CFB脱硫塔设计计算

物料平衡计算1）吸收塔出口烟气量G2G2＝(G1×（1－mw1）×(P2/(P2-Pw2))×（1－mw2）＋G3×（1－0.21/K）)×(P2/(P2-Pw2))G1:吸收塔入口烟气流量mw1:入口烟气含湿率P2：烟气压力Pw2：饱和烟气的水蒸气分压说明：Pw2为绝热饱和温度下的水蒸气分压，该值是根据热平衡计算的反应温度，由烟气湿度表查得。

（计算步骤见热平衡计算）2）氧化空气量的计算根据经验，当烟气中含氧量为6％以上时，在吸收塔喷淋区域的氧化率为50－60％。

采用氧枪式氧化分布技术，在浆池中氧化空气利用率ηo2=25－30％，因此，浆池内的需要的理论氧气量为：S=(G1×q1-G2×q2)×(1-0.6)/2/22.41所需空气流量QreqQreq=S×22.4/(0.21×0.3)G3＝Qreq×KG3：实际空气供应量K：根据浆液溶解盐的多少根据经验来确定，一般在2.0-3左右。

3）石灰石消耗量计算W1=100×qs×ηsW1:石灰石消耗量qs：:入口SO2流量ηs:脱硫效率4）吸收塔排出的石膏浆液量计算W2=172××qs×ηs/SsW2:石膏浆液量Ss:石膏浆液固含量5）脱水石膏产量的计算W3=172××qs×ηs/SgW3:石膏浆液量Sg:脱水石膏固含量（1－石膏含水量）6）滤液水量的计算W4=W3-W2W3:滤液水量7）工艺水消耗量的计算W5=18×(G4-G1-G3×(1-0.21/K))+W3×(1-Sg)+36×qs×ηs +WWT蒸发水量石膏表面水石膏结晶水排放废水一、锅炉每小时产生的SO2量：锅炉产生的SO2量（mg/Nm3）= 耗煤量（t/h）×含硫量（%）×2×燃烧率×109 ? ?? ?? ?? ?100×干烟气体积（N m3/h）我厂锅炉设计的干烟气体积为277920Nm3/h，如锅炉每小时耗煤量为35吨，煤的含硫量为1%，锅炉的燃烧率为95%，那么每台锅炉每小时产生的SO2量则为2393mg/Nm3。

（一）设计方案的确定用水吸收S02，为提高传质效率，选用逆流吸收过程。

因用水作为吸收剂，且S02不作为产品，故采用纯溶剂。

（二）填料的选择该系统不属于难分离的系统，操作温度及压力较低，可采用散装填料，系统中有S02，有一定的腐蚀性，故考虑选用塑料鲍尔环，由于系统压降无特殊要求，考虑到不同尺寸鲍尔环的传质性能选用D g38塑料鲍尔填料。

（三）设计步骤本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计（1）吸收塔的物料衡算；（2）填料塔的工艺尺寸计算；主要包括：塔径，填料层高度，填料层压降；（3）设计液体分布器及辅助设备的选型；（4）绘制有关吸收操作图纸。

