石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺系统物质与能量平衡计算方法的拟定

% 给定 Nm3/kg 煤 V0=0.0889(Car+0.3758Sar)+0.265Har-0.0333Oar
Bj Bg η Vy0 VN2 VRO2 VCO2 VSO2 VH20
t/h 给定 t/h 给定 ％ 给定 Nm3/kg 煤 Vy0= VN2+ VRO2+ VH2O Nm3/kg 煤 VN2= 0.79*V0+0.8*Nar/100 Nm3/kg 煤 VRO2= VCO2+VSO2=1.866(Car+0.375Sar) /100 Nm3/kg 煤 VCO2= 1.866Car/100 Nm3/kg 煤 VSO2= 1.866*0.375Sar/100 Nm3/kg 煤 VH20= 0.111Har+0.0124Mar+0.0161V0
吸收过程：SO2 + H20 → H2SO3 = HSO3－ + H+
CaCO3 + 2H+ → Ca2+ + CO2 + H2O
氧化过程：HSO3－ + 1/2O2 → SO42－ + H+
Ca2+ + SO42－ + 2H2O → CaSO4·2H2O
石灰石-石膏湿法脱硫是目前世界上技术最成 熟、应用最广，运行也最为可靠，已成为世界商业性 FGD 的主导。德国的 Bischoff 公司、Steimuller 公司， 日本的三菱重工、川崎重工，美国的 B＆W 公司等 多家公司开发研究这种工艺，特别在美国、德国和日 本，应用该脱硫工艺的机组容量约占电站脱硫装机总 容量的 90％，应用的单机容量已达 1000MW。
序号
项目
符号
单位
备注
一 工程设计参数
1 煤质分析(收到基) 碳 氢
Car
% 给定
Har
% 给定
2
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序号
项目
氧
氮
硫
水份
灰份
固有水分（空气干燥基）
理论空气量（干空气）
2 燃煤量
锅炉计算燃煤量
锅炉实际燃煤量
3 脱硫效率
10. 忽略吸收塔内烟气中飞灰的散热量；
3.2 符号定义及基本公式
下表中列出了本文中使用的部分参数符号及一些基本的公式。
由于该计算方法需要较复杂的循环迭代过程，纯手工计算显得极其麻烦，要较为精确地得出计算结果必 须借助于程序化，故计算过程中对一些常规通过查表得到的技术数据（如比热、焓等）也要求以公式的方式 计算得到。
三 燃烧产物理论体积：
氮气
三原子气体
CO2 SO2 水蒸汽 四 GGH 原烟气入口参数： 烟气温度 过剩空气系数 含尘量 氮气 氧气 三原子气体
CO2 SO2 水蒸汽(αy1) 总烟气量 烟气比热：
符号 Oar Nar Sar Mar Aar Mad V0
单位
备注
% 给定
% 给定
% 给定
% 给定
% 给定
器除去带出的细小液滴，经加热器加热升温后排入烟 囱。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。由于吸收剂 浆的循环利用，脱硫吸收剂的利用率很高。
该工艺适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫，脱 硫效率可达到 95%以上。
石灰石-石膏湿法脱硫工艺脱硫过程的主要化学 反应为：
在脱硫吸收塔内烟气中的 SO2 首先被浆液中的 水吸收与浆液中的 CaCO3 反应生成 CaSO3，CaSO3 被鼓入氧化空气中的 O2 氧化最终生成石膏晶体 CaSO4·2H2O。其主要化学反应式为：
本文将就现在典型的石灰石-石膏湿法烟气脱硫 的工艺系统提出相应的物质与能量平衡计算方法进 行探讨，但对工程使用中一些系数及参数的取值不加 讨论。抛砖引玉，欢迎指正。
2.
