濕法脫硫排煙溫度和蒸發(fā)水量的快速推算

陳勇

（南京中電環(huán)保科技有限公司，江蘇南京 211102）

目前，國內(nèi)主要采用高溫?zé)煔鉂穹ㄏ礈烀摿蚝蟮臒煔饩鶠轱柡蜐駸煔狻Ｒ虼耍礈爝^程中需要蒸發(fā)大量的水。對于排煙溫度和蒸發(fā)水量的計(jì)算，通常先假定排煙溫度，再采用熱平衡法進(jìn)行計(jì)算，并用假定排煙溫度下水的飽和蒸汽分壓進(jìn)行校驗(yàn)。由于假定溫度的偏差，會(huì)造成計(jì)算結(jié)果的偏差，且需反復(fù)假定溫度和校驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，才能得到準(zhǔn)確的排煙溫度和蒸發(fā)水量。

本文先找出熱平衡算法下，排煙溫度變化與蒸發(fā)水量變化的關(guān)系；再用不同溫度下水的飽和蒸汽壓法計(jì)算出蒸發(fā)水量，兩種方法計(jì)算結(jié)果相結(jié)合，并采用試差法，則可準(zhǔn)確快速地得出準(zhǔn)確的排煙溫度和蒸發(fā)水量。

1 基本參數(shù)

以石灰石-石膏法脫硫技術(shù)為例，對煙氣進(jìn)行治理。煙氣的初始條件為：煙氣壓力600 Pa（表壓）、煙氣溫度150 ℃、煙氣流量180 000 Nm3/h。原煙氣組分與含量如表1所示。

表1 原煙氣組分與含量

2 熱平衡法蒸發(fā)水量計(jì)算

高溫?zé)煔饨?jīng)連續(xù)循環(huán)洗滌，最終為飽和濕煙氣排出。此時(shí)煙氣中水蒸汽已達(dá)到飽和狀態(tài)。在不計(jì)熱損失情況下，系統(tǒng)熱量處于平衡狀態(tài)，即進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)的熱量等于帶出系統(tǒng)的熱量[1]。

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

計(jì)算過程中，工藝水為常溫20 ℃。20 ℃水的比熱為4.183 kJ/（kg·℃）；飽和水蒸汽比焓如表2所示[1]；各氣體比熱如表3所示[2]。

表3 各氣體比熱與溫度關(guān)系 單位：kJ/（kg·℃）

表2 飽和水蒸汽比焓與溫度關(guān)系

2.2 量的符號及單位

在計(jì)算過程中，各個(gè)量的表示符號及單位為：M為各氣體的質(zhì)量，kg/h；Ct為對應(yīng)溫度下氣體的比熱，kJ/（kg·℃）；HtH2O為對應(yīng)溫度下飽和水蒸汽比焓，kJ/kg；M水為蒸發(fā)水量，kg/h；C水為補(bǔ)充水的比熱，kJ/（kg·℃）。

2.3 計(jì)算過程

煙氣帶入熱量Q入根據(jù)公式（1）計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為37 788 353.25 kJ/h。

維持恒定液位，則補(bǔ)充蒸發(fā)工藝水帶入的熱量Q水根據(jù)公式（2）計(jì)算，得出結(jié)果為83.66M水kJ/h，M水為本研究所求的蒸發(fā)水量。

脫硫反應(yīng)方程式如式（3）所示，該化學(xué)反應(yīng)焓變?yōu)?339 kJ/mol，為放熱反應(yīng)。該反應(yīng)放熱量Q反根據(jù)公式（4）計(jì)算，得到結(jié)果為4 086 306 kJ/h。

式（4）中，12.054為SO2的摩爾數(shù)，kmol；1 000為換算系數(shù)。

煙氣中SO2全部被洗滌吸收，出系統(tǒng)的煙氣成份只為N2、CO2、O2、H2O。煙氣帶出的熱量Q出根據(jù)公式（5）計(jì)算。

根據(jù)熱量平衡，不計(jì)熱損失和石膏外排帶出的熱量，則Q出根據(jù)公式（6）計(jì)算，得到不同飽和排煙溫度下工藝水蒸發(fā)量如表4所示。根據(jù)表4計(jì)算數(shù)值，可得出如下結(jié)論：（1）假定的飽和排煙溫度上升，則蒸發(fā)水量反而減少；（2）飽和排煙溫度每升高1 ℃，則耗水量減少約107 kg/h。

表4 不同飽和排煙溫度與蒸發(fā)水量關(guān)系

3 飽和蒸汽分壓法蒸發(fā)水量計(jì)算

經(jīng)濕法脫硫后，排放煙氣為飽和濕煙氣。如公式（7）所示，此時(shí)飽和濕煙氣中水汽體積與濕煙氣的總體積比等于該溫度下水的飽和蒸汽壓與大氣壓的比[1]。

式（7）中，大氣壓為101 325 Pa，水在不同溫度下的飽和蒸汽壓如表5所示[1]。

表5 不同溫度下水的飽和蒸汽壓

設(shè)煙氣蒸發(fā)所產(chǎn)生的水汽體積為V（Nm3/h），即得公式（8），計(jì)算得出水的不同飽和蒸汽下（溫度下）的工藝水蒸發(fā)量如表6所示。結(jié)果表明，假定的飽和排煙溫度上升，水的飽和蒸汽壓變大，則蒸發(fā)耗水量也加大。

表6 不同飽和蒸汽壓（溫度下）與蒸發(fā)水量關(guān)系

4 最終排煙溫度與蒸發(fā)水量的確定

比較表4和表6，可得出最終排煙溫度應(yīng)在51～52 ℃，蒸發(fā)水量值也在二者算法之間。假定最終排煙溫度為T（℃），蒸發(fā)水量為M（kg/h）。

熱平衡法：三點(diǎn)為（51，11719）、（T，M）、（52，11611），采用數(shù)學(xué)內(nèi)插法得式（9）。飽和蒸汽分壓法：三點(diǎn)為（51，11148）、（T，M）、（52，12306），采用數(shù)學(xué)內(nèi)插法得式（10）。聯(lián)合公式（9）和（10），最終解得T為51.45℃、M為11 670 kg/h。

5 結(jié)論

（1）熱平衡法下蒸發(fā)水量與溫度變化有規(guī)律可循，計(jì)算最近兩點(diǎn)溫度下的蒸發(fā)水量，可快速類推其他溫度下的蒸發(fā)水量。

（2）兩種計(jì)算方式相結(jié)合，并采用內(nèi)插法，可快速推算出排煙溫度和蒸發(fā)水量，大大減少了假定溫度下的反復(fù)計(jì)算和校驗(yàn)過程。