（四）基础数据1、液相的物性数据对于低浓度的吸收过程，溶液的物性数据可以近似取水的物性数据，由手册查得，20℃时水的有关物性数据如下：密度ρ=998.2 kg/m3L粘度μ=0.001 Pa·s=3.6 kg/(m·h)L表面张力L σ=73 dyn/cm=940 896 kg/h 2S02在水中的扩散系数L D =1.47×10-5cm 2/s=5.29×10-6 m 2/h2、 气相的物性数据 混合气体的平衡摩尔质量M =0.04×64.06+0.96×29=30.40 g/mol混合气体的平均密度G ρ=101.330.408.31427330⨯⨯+（）=1.222 kg/m3混合气体的粘度可以近似取空气的粘度，查手册20℃时空气的粘度为G μ=1.81×10-5Pa ·s=0.065 kg/(m ·h)查手册得S02在空气中的扩散系数为G D =0.108 cm 2/s =0.039 m 2/h3、 气液相平衡数据 查手册，常压下20℃时： S02在水中的亨利系数E=3.55×1O 3kPa相平衡常数为m E P==3.55×1O 3/101.3=35.04 溶解度系数LLH EM ρ==998.2/3.55×1O 3/18.02=0.0156 kmol/h4、填料的填料因子及比表面积数据 泛点填料因子F φ=184 /m压降填料因子P φ=114 /m比表面积t α=151 m 2/m 3填料临界表面张力C σ=33 dyn/cm=427680 kg/h 2（五） 物料衡算进塔气相摩尔比111y 0.041y 10.04Y ==--=0.042 出塔气相摩尔比222y 0.00151y 10.0015Y ===-- 1.5×10-3进塔惰性气相流量3500273(10.04)22.427330G =⨯⨯-+=135.15 kmol/h吸收过程属于低浓度吸收，最小液气比可按下式计算12min 12)Y Y LG Y m X -=-（ 对于纯溶剂的吸收过程，进塔液相组成为：X 2=0312min 120.042 1.510)33.790.04235.040Y Y L G Y m X ---⨯===--（ 取液气操作比为1.5min ) 1.533.7950.685L LG G=⨯==1.5（ 50.685135.1550.6856850.08/L G kmol h =⨯=⨯=塔底吸收液组成1X ：1212()()G Y Y L X X -=-34121()135.15(0.042 1.510)8.0106850.08G Y Y X L ---⨯-⨯===⨯表1：气相进出组成(六）填料塔工艺尺寸的计算1、塔径的计算采用Eckert通用关联图计算泛点气速气相的质量流量G h=⨯='3500 1.2224277kg/液相的质量流量（可以近似用纯水的流量计算）=⨯=L kg h'6850.818.02123438.4/参照Eckert通用关联图图 1： 填料塔泛点和压降的通用关联图（引自《化工原理》）图中 u 0——空塔气速，m /s ；φ——湿填料因子，简称填料因子，1 /m ； ψ——水的密度和液体的密度之比； g ——重力加速度，m /s 2；ρV 、ρL ——分别为气体和液体的密度，kg /m 3； w V 、w L ——分别为气体和液体的质量流量，kg /s 。

双碱法计算过程标态：Q = 40000Nm 3/h 065 °C ：Q =273+65x 40000 = 49523m3 /h 1 273还有约5%的水份如果在引风机后脱硫，脱硫塔进口压力约800Pa,出口压力约-200Pa，如果精度高一点，考虑以上两个因素。

1、脱硫塔⑴塔径及底面积计算：塔内流速：取v = 3.2m /sQ = vs = v•兀• r2 n r =g:'49532/3600= J/皿\nv \ 3.14 x 3.2D=2r=2.35m 即塔径为2.35 米。

底面积S=Hr2=4.3m2塔径设定为一个整数，如2.5m⑵脱硫塔高度计算：液气比取L/G= 4，烟气中水气含量设为8%SO2如果1400mg/m3,液气比2.5即可，当SO2在4000mg/m3时，选4①循环水泵流量: 咨x x x HG = 4 x 49532x d —0.08)=182m3 /h 1000(/ / m 3) 1000取每台循环泵流量Q = 91m。

选100LZA-360型渣浆泵，流量94m3/h，扬程22.8米，功率30KW，2台②计算循环浆液区的高度：取循环泵8min的流量，则H]=24.26《4.3=5.65m如此小炉子，不建议采用塔内循环，塔内循环自控要求高，还要测液位等，投资相应大一点。

采用塔外循环，泵的杨程选35m，管道采用碳钢即可。

③计算洗涤反应区高度停留时间取3秒，则洗涤反应区高度H2=3.2x3=9.6m④除雾区高度取6米H3=6m⑤脱硫塔总高度：H=H i+H2+H3=5.65+9.6+6=21.3m塔体直径和高度可综合考虑，直径大一点，高度可矮一点，从施工的方便程度、场地情况，周围建筑物配套情况综合考虑，可适当进行小的修正。

