系统物料平衡计算培训课程.ppt

有关计算,物料平衡计算 SO2去除率计算 液气比计算 其他参数确定,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,系统物料总平衡图,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1、烟气平衡,GGH,,,,,Qy1 ’,Qy2’,Qy1,Qy2,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%Qy1,,3%Qy2’,,吸 收 塔,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,G固体,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,),(,s,G,t,G,制浆水,制浆水,,,,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=1.05 CaCO3量为： G石灰石×ACaCO3 kg/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/0.3×0.7 kg/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S kg/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S kg/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/h 30%浆液量为：G浆液＝G水/(1-30%)kg/h,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/h CaSO3·1/2H2O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％,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,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、废水石膏浆液系统滤液,制浆,,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。

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/L CL煤：煤中氯离子含量0.037% CL石膏：石膏中氯离子含量100mg/L Bg耗煤量,4、吸收塔总物料平衡,4、吸收塔总物料平衡,公式3 G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,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,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,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FGD SYSTEM,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：,,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,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/h G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,热平衡计算框图,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,SO2 去除效率计算,SO2 = f ( L/G , AExchange, tResidence , pAbsorber ),SO2 去除率的计算,SO2 = 1 - e -k,k = 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,1． 物料衡算： 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。

2． 最佳液气比的确定：,液气比L/G计算,1．L液膜厚度（0.6mm) ，vL液体的运动粘度；ReL液体的雷诺数液膜厚度计算,流体在塔内平均停留时间计算,1．L液膜厚度（0.6mm) ，L液体量L/min；hA塔高，dt塔内径氧化区4～5 吸收区4.5～5.5 低利于氧化和结晶、石灰石溶解 高利于吸收,PH值,气体在塔内流速,一般为3.5~4m/s ,在塔内脱硫时间4～5S。