物料衡算和热量衡算

物料衡算和热量衡算

以下计算部分将对石灰石-石膏法的脱硫工艺进行物料衡算、热量衡算、反应器的设计和换热器的设计等具体的步骤

物料衡算简化运算条件：物料衡算主要针对脱硫装置系统（即喷淋塔）和制浆系统（石灰石浆液）来进行的，两个系统之间来联系的纽带是在脱硫塔内进行的脱硫反应，即钙硫比（Ca/S）（选择为1.02,下面将详细论述）。以下条件在计算方法中被简化

（1）不包括吸收塔的损失

（2）假设烟气带入的粉尘为零

（3）假设工艺水和石灰石不含杂质

（4）假设原烟气和净烟气没有夹带物代入和带出系统

（5）假设没有除雾器冲洗水

（6）假设没有泵的密封水

（7）假设工艺系统是封闭的，没有环境物质的进入和流出

3.1吸收系统物料衡算和相关配置

喷淋塔内主要进行脱硫反应，由锅炉引风压机引来的烟气，经过增压风机升压后，从吸收塔中下部进入吸收塔，脱硫除雾后的净烟气从吸收塔顶部侧向离开吸收塔，塔的下部为浆液池。

前面已经详细地介绍了脱硫反应的机理，由此可知反应的物料比例为

CaCO3s Ca s 1.02S s 1.02SO2

1.02 : 1.02 : 1 : 1

设原来烟气二氧化硫SO2质量浓度为 a （mg/m3）,根据理想气体状态方程

PV二nRT

可得：7700mg/m3273K amg/m3(273 145)K

求得：

4 4 a=1.18X 104mg/m4

而原来烟气的流量（145C时）为20X 104（m3/h）换算成标准状态时（设为V a）

200000m3/h (145 273)K

V a273K

求得 V a=1.31 X 105 m3/h=36.30 m3/s

故在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为

M SO2 =36.30X 1.18X 104 mg/m3=42.83X 104mg=428.3g/s

N SO2=428.3/64 mol/s = 6.69mol/* 7.0mol/s

对应的石灰石（CaCO3）物质的量 n caco3=1.02X 7.0 =7.14mol/s

石灰石（CaCO3）质量为 m caco3=1.02X 7.0X 100 =1.02X 700g/s=714g/s

综合以上计算结果，本部分给出的是一些近似的简化物料平衡计算方法，物料点涵盖了一些主流程。

（ 1 ）吸收塔出口烟气量 G2

前面已经给出具体计算步骤，其数值为 36.30 m3/s

（ 2）氧化空气量的计算

假设空气通过氧化风机进入喷淋塔后，当中的氧气完全用于氧化亚硫酸钙，即最终这部分空气仅仅剩下氮气、惰性气体组分和水汽。理论上氧化 1 摩尔亚硫酸钙需要0.5 摩尔的氧气。具体计算步骤详见喷淋塔直径计算部分，

其数值为 V 空气=0.72 （m3/s）

（ 3）石灰石消耗量计算

前面计算已经给出具体计算步骤，

其数值为 m caco3=1 .02X 7.0X 100g/s=1 .02X 700g/s=714g/s

（ 4）吸收塔的石膏产量（干态）

m caso4 2H2o M caso42H2o n caso4 2H2o 172g / mol 7.14mol /s 1.228kg / s 4421kg / h

3.2 制浆系统物料衡算和相关配置

吸收浆液制备系统按公用系统配置，可以按照两套或多套脱硫装置合用一套设备，但吸收剂浆液的系统一般不少于两套。当电厂只有一台机组时，可以只设一套吸收浆液制备系统，采用石灰石块进场方式，当厂内设置破碎装置时，适宜采用不大于20mm 的石灰石块。吸收桨叶制备系统的出力应该按照设计工况下石灰石消耗量的150%选择，而且不小于 100%校核工况下的石灰石消耗量。

系统设置一个石灰石浆液箱，设置 4 台石灰石浆液供浆泵。吸收塔配有一条石灰石浆液输送管，石灰石浆液通过管道输送到吸收塔。每条输送管上分支出一条再循环管回到石灰石浆液箱，以防止浆液在管道内沉淀。

脱硫所需要的石灰石浆液量由锅炉负荷，烟气的 SO2浓度和Ca/S来联合控制，而需要制备的石灰石浆液量由石灰石浆液箱的液位来控制，浆液的浓度由浆液的密度计控制测量量作前馈控制旋流器个数。

根据液体气体比为12.2 L/m3，喷淋塔内实际运行条件下塔内气体流量

V g=V a+V2+V3=36.30+2.54+0.56（m3/s）=39.40（m3/s），

又V±12.2L/m3

V g

所以在运行状况下脱硫塔（喷淋塔）内的实际浆液流量为

3 3

V L =12.2L/m3X 39.40（m3/s）=480.68L/s

该浆液中的石灰石（CaCO3）物质的量n caco3=7.14mol/s ,

浆液中石灰石（CaCQ）质量为m caco3 =714g/s （参见前面脱硫系统计算部分）

故石灰石浆液中碳酸钙物质的量浓度为

C石灰石浆液= nn caco3/ V L=7.14（mol/s）/480.68（L/s）~ 0.015mol/L

3.3烟气系统的热量衡算和相关配置

从锅炉来的热烟气经增压风机增压后进入烟气换热器（GGH）降温侧，经 GGH冷却后，烟气进入吸收塔，向上流动穿过喷淋层，在此烟气被冷却到饱和温度，烟气中的SO2被石灰石浆液吸收。除去SO?及其它污染物的烟气经 GGH 加热至80E以上，通过烟囱排放。设置一套密封系统保证 GGH漏风率小于1%。

GGH是利用热烟气所带的热量加热吸收塔出来的冷的净烟气。在设计条件下且没有补充热源时，GGH可将净烟气的温度提高到80E以上。

在热烟气的进口与GGH相连的烟道出口安置一套可伸缩的清洗设备，用来进行常规吹灰和在线水冲洗。清洗装置都有单独的、可伸缩的矛状管和带有单独的辅助蒸汽和水喷嘴的驱动机械。GGH配一台在线的冲洗水泵，该泵为在线清洗提供高压冲洗水。自动吹灰系统可保证 GGH的受热面不受堵塞，保持承诺的净烟气出口温度。

当GGH停机后，换热元件可用一低压水清洗装置进行清洗。此低压水清洗装置每年使用两次。每台GGH上的两个固定的水冲洗装置用来进行离线冲洗。每一个固定的水清洗装置配有带喷嘴的直管，从有一定间隔的喷嘴中均匀地向换

热面喷冲洗水。

烟道上设有挡板系统，以便于FGD系统正常运行和事故时旁路运行。FGD 装置的挡板系统包括一台FGD进口原烟气挡板，一台FGD出口净烟气挡板和一台旁路烟气挡板，挡板为双百叶式。在正常运行时，FGD进出口挡板开启，旁

路挡板关闭。在故障情况下，开启烟气旁路挡板门，关闭FGD进出口挡板，烟

气通过旁路烟道绕过FGD系统直接排到烟囱。所有挡板都配有密封系统，以保证“零”泄露。密封空气设两台100%容量的密封空气风机（一台备用）和二级电加热器，加热温度不低于70 °C。

对于换热器，进入换热器的烟气分成两种，包括要进入脱硫塔（喷淋塔）的原烟气（温度为145C）和经过喷淋塔石灰石浆液淋洗后的净化烟道气（出口温度 50C），两股流体在换热器内传热。

原烟气的热流量