脱硫物料平衡水平衡计算

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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
P X G石膏冲洗水 Y G制浆水G石膏
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。
石膏带走水计算
G石膏带走水=G石膏×10%
固平衡计算框图
吸收塔底固体量计算
吸收剂需要量计算
吸收塔出口浆液 石膏处理系统固平衡
制浆水
石灰石量
吸收塔返回浆液P 石膏量、冲洗水
石灰石浆液量
石膏带走水 结晶水计算
废水总量 石膏带出总水量
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。
脱硫塔底固体中各组分流量
组分
质量流量kg/h
W%
CaSO4 2H 2 O
CaSO3
1 2
H
2O
CaCO3
杂质
飞灰
ηMSO2×172.17×69.01÷(69.01+1)
ηMSO2×129.15×1÷(69.01+1) ηMSO2×100.09×(Ca/S-1)
ηMSO2×100.09× Ca/S (1-A) FGD入口灰量×75%
含固率=0.02363 2.54% 0.93
25.5% X 50%(s)
回用水箱
25.5% X+25.5% X 50%(1 1%) / 2 25.5X 50%(1 1%) / 0.9(t)
5.5% X 50%(11%) / 2 / 0.9(L) 25.5%X 50%1%(s)
真空皮带机
Y (t)
合计
G固体
100
石膏处理系统固平衡
(1 25.5%)X (t)
吸 X (t) 15% X (s)
(1 25.5%)X 3%(s)

一级旋流器
(1 25.5%)X 0.1778X 0.93X (t)

(1 25.5%)X 3% 25.5% X 50%1% 0.02363X (s)
25.5% X (t)
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。
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
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。
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
不相同
与该压力温度下的 真实饱和蒸汽压比 较
相同
输出结果
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
工艺补充水
净 烟 气带走水 (气、液态)
FGD SYSTEM
石膏结晶水 石膏带走水
废水
制浆
塔进口原烟气带水 (气态)
石膏浆液 系统滤液
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
Gw=Y+M zf G石膏结晶水+G石膏带出水+G烟气带走水
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
Qy2净 烟 气
除雾器冲洗水
X排出浆液
G石膏
G浆液 补充水
氧化风
1.3%Y (s)
废 水 旋 流 器
G石膏=25.5% X 50%(11%) / 90%(t) 25.5% X 50%(11%)(s)
P X G石膏冲洗 Y G制浆水G石膏
G制浆水 (t) G制浆水 2.54%(s)
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。
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
不含蒸发水的烟气热量 氧化空气热量
工艺水热量
Qy1C p1T 1Qy2C p2T2 Qyk (Ck1T 3C k 2T2 ) Gw (Cw1T w1C w2T2 )
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
Qy2净 烟 气
除雾器冲洗水 G浆液 补充水
Qyk氧化风
X排出浆液
吸收塔
P滤液返回
Qy1原烟气
4、吸收塔总物料平衡
公式3
Qy1+Qyk (Gw-G皮带冲洗水 )+G浆液+P=Qy2+X
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。
〈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.
计算框图
输入已知条件
烟气平衡计算
计算塔入、出口烟气流量、摩尔组成、温度、热量,脱硫量
氧化风量计算
固平衡计算
石灰石耗量 石膏量
水平衡计算 吸收塔物料平衡计算
工艺水量 废水量
热平衡计算 烟气平衡计算
蒸发水量 塔出口烟温
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:
Gw Cl水+BgCl煤=Y 20g / l+G石膏带出水Cl石膏
吸收塔
石膏处理系统 G制浆水
Y废水 P滤液返回
Qy1原烟气 制浆系统
冲洗水
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。
+H
m
M zf
(h2 h1)+G石膏C石膏T2+YCwT2
反应热计算:
SO2
CaCO3
1 2
O2
H
2O
CaSO4
2H
2O
CO2-430.82kJ/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
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。
系统热平衡示意图
散热
净 烟 气热 (处理后的烟气)
进塔水热 氧化空气热 吸收剂热
FGD 吸收塔 反应热
石膏浆液 带走热
1、烟气平衡
Qy1 ’ Qy2’
1%Qy1
GGH 3%Qy2’
Qy1


塔 Qy2
烟道漏风:Vy+(l+ )Vko(干)
理论空气量:VKO 0.0889(Car 0.375Sar ) 0.256Har 0.0333Oar
式中:Vy-原烟气Nm3/kg; 漏风系数:对于钢烟道, 取0.01/10 米。
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:
净 烟 气热 (处理后的烟气)
工艺水热 氧化空气热
吸收剂热
FGD SYSTEM
反应热
石膏浆液带走热 返回液带 入热
原烟气热 (处理前的烟气)
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。
与假设值相同时的温度即为出口烟温T2。
公式4中: 5、热平衡
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-
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。
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
需纯度为ACaCO3的石灰石量为:
GCaCO 3
Fra Baidu bibliotek
100 64
M
SO 2
Ca / S
㎏/h
ACaCO 3
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
石膏处 理系统
返回热
原烟气热 (处理前的烟气)
石膏带走热
废水带走 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。
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