空气显热Q=V・C・T=(3.07mco+5.40mco2)X1.377X330F2kF2kF2kF2k r r=1395.04mrco+2453.81mrco2kJ/kg物料0〜330C空气平均比热容C=1.377kJ/Nm3 C,F2k •T=250CF2k.物料带入空气显热Q=V・C・T=(0.30mco+0.54mco2)X1.299X50TOC\o"1-5"\h\zSKSKSKSK r r=19.49mrco+35.07mrco2kJ/kg物料0〜50C空气平均比热容C=1.299kJ/Nm3°C,T=50CSK •SK.系统漏风空气显热Q=V・C・T=(0.54mco+0.96mco2)X1.298X30loklokloklok r r=21.03mrco+37.38mrco2kJ/kg物料0〜30C空气平均比热容C=1.298kJ/m3°C,T=30Clok • lok总收入热量Q=Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q

ZSRrrcsyh1kF2kSKlok=22891.92(mco+mco2)+46.16mco+46.16mco2+15.24+44.95+4.5+rrrr13.24mco+23.36mco2+1395.04mco+2453.81mco2+19.49mco+rrrrr35.07mco2+21.03mco+37.38mco2rrr=24386.88mrco+25487.70mrco2+64.69kJ/kg物料2.支出项目磷石膏分解耗热Q=4.18x795kJ/kg=3172kJ/kg物料废气带走热Q=V・C・TCO2CO2CO2 CO2=(Vc+Vco +VCO2)•C•TCO2 CO2 r CO2CO2=[0.187(SO3%)+1.12mrCO+1.12皿匸02]X1.921X400=67.76+860.61mrCO+860.61mrCO2kJ/kg物料0〜400°C二氧化碳平均比热容C =1.298kJ/Nm3°C,T =400°CCO2 • CO2Q=V・C・TN2N2N2N2=(Vk+VN2)・C・TN2r N2N2=[(0.53mco+0.95mco2)+(2.67mCO+4.75mCO2)]X1.319X400r r r r=1688.32mrCO+3007.32mrCO2kJ/kg物料0〜400°C氮气平均比热容Cn2=1.319kJ/Nm3.°C,Tn2=400CQ=V・C・TH2OH2OH2OH2O=(0.50mco+0.50mco2)x1.550X400rr=310mrco+310mrco2kJ/kg物料0〜400°C水蒸气平均比热容C =1.550kJ/Nm3°C,T =400°CH2O • H20Q=V・C•TSO2O2SO2SO2=(Vc+VcO+VSO2)•c•Tso2 SO2r SO2SO2=[0.373(SO3%)+1.12mrco+(0.002mrcO+0.002mrcO2)]X1.965X400=141.48+880.32mrCokJ/kg物料0〜400°C二氧化硫平均比热容C =1.965kJ/m3C,T=400CSO2 • SO2Q=V•C•TO2O2O2O2=Vk•C•TO2 SO2SO2=(0.14mco+0.25mco2)X1.370X400rr=76.72mrco+137.00mrco2kj/kg物料0〜400°C氧气平均比热容C=1.370kJ/m3°C,T=400CTOC\o"1-5"\h\zO2 • O2Qf=QCO2+QN2+QH2O+QSO2+QO2=67.76+860.61mCO+860.61mCO2+1688.32mCO+r r r3007.32mCO2+310mCO+310mCO2+141.48+880.32mCO+r r r r76.72mCO+137.00mCO2rr=209.24+3815.97m^o+4314.93m「co2kJ/kg物料进冷却机石灰渣带走热量Q=m・C・T=[1—(SO%)a•X30.878X820ZZZZ 3=447.79kJ/kg物料

0〜820°C石灰渣平均比热容C=0.878kJ/Nm3°C,T=820°CZ • Zd． 系统散热量QB=600kJ/kg物料Be.煤灰带走热量Q=m•C•T=(mco+mco2)•Aar•C•TArArArArrr ArAr=(mco+m=(mco+mco2)rrAar100・1.078・820=190.85m「o+190.85m「o2kJ/kg物料0〜820C平均煤灰平均比热容C=1.078kJ/Nm3°C,T=820CAr • Ar总支出热量QZC=Q+Qf+QZ+QB+QAr=3172+209.24+3815.97mCO+4314.93mCO2+447.79+600+

rr190.85mco+190.85mco2rr=4006.82mrCO+4505.78皿匸02+4429.65kJ/kg物料列出收支热平衡方程式QZSQZS=QZC24386.88mco+25487.70mco2+64.69=4006.82mCO+4505.78mCO2+r r r r4429.65简化后,20380.06mco+20981.92mco2=4364.96 ———— 1.1rr根据煤粉燃烧产生的烟气中CO的容积比例为4%列出计算式,

VrCO =0.04，代入得Vry+VrCO1.21.12mrCO1.21.12mrCO+3.17mrCO+6.37mrCO2联合1.1和1.2，可求得mrco=0.045kg/kg物料，mrco2=0.165kg/kg物料mr=0.045+0.165=0.210kg/kg即分解1kg无水磷石膏物料需要消耗0.210kg燃料。热平衡表如下：热平衡表 单位：kJ收入项目数量%支出项目数量%燃料燃烧热4794.4789.6分解热耗3172.0059.3燃料显热9.670.2废气带走热1090.7420.4焦炭显热15.250.23石灰渣带走热447.798.4物料显热44.950.8煤灰带走热45.420.7回灰显热4.500.1系统散热60011.2空气显热484.989.1总量5353.80100总量5350.50100计算小时产生烟气量出一级筒烟气的量(1kg物料)V=6.09mco+7.57mco2+0.26(mco=0.045，mco2=0.165)f r r r r=6.09X0.045+7.57X0.165+0.27=0.3715+1.7108+0.27=1.79m3/kg物料年产硫酸10万吨，按运转率310天，分解率a=95%，脱硫率卩=85%计算：TOC\o"1-5"\h\zSO% 〜 HSO3 2 480 98X・(SO3%)a卩 10万吨X=(10万吨X80)/(98XSO3%a卩)=21.43万吨(物料)则每小时物料消耗量为：21.43X104/(310x24)=28.8吨每小时产生烟气量为：V=28.8X103X1.79=51.6X103m3/hf/h2.烟气中SO2的容积比例=VC+VCO+VSO2SO2so2SO2r=0.18+1.12m「o+(0.002mrCO+0.002mrCO2)=0.23m3/kg物料SO%=Vso2・100%=竺X100%=12.87%2 Vf 1.79体积量为.67.68X12.87%=8.7X1033.烟气中O2的容积比例=VkO2O2=0.14mrco+0.25mrco2=0.048m3/kg物料O%=Io2・lOOWr0048X100%=2.66%2 Vf 1.79每小时煤消耗量28.8X0.210=6.04吨冷却机所需冷空气量热平衡计算l.lkg物料（折合石灰渣量为O.62kg）温度物料：进冷却机石灰渣温度为820，出冷却机温度为85°C；空气：进冷却机冷空气温度为30C，出冷却机热交换空气温度为250C；冷却机散热量50kJ/kg.收入项目1．石灰渣入冷却机显热Q=m・C・T=0.65X0.878X820=447.79kJ/kg物料zrzrzrZr0〜820C石灰渣平均比热容C=0.878kJ/m3C,T=820Czc • zr煤灰入冷却机显热Q=m・C・T=0.272X21.59%X1.078X820=51.91kJ/kgA