喷雾干燥法物料恒算.doc

第一章：物料恒算
2.1.1、SO2和颗粒物脱除
喷雾干燥系统流程图如下：

计算SO2和颗粒物的物料平衡时，流入的烟气（流程图中1#物流）的SO2和飞灰流速分别为15×104m3/h×1900mg/m3=285kg/h和15×104m3/h×2.5g/m3=375kg/h。输出包括洁净烟气（3#物流）中的SO2和飞灰的重量和捕集的飞灰鹤SO2反应产物（11#物流）。

项目
数值
烟气

流速/（m3/h）
15104
组成/%（kg/h）

N2
81553.56
CO2
13044.185
O2
6138.44
H2O
8593.816

SO2
285(0.26%)
总计
109615（100%）
飞灰/（kg/h）
375
温度/
152
固含量/%

熟石灰
20
浆液
35
灰渣
96
进入系统的SO2流率=285kg/h
SO2允许排放量=28.5kg/h
SO2脱除量=256.5kg/h
进入系统的飞灰流量=375kg/h
允许的颗粒物排放量=30kg/h
系统的飞灰脱除量=345kg/h
烟气 洁净烟气
SO2=285 喷雾干燥塔 布袋除尘器 SO2=28.5
飞灰=375 飞灰=30

固体废物处理： SO2=256.5
飞灰=345

2.1.2、石灰乳制备
进入系统的SO2量为285kg/h，假设达到90%脱硫率所需的钙硫比为1.4，则所需的新鲜CaO的量为：
CaO=1.4×285×56/64
=349.1kg/h
而所需的新鲜石灰（含CaO 92%）的量为
石灰量=349.1/0.92=379.5kg/h
由于 1mol SO2 仅同 1mol 碱（CaO + MgO）反应，就存留了部分过量的CaO 和 MgO，其中一小部分同烟气中的CO2反应，而未参加反应的吸收剂同飞灰一道被捕集下来。

石灰的成分及其流率（7#）物流如下：

含量/%
质量流率（kg/h）
摩尔流率/(mol/h)
CaO
92
349.1
6.24
MgO
3
11.4
0.29
惰性组分
5
19.0

总量
100
379.5
6.53

在熟化槽中，CaO和 MgO分别变成Ca（OH）2和Mg（OH）2。
假设熟化后80%的惰性组分（砂石）已经被除去，这样;
除去的砂石（9#物流）=石灰中的惰性组分×80%
=19×0.8
=15.2
仍留在熟石灰中的惰性组分为：
19－15.2=3.8 kg/h
由于1 mol CaO或MgO熟化为1 mol Ca（OH）2和Mg（OH）2，则熟化槽中出来的固体包括：
Ca（OH）2=6.24mol/h×74kg/mol=461.8 kg/h
Mg（OH）2=0.29 mol/h×58kg/mol=16.8 kg/h
惰性组分=3.8 kg/h
因此，8#物流的固体质量为：
8#物流固体质量=461.816.8+3.8
=482.4 kg/h
如果熟化槽流出的石灰乳含量为20%，则石灰乳中水含量为：
8#物流水分含量=固体总量×80%/20%
=482.4×4
=1929.6 kg/h

则流入浆液混合槽的石灰乳总量为：
耗水量（6#物流）=8#物流石灰乳量+9#物流砂石量
－7#物流石灰量
=2412+15.2-379.5
=2047.7 kg/h

石灰熟化操作的物料恒算如下表：

熟化槽物料平衡
输入
流量（kg/h）
输出
流量（kg/h）
CaO
349.1
Ca（OH）2
461.8
MgO
11.4
Mg（OH）2
16.8
惰性组分
19.0
惰性组分
3.8
小计
379.5
水
1929.6
水
2047.7
砂石
15.2
总量
2427.2
总量
2427.2

2.1.3、灰渣处理
计算需处理的废物时，需要考虑石灰乳和烟气中所含的固体以及Ca（OH）2和SO2及CO2的反应产物，假设Mg（OH）2与SO2和CO2的反应可忽略不计。
系统除去的SO2量为256.5kg/h，烟气含有375kg/h飞灰（其中345kg/h被捕集），石灰乳含461.8kg/hCa（OH）2和16.8kg/h Mg（OH）2,以及3.8kg/h的惰性组分。估计与CO2反应生成CaCO3的Ca（OH）2约为与SO2反应的Ca（OH）2的10%，则：
因为1mol SO2反应了1mol Ca（OH）2
所以SO2反应了Ca（OH）2的物质的量为：
256.5/64≈4mol/h
因此：
过量Ca（OH）2=（6.24－4－4×10%）
=1.84 mol/h
或 =1.84×74
=136.2 kg/h
形成的亚硫酸盐物质的量相当于脱除的SO2，这样;
CaSO3=4 mol/h
假设其中20%氧化为硫酸盐：
CaSO3=4×0.8=3.2 mol/h
CaSO4=4×0.2=0.8 mol/h
形成的碳酸盐为：
CaCO3=0.4mol/h
或 =0.4×100=40 kg/h
硫酸盐和亚硫酸盐均以水合形式存在：
CaSO4·2H2O = 0.8 mol/h =0.8×172=137.6 kg/h
CaSO3·1/2H2O=3.2 mol/h =3.2×129=412.8 kg/h