如采用塔内循环，底部不考虑持液槽，进口管路中心线高度可设在2.5m，塔排出口设为溢流槽，自流到循环水池。

塔的高度可设定在16〜18m2、物料恒算每小时消耗99%的NaOH 1.075Kg。

一、工艺流程二、设计计算定额1.煤气处理量7000Nm3/h2.脱硫塔前煤气硫化氢含量0.8g/Nm33.脱硫塔后煤气硫化氢含量20mg/Nm34.脱硫效率98％5.脱硫塔煤气进口温度35℃6.脱硫塔煤气进口压力11000Pa7.脱硫塔煤气出口压力10000Pa三、设备计算1.脱硫塔：(见图一)进脱硫塔湿煤气体积为V=7000×[(273+35)/273]×[(1.01325×105)/(1.01325×105+11000-5720)]=7506m3/h (式中5720为35℃时饱和水蒸气压力Pa)脱硫塔进口吸收推动力为△p1=*11000/101325+1+×0.8×(22.4/34)×(1/1000)×101325=59.2PαH2S物质的量脱硫塔出口吸收推动力为△p2=*10000/101325+1+×0.02×(22.4/34)×(1/1000)×101325=1.5Pα硫化氢的吸收量为G=7000×[(800-20)/(1000×1000)]=5.46kg/h脱硫塔的传质系数K取为17×10-5kg/(m2·h·Pa)，则需用传质面积为F=5.46/(17×10-5×15.7)=2046m2选用多孔组合洗涤环ZHΦ240，比表面90m2/m3，空隙率0.75m3/m3，需填料体积V1=2046/90=22.73m3。

取每层填料层高1.8m，则共需N=22.73/(1.8×0.785×22)=4.02，共设四层。

取脱硫吸收液的硫容量为0.20kg/m3，则溶液循环量(即脱硫塔顶的喷淋量)为L=5.46/0.20=27.3m3/h 喷淋密度校核：脱硫塔的喷淋密度为l=27.3/(0.785×22)=8.69m3/(m2·h)；按喷淋密度27.5m3/(m2·h)计算得到的喷淋量为27.5×0.785×22=86.4m3；脱硫塔的液气比为(86.4×1000)/7506=11.5L/m3，符合脱硫塔的液气比要求。

