脱硫物料平衡水平衡计算

关于脱硫物料平衡水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,共33页，星期六，2024年，5月Y废水G石膏G制浆水石膏处理系统冲洗水除雾器冲洗水Qy2净烟气Qy1原烟气G浆液吸收塔X排出浆液P滤液返回补充水氧化风制浆系统系统物料总平衡图第3页,共33页，星期六，2024年，5月1、烟气平衡烟气的平衡与整个系统烟道的布置有很大的关系,由于钢烟道会有漏风现象的存在,从而伴随着一定的温降。烟气中酸性物质的存在对系统会有腐蚀，因此烟气温度的高低对于系统烟道的防腐设计会有很大影响。如在原烟气侧，经GGH前，温度较高120

℃以上，所以不设防腐设计，而在进塔烟气管道中由于SO2浓度高，温度低；塔出口烟道中由于温度在系统中最低，水蒸气含量很高，还有液态水的存在，所以环境条件极恶劣，必须加强防腐设计。还有烟气中的灰尘物的浓度的高低，直接影响到烟道和系统设备的磨蚀和防堵的设计，由于原烟气管路中烟气的粉尘含量大于净烟气中的粉尘含量，考虑到磨损，其设计的原烟气气体流速比净烟气的要低。第4页,共33页，星期六，2024年，5月1、烟气平衡GGHQy1’Qy2’Qy1Qy2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,共33页，星期六，2024年，5月2、固平衡固平衡(浆液)是脱硫系统中的关键平衡之一，其各种组分的变化是在吸收塔中进行的,它对于系统的稳定运行,商品石膏的品质,系统中浆液管道的设计,石膏旋流器,皮带脱水机的选择等都具有决定性的作用。〈1〉计算原理和方法计算原则:吸收塔内的固体量必须被全部排出系统。塔内固体主要有:CaCO3，CaSO3·1/2H2O，CaSO4·2H2O，惰性物质，灰及少量的其它物质。第6页,共33页，星期六，2024年，5月脱硫塔底固体量计算假设干脱硫产物中CaSO4·2H2O与CaSO3·1/2H2O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%ηMSO2×172.17×69.01÷(69.01+1)

ηMSO2×129.15×1÷(69.01+1)

ηMSO2×100.09×(Ca/S-1)

杂质ηMSO2×100.09×Ca/S(1-A)

飞灰FGD入口灰量×75％

合计

100G固体第7页,共33页，星期六，2024年，5月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,共33页，星期六，2024年，5月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%含固量浆液，则需水量：G石灰石/0.3×0.7kg/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,共33页，星期六，2024年，5月石膏结晶水计算CaSO4·2H2O中结晶水量为：G1=[ηMSO2×172.17×69.01÷(69.01+1)]÷172.17×2×18.02kg/hCaSO3·1/2H2O结晶水量为：G2=[ηMSO2×129.15×1÷(69.01+1)]÷129.15×0.5×18.02kg/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,共33页，星期六，2024年，5月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,共33页，星期六，2024年，5月3、水平衡水平衡是WFGD系统中的重要平衡,水循环率对系统的稳定,石膏的品质,设备的材料的选择都有重要的影响。水循环率的大小对吸收塔和管路中的浆液中的固体组分的含量会有一定的影响，特别是颗粒较小的组分。如加大水循环率，即减小废水的排放量，则会加大液体中Cl离子和硫酸根的含量，对设备管道的材质要求高，石膏的纯度差。但是如果加大废水的排放量，则会增加废水处理系统的建造成本及废水处理的运行成本，同时耗水量增加。所以合理的选择,确定水平衡对于优化系统设计,降低成本,及节约用水都有至关重要的作用。第12页,共33页，星期六，2024年，5月3、水平衡〈1〉基本假定①系统中水无损失；②系统处于正常稳定运行的工况下；③进口原烟气中的水蒸气在经过塔时不参与作用。〈2〉计算原理和方法原理：进系统水=出系统水，WFGD系统的水平衡图见图。进系统水:进口原烟气所带气态水,工艺水出系统水:出口进烟气所带水(气、液),石膏带走水,石膏结晶水、废水。第13页,共33页，星期六，2024年，5月FGDSYSTEM工艺补充水废水石膏结晶水净烟气带走水（气、液态）塔进口原烟气带水（气态）石膏带走水石膏浆液系统滤液制浆第14页,共33页，星期六，2024年，5月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