固体废渣的各种物质含量和流率如下：

流速（kg/h）
百分比（%）
飞灰
375
33.0
CaSO4·2H2O
137.6
12.1
CaSO3·1/2H2O
412.8
36.3
Ca（OH）2
136.2
12.0
CaCO3
40
3.5
Mg（OH）2
16.8
1.5
惰性组分
19
1.6
总计
1137.4
100

Mg（OH）2流量 58×0.29=16.8 kg/h
假设灰渣中含水分4%，则
灰渣总量（11#物料）=1137.4/（1－4%）=1184.8 kg/h
灰渣中水分 = 1184.8－1137.4 = 47.4

2.1.4、喷雾干燥塔水平衡和烟气组成
供给雾化器的料浆（以及灰循环）多少取决于维持饱和温度差情况下可蒸发的水量。因而，在计算料浆流量和灰循环之前应首先确定吸收塔的水质量平衡。
由于在吸收塔壁的烟气热损失很小，可以认为吸收塔内为增湿绝热冷却。由空气---水的湿度曲线，可以用来计算烟气冷却过程中的水分蒸发。如果需要确定严格的烟气冷却需水量，可以通过设计计算程序完成。

根据前述的烟气成分，可以得知烟气中水分与干气体的比值为0.05。在152℃，这相当于52℃湿球温度上的A点。由于要求与饱和湿度的温度的温差为11℃，烟气加水后的最后温度约为63℃。
沿湿球温度线可找到干球温度为63℃的B点，在这点的水和干气之比为0.11，可用于计算出口烟气的水含量。由于脱除了SO2和飞灰，同时去处少量的CO2和O2，所以洁净烟气的量略少于系统入口的烟气量。
SO2减少=256.5kg/h
CO2减少=0.4mol/h
=0.4×44
=17.6kg/h
O2减少=4×0.2×0.5
=0.4mol/h
=0.4×32
=12.8 kg/h
因此，系统出口的干烟气量为：
N2=81553.56 kg/h
CO2=（13044.19－17.6）=13026.59 kg/h
O2=(6138.44－12.8)=6125.64 kg/h
SO2=(285－256.5)=28.5kg/h
总计100734 kg/h
则烟气中的含水量为：
H2O=0.11×100734=11080.7 kg/h

喷雾干燥塔中的蒸发量为：
蒸发量=处理含水量－进口烟气中含水量
=11080.7－8593.8
=2486.9 kg/h
为确定料浆槽中的水量和灰渣中的自由水量（47.4 kg/h）相加
则浆液中水分=2486.9+47.4=2534.3 kg/h

来自除尘设备的烟气流率为（假设在除尘器中没有热损失）：
烟气流率=各种组分的物质的量之和×22.4
=89961.76 m3/h
下表给出了处理烟气的流率和组成。

处 理 烟 气 的 组 成
组分
质量流率/（kg/h）
摩尔流率/（mol/h）
体积百分含量/%
N2
81553.56
2912.6
72.9
CO2
13026.59
296.1
11.7
O2
6125.64
191.4
5.5
H2O
11080.7
615.6
9.9
SO2
28.5
0.45
0.03
小计
111815
4016.15
100
飞灰
30

总计
111845.1

2.1.5、料浆制备
料浆是熟石灰、循环灰渣和水的混合物，典型的最大固含量为35%质量分率）。维持喷雾干燥塔出口烟气温度在63℃和灰渣最大含量4%（质量分率），则料浆的最大用量为：
料浆用量（2#物流）=含水量/0.65
=2534.3/0.65
=3898.9 kg/h
料浆的含固量为：
含固量=料浆用量－浆液中水分
=3898.9－2534.3
=1364.6 kg/h
所含固体中482.4 kg/h 来自石灰流程，
因此，可循环使用的最大吸收剂量为：
循环灰渣=（1364.6－482.4）/（1－4%）
=918.9kg/h
含水量=918.9×4%
=36.77 kg/h

循环灰渣占灰渣总量的百分比为：
918.9/1184.8×100%=77.6%

为计算溶解循环灰渣和石灰所需水量，从浆液中抽出这两部分水量：
溶解水（5#物流）=浆液含水量（2#物流）－石灰乳含水量（8#物流）－循环灰渣含水量（2#物流）
=2534.3－1929.6－36.77
=567.93 kg/h

液气比（L/G）可以从入口烟气流率（15×104m3/h）和所需的浆液流率（3898.9
Kg/h）
实际烟气流率=150000×（273 + 63）/ （273 + 20）
=150000× 1.15
=1.72×105 m3/h

设35%含固量的浆液密度为1000kg/m3，浆液的体积流率3.899m3/h，
L/G=3.899/172000

2.1.6、总需水量
烟气净化系统的总需水量为石灰熟化用水（6#物流）和浆液溶
解水（5#物流）之和：
总水量=2047.7+567.93
=2615.63 kg/h