湿法脱硫排烟温度和蒸发水量的快速推算
2021-03-02陈勇
陈勇
(南京中电环保科技有限公司,江苏南京 211102)
目前,国内主要采用高温烟气湿法洗涤脱硫后的烟气均为饱和湿烟气。因此,洗涤过程中需要蒸发大量的水。对于排烟温度和蒸发水量的计算,通常先假定排烟温度,再采用热平衡法进行计算,并用假定排烟温度下水的饱和蒸汽分压进行校验。由于假定温度的偏差,会造成计算结果的偏差,且需反复假定温度和校验计算结果,才能得到准确的排烟温度和蒸发水量。
本文先找出热平衡算法下,排烟温度变化与蒸发水量变化的关系;再用不同温度下水的饱和蒸汽压法计算出蒸发水量,两种方法计算结果相结合,并采用试差法,则可准确快速地得出准确的排烟温度和蒸发水量。
1 基本参数
以石灰石-石膏法脱硫技术为例,对烟气进行治理。烟气的初始条件为:烟气压力600 Pa(表压)、烟气温度150 ℃、烟气流量180 000 Nm3/h。原烟气组分与含量如表1所示。
表1 原烟气组分与含量
2 热平衡法蒸发水量计算
高温烟气经连续循环洗涤,最终为饱和湿烟气排出。此时烟气中水蒸汽已达到饱和状态。在不计热损失情况下,系统热量处于平衡状态,即进入系统内的热量等于带出系统的热量[1]。
2.1 基础数据
计算过程中,工艺水为常温20 ℃。20 ℃水的比热为4.183 kJ/(kg·℃);饱和水蒸汽比焓如表2所示[1];各气体比热如表3所示[2]。
表3 各气体比热与温度关系 单位:kJ/(kg·℃)
表2 饱和水蒸汽比焓与温度关系
2.2 量的符号及单位
在计算过程中,各个量的表示符号及单位为:M为各气体的质量,kg/h;Ct为对应温度下气体的比热,kJ/(kg·℃);HtH2O为对应温度下饱和水蒸汽比焓,kJ/kg;M水为蒸发水量,kg/h;C水为补充水的比热,kJ/(kg·℃)。
2.3 计算过程
烟气带入热量Q入根据公式(1)计算,计算结果为37 788 353.25 kJ/h。
维持恒定液位,则补充蒸发工艺水带入的热量Q水根据公式(2)计算,得出结果为83.66M水kJ/h,M水为本研究所求的蒸发水量。
脱硫反应方程式如式(3)所示,该化学反应焓变为-339 kJ/mol,为放热反应。该反应放热量Q反根据公式(4)计算,得到结果为4 086 306 kJ/h。
式(4)中,12.054为SO2的摩尔数,kmol;1 000为换算系数。
烟气中SO2全部被洗涤吸收,出系统的烟气成份只为N2、CO2、O2、H2O。烟气带出的热量Q出根据公式(5)计算。
根据热量平衡,不计热损失和石膏外排带出的热量,则Q出根据公式(6)计算,得到不同饱和排烟温度下工艺水蒸发量如表4所示。根据表4计算数值,可得出如下结论:(1)假定的饱和排烟温度上升,则蒸发水量反而减少;(2)饱和排烟温度每升高1 ℃,则耗水量减少约107 kg/h。
表4 不同饱和排烟温度与蒸发水量关系
3 饱和蒸汽分压法蒸发水量计算
经湿法脱硫后,排放烟气为饱和湿烟气。如公式(7)所示,此时饱和湿烟气中水汽体积与湿烟气的总体积比等于该温度下水的饱和蒸汽压与大气压的比[1]。
式(7)中,大气压为101 325 Pa,水在不同温度下的饱和蒸汽压如表5所示[1]。
表5 不同温度下水的饱和蒸汽压
设烟气蒸发所产生的水汽体积为V(Nm3/h),即得公式(8),计算得出水的不同饱和蒸汽下(温度下)的工艺水蒸发量如表6所示。结果表明,假定的饱和排烟温度上升,水的饱和蒸汽压变大,则蒸发耗水量也加大。
表6 不同饱和蒸汽压(温度下)与蒸发水量关系
4 最终排烟温度与蒸发水量的确定
比较表4和表6,可得出最终排烟温度应在51~52 ℃,蒸发水量值也在二者算法之间。假定最终排烟温度为T(℃),蒸发水量为M(kg/h)。
热平衡法:三点为(51,11719)、(T,M)、(52,11611),采用数学内插法得式(9)。饱和蒸汽分压法:三点为(51,11148)、(T,M)、(52,12306),采用数学内插法得式(10)。联合公式(9)和(10),最终解得T为51.45℃、M为11 670 kg/h。
5 结论
(1)热平衡法下蒸发水量与温度变化有规律可循,计算最近两点温度下的蒸发水量,可快速类推其他温度下的蒸发水量。
(2)两种计算方式相结合,并采用内插法,可快速推算出排烟温度和蒸发水量,大大减少了假定温度下的反复计算和校验过程。