要求的工艺补充水量：公式1工艺水主要补入点：除雾器冲洗水：由除雾器设备决定。滤布滤饼冲洗水＝0.5G石膏石灰石浆液制备水（见固平衡）吸收塔补充水（备用）其他冲洗水（备用）G石膏结晶水、G石膏带走水：见固平衡G烟气带走水：75mg/Nm3烟气。第15页,共33页，星期六，2024年，5月3、水平衡废水量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,共33页，星期六，2024年，5月4、吸收塔总物料平衡除雾器冲洗水Qy2净烟气Qy1原烟气G浆液吸收塔X排出浆液P滤液返回补充水Qyk氧化风第17页,共33页，星期六，2024年，5月4、吸收塔总物料平衡公式3G皮带冲洗水：0.5t/t石膏G浆液：见吸收剂需求量计算G制浆水：见吸收剂需求量计算X：塔底排除浆液总量X＝(G固体+P中含固量+G制浆水中含固量)/15％G固：见脱硫塔底固体量计算第18页,共33页，星期六，2024年，5月热平衡是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,共33页，星期六，2024年，5月系统热平衡示意图原烟气热（处理前的烟气）进塔水热氧化空气热吸收剂热废水带走热石膏带走热净烟气热（处理后的烟气）FGD吸收塔反应热石膏处理系统石膏浆液带走热返回热散热第20页,共33页，星期六，2024年，5月5。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,共33页，星期六，2024年，5月FGDSYSTEM工艺水热氧化空气热吸收剂热返回液带入热石膏浆液带走热净烟气热（处理后的烟气）原烟气热（处理前的烟气）反应热由于FGD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：

第22页,共33页，星期六，2024年，5月5、热平衡目的：计算出口烟温－－选择GGH；烟道防腐材料；蒸发水量－－确定耗水量。〈1〉基本假定热平衡的计算基于以下几个基本假定：①脱硫塔反应系统是一个绝热反应；②烟气的进出口动能忽略不计；③反应塔传热迅速完全；④氧化风的进口压力小于0.1Mpa，温度和压力可以近似为理想气体的处理范围，焓值同样取各组分的焓值之和。第23页,共33页，星期六，2024年，5月5、热平衡〈2〉计算原理和方法进塔烟气热+进塔水热+氧化空气热+吸收剂热+返回热＋反应热=出塔烟气热+石膏浆液带走热吸收剂热包括石灰石磨机研磨能量和吸收剂物理热，由于吸收剂量小，吸收剂热量忽略；进塔水包含氧化空气冷却水、冲洗水、塔补充水、制浆用工艺水等新补充的工艺水；可将石膏带出塔的热量和处理系统返回热转换成石膏带走热和废水带走热。热分为潜热和显热，在整个系统中，只有蒸发的水有相变，其他组分只有温度的变化而没有相变，所以潜热只有通过蒸发的水表现出来。第24页,共33页，星期六，2024年，5月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T2。不含蒸发水的烟气热量工艺水热量氧化空气热量第25页,共33页，星期六，2024年，5月5、热平衡公式4中：

Qy1原烟气量（已知）kg/h，Qy2净烟气量＝Qy1+(Qyk-QO2)+GCO2；Qyk=

mSO2×1/2÷0.21×28.86×3（kg/h）消耗的氧气量QO2=

mSO2×1/2×32kg/h反应产生的二氧化碳QCO2=

mSO2×44.01kg/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1.3~1.4kg/Nm3氧化风入塔冷却到吸收塔浆液温度第26页,共33页，星期六，2024年，5月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T2计算蒸发水量计算饱和蒸汽压输出结果不相同与该压力温度下的真实饱和蒸汽压比较相同第27页,共33页，星期六，2024年，5月计算框图计算塔入、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,共33页，星期六，2024年，5月SO2

去除效率计算

SO2=f(L/G,AExchange,tResidence,

pAbsorber)L/G=f(NumberxFlowrateCirculationPumps)液气比选循环泵流量tResidence=f(Numberofspraylevels,vGas)AExchange=f(dDroplets