石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统工艺
简介
石灰石-石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰 石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与 水混合搅拌制成吸收剂浆。也可以将石灰石直接湿磨 成石灰石浆液制的吸收剂浆。当采用石灰为吸收剂 时，石灰粉经消化处理后加水搅拌制成吸收剂浆。在 吸收塔内，吸收剂浆液与烟气接触混合，烟气中的 SO2 与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化 学反应，最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾
给定，示原烟气中含氧量不同取值 1.4～1.8 ℃ 给定，按环境温度并考虑一定的氧化风机温升 kJ/m3℃
5
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ห้องสมุดไป่ตู้
序号
项目
浆液控制 Cl-浓度
十一 废水系统
废水量
十二 GGH 净烟气入口参数
烟气温度
过剩空气系数
含尘量
烟气比热：
氮气 氧气 CO2 SO2 水蒸汽(αy1) 七 石灰石浆液系统 石灰石 CaCO3 含量
符号
CN2.y1 CO2.y1 CCO2.y1 CSO2.y1 CH20.y1
单位
备注
kJ/m3℃ kJ/m3℃ kJ/m3℃ kJ/m3℃ kJ/m3℃
y1VSO2.y1+CH2O.y1VH2O.y1) / (VN2.y1+VO2.y1+VCO2.y1+VSO2.y1+VH2O.y1) CN2.y1=CN2(Ty1) CO2.y1= CO2(Ty1) CCO2.y1= CCO2(Ty1) CSO2.y1= CSO2(Ty1) CH20.y1= CH2O(Ty1)
Ty1 αy1 Ay1 VN2.y1 VO2.y1 VRO2.y1 VCO2.y1 VSO2.y1 VH20.y1 Vy1 Cy1
℃ 给定 给定
kg/Nm3 给定 Nm3/kg 煤 VN2.y1=0.79αy1V0+0.8Nar/100 Nm3/kg 煤 VO2.y1=0.21 (αy1-1)V0 Nm3/kg 煤 VRO2.y1=VRO2=1.866(Car+0.375Sar) /100 Nm3/kg 煤 VCO2.y1=VCO2=1.866Car/100 Nm3/kg 煤 VSO2.y1=VSO2=1.866*0.375Sar/100 Nm3/kg 煤 VH20.y1=0.111Har+0.0124Mar+0.0161αy1V0 Nm3/kg 煤 Vy1 =Vy0+1.0161(αy1-1)V0
kg/Nm3 Nm3/kg 煤 Nm3/kg 煤 Nm3/kg 煤 VRO2.y3 = VCO2.y3 + VSO2.y3 Nm3/kg 煤 Nm3/kg 煤 Nm3/kg 煤 Nm3/kg 煤 Vy3 = VN2.y3+ VO2.y3+ VCO2.y3+ VSO2.y3+ VH2O.y3
氮气
氧气
三原子气体
CO2 SO2 水蒸汽(αy1) 总烟气量
烟气比热：
氮气 氧气 CO2 SO2 水蒸汽(αy1) 十三 GGH 净烟气出口参数 烟气温度 过剩空气系数 含尘量 氮气 氧气 三原子气体 CO2
符号 Cl-t
单位 µg/l
给定
备注
Qww
kg/kg 煤
Ty3
℃
αy3 Ay3 VN2.y3 VO2.y3 VRO2.y3 VCO2.y3 VSO2.y3 VH20.y3 Vy3
RCaCO3
% 给定，质量比
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序号
项目
石灰石 MgCO3 含量 石灰石浆液浓度
石灰石耗量
八 石膏浆液及真空脱水系统
吸收塔排浆浓度
漩流分离器排浆浓度
脱水后石膏表面水分
干石膏粉允许 Cl-浓度
湿石膏产量
干石膏产量
Cy2
CN2.y2 CO2.y2 CCO2.y2 CSO2.y2 CH20.y2
kJ/m3℃
kJ/m3℃ kJ/m3℃ kJ/m3℃ kJ/m3℃ kJ/m3℃
Cy2=(CN2.y2VN2.y2+CO2.y2VO2.y2+CCO2.y2VCO2.y2+CSO2. y2VSO2.y2+CH2O.y2VH2O.y2) / (VN2.y2+VO2.y2+VCO2.y2+VSO2.y2+VH2O.y2) CN2.y2=CN2(Ty2) CO2.y2= CO2(Ty2) CCO2.y2= CCO2(Ty2) CSO2.y2= CSO2(Ty2) CH20.y2= CH2O(Ty2)
kJ/m3℃ Cy1=(CN2.y1VN2.y1+CO2.y1VO2.y1+CCO2.y1VCO2.y1+CSO2.
3
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序号
项目
氮气 氧气 CO2 SO2 水蒸汽(αy1) 五 GGH GGH 漏风率 六 GGH 出口原烟气参数： 烟气温度 过剩空气系数 含尘量 氮气 氧气 三原子气体 CO2 SO2 水蒸汽(αy1) 总烟气量
kg/kg 煤
备注
RGt RGX RG.H2O RG.Cl QG.w QG.d
％ 给定，质量浓度 % 给定，质量浓度 % 给定，质量比，一般取 10％ % 给定，质量浓度 kg/kg 煤 含表面水 kg/kg 煤 不含表面水
RG.d QG.H2O.Cl
% kg/kg 煤
TH2O h1(T) h2(T) H(T) Cl-H2O
△αGGH
％ 给定，原烟气漏至净烟气量占入口原烟气份额
Ty2
℃
αy2 Ay2 VN2.y2 VO2.y2 VRO2.y2 VCO2.y2 VSO2.y2 VH20.y2 Vy2
αy2=αy1 kg/Nm3 Ay2=Ay1 Nm3/kg 煤 VN2.y2 = (1-△αGGH) VN2.y1 Nm3/kg 煤 VO2.y2 = (1-△αGGH) VO2.y1 Nm3/kg 煤 VRO2.y2 = (1-△αGGH) VRO2.y1 Nm3/kg 煤 VCO2.y2 = (1-△αGGH)VCO2.y1 Nm3/kg 煤 VSO2.y2 = (1-△αGGH) VSO2.y1 Nm3/kg 煤 VH20.y2 = (1-△αGGH) VH2O.y1 Nm3/kg 煤 Vy2 = (1-△αGGH) Vy1
常规的石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺流程如下 图所示：
1
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3.
计算方法拟定
3.1 计算方法拟定原则
在允许的误差范围内，为了使得拟定的计算方法相对简洁并趋于保守、安全，本文给定如下原则：
1. 全部烟气进行脱硫；
2. 燃煤中硫完全转化为 SO2； 3. 石灰石中除 CaCO3 和 MgCO3 外其它杂质均为不可溶惰性物质； 4. 烟气飞灰为不可溶惰性物质；
5. 脱硫增压风机设置在脱硫系统原烟气入口或净烟气出口，忽略烟气系统流程中的压降；
6. 忽略烟气流程中的烟道及设备漏风；
7. 忽略烟气中 HCl、HF、NOx、SO3 等活性物质所参与的化学反应； 8. 忽略 GGH 本体和吸收塔本体的散热；
9. 忽略随废水排放排出的石灰石成分、石膏成分及烟气飞灰成分；
Q
℃ 给定，一般取 20℃ kJ/kg kJ/kg kJ/kg H(T) = h2(T) – h1(T) µg/l 给定 kg/kg 煤
ηt ηash fca/s QH2O.Gas QH2O.G Qair αair Tair Cair(Tair)
％ ％ 给定，质量比
给定，摩尔比，一般取 1.03～1.05 kg/kg 煤 kg/kg 煤 kg/kg 煤
【关键词】烟气脱硫 石灰石 石膏 物质与能量平衡 计算方法
1.
前言
随着国内环保法规的完善和污染物排放控制力 度的加大，烟气脱硫设施在电力行业燃煤电厂的安装 已趋普及。由于对机组容量的适应性、工程投资、技 术可靠性、国内外运行业绩等多方面因素，在已投运 和在建的烟气脱硫工程中，石灰石-石膏湿法烟气脱 硫系统占据了绝对多数。目前相应石灰石－石膏湿法 烟气脱硫工艺系统的计算软件还完全由国外各相关 产业公司垄断，为了更好的实现烟气脱硫产业国产 化，降低烟气脱硫工程的投资成本，增强国内烟气脱 硫系统的设计水平，自主开发石灰石－石膏湿法烟气 脱硫工艺计算软件已是非常必要和迫切。
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石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺系统 物质与能量平衡计算方法的拟定
国电华北电力设计院工程有限公司 朱国平
【内容摘要】本文对石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺系统的物质与能量的平衡计算方法进行了拟定，并
提出了多个相关计算公式，可供工程设计和设备选型过程中参考。
干石膏纯度
氯柄冲洗水量
九 工艺水系统
工艺水温度
T 温度下饱和水焓
T 温度下饱和蒸汽焓
给定温度下饱和水汽化潜热
Cl-浓度
工艺水总消耗量
十 吸收塔
脱硫效率
除尘效率
钙硫比(Ga/S)
烟气蒸发水量
石膏化合水量
氧化空气量
氧化空气裕量系数
氧化空气温度
氧化空气比热
符号 RMgCO3
RL QL
单位 % 给定，质量比 ％ 给定，质量浓度