Column TagNo.:HCL Scrubbe rJob No.:4506A Client:JOLProject:SR -Plant -4, 5InputData Stream:HCL Vap.Packingtype=Intallox SaddlesPackingsize=25mm PackingMOC=PPGas pr.Drop / mbed=15mmWC /mpackingheight=147.1(N/m2)/mTotalpackingheight= 3.2m (including all packed beds)Gas / Vapour Propertie sGas / Airflow rate=1000kg/h OR0m 3/ h=0.2778kg/s=0m 3/ sGaspressureat entry= 1.0000atmGastemperature at entry=30.00o C=303.00o K Gas / Airmolweight=29Component to bescrubbedSCRUBBER DESIGN (PACKED COLUMN)nt Name=HCL Vap Component flowrate=70Kg/h % comp.in air/gas=6% (v/v)Molecularweight ofcomp.=36.5Liquid /Scrubbing mediaPropertiesScrubbingmedia=20% NaOHLiquid flowrate, L=77kg/h =0.0214kg/sLiquid Density,L =1100kg/m3Conversion :LiquidViscosity,=0.0035000Ns/m2 3.5C p =Ns/m2 Packingfactor, F p=21m-1Charac.PackingFactor,C f=33 Ref. Table 6.3, Characte rstics of Random packingsConversion factor, J= 1.0factor foradequateliquiddistribution &irrigationacrossthe bed0.00350000onsTO CALCULATE COLUMN DIAMETER Sincelarger flowquantitiesare at thebottom foranabsorber,thediameterwill bechosen toaccommodate thebottomconditions.TocalculateGasdensityAvg.molecularweight=29.45Kg / KmolSelect vol.flow rateand massflow ratefromabove,Selectedmass flowrate=0.277778Kg/s Selectedvol. Flowrate=0.234499m3/s Selectedmolar flowrate=0.009432Kmol/sTherefore, gasdensity= 1.1846Kg/m3(mass flow rate / vol. Flow rate)To findL', G' and Tower c/s area Assuming essentially complete absorbtion ,Compone ntremoved=0.0207Kg/s(molarflowrate x %comp. xmol.Wt.)Liquidleaving=0.0420Kg/s (Inlet liquid flow rate + comp. Remov ed)0.5=Using0.00497asordinate,Referfig.6.34using agaspressuredrop of147.1(N/m2)/m G' 2 C fµL0.1 J=0.04(fromgraph)- G) g cTherefore,G'=0.5LJ= 1.6665Kg / m2.sTower c/sarea=0.1667m2( c/sarea =massflowrate / G')Towerdiameter=0.4607m=460.7mm=500mmCorresponding c/sarea=0.1963m2TO ESTIMATE POWER REQUIREMENTEfficiencyof fan /blower=60%TocalculatepressuredropPressuredrop forirrigated=470.72N/m2(pressu re drop per m packingx totalht. ofpacking)packingFor drypacking,O/L Gasflow rate,G'=2.s(Gasinletflowrate -Componentremoved) / c/sareaO/L Gaspressure=2(subtractingpressure dropacrosspacking)Gasdensity,G=gas o/lpr.kelvin101330= 1.1605Kg/m3C D=96.7Ref.Table6.3,Characterstics ofRandompackingsDelta P =Z=2Pressure drop for packing=613.61N/m 2(irrigate dpacking + dry packing )Pressure drop for internals=25mmWC (packin gsupport s and liquid distribut ors)=245.17N/m 2Gas velocity =7.5m/sInletexpansion & outlet = 1.5 x Velocity heads =1.5 x (V 2 / 2g)contractio n losses=42.19N m / Kg=49.97N/m 2(divide bydensity)Total pressure drop=908.75N/m 2(packin g +internal s +losses)Fan power output=pressure drop,N/m 2x (gas in -componen t removed)Kg/sO/L gas density,3=Power for fan motor=0.34kW(fan power output /motor efficien cy)=0.45hpLiq.-Vap.Flowfactor, F LV=(L / V) x (V / L )=0.0025Design foran initial pressure drop of 15mm H2O /m packingFrom K 4v/s F LV ,K 4=0.85K 4 at flooding= 6.50Trial %flooding=( (K 4 /K 4 at flooding)) x 100=36.1620Gas mass flow rate,V m= 13.1 F p (µL / L )0.1=3.7763kg/m 2.sTrial column c/s area =V / V m(Trial A s )=0.0736m 2Trial column dia., D=0.3060mD = (4/pi) x Trial A sRound off 'D' to nearest standard sizeTherefore,D=0.500mCOLUMN DIAMETER / HYDRAULIC CHECK(1/2)Column C/S area,A s=0.1963m2A s =(pi/4) xD2% flooding=% flooding = Trial % flooding x (Trial A s / A s)Conclusi on Generally packed towers are designed for 50% --85% flooding. If flooding is to be reduced, (i) Select larger packing size and repeat the above steps.OR(ii) Increase the column diameter and repeat the above steps.Norton's Correlati on :ln HETP= n -0.187 ln+ 0.213 lnµApplicablewhen,liquidphasesurfacetension >4 dyne/cm& < 36dyne/cmliquidviscosity> 0.08 cP& < 0.83cPConversion :Input Data0.018 N/m =dyne/cm Liquid-phaseSurface Tension,=20dyne/cm Liquid Viscosity= 3.5cP n= 1.13080Calculationln HETP=HETP =2.310437ft =0.704221mHETP PREDICTIONNorton's Correlation Applicable Norton's Correlation NOT applicable 18Forseparations, lessthan 15theoriticalstages, a20%designsafetyfactor canbeapplied.Considering 20%safetyfactor,HETP=Forseparations,requiring15 to 25theoriticalstages, a15%designsafetyfactor canbeapplied.Considering 15%safetyfactor,HETP=0.809854m。

数值序号名称计算依据单位备注1入口烟气量Nm3/h439806002入口烟气温度℃1201201203SO2原始浓度mg/Nm330002002004SO2排放浓度mg/Nm33030305脱硫效率%99.085856钙硫比 1.2-1.5 1.5 1.3 1.37CaO耗量kg/h1142.90.00.08Ca(OH)2耗量kg/h1510.30.00.09CaCO3耗量kg/h2041.00.00.010Na2CO3耗kg/h2163.40.00.011降温水压力MPa0.40.40.412降温水温℃20202013降温水焓kj/Nm384.384.384.314当地大气压Pa100220.0100220.0100220.015CFB脱硫塔阻力Pa2500.02500.02500.016原始烟气绝对压力Pa97720.097720.097720.017原始烟气水蒸汽份额%8.010.010.018减温水喷入增加的水蒸汽份额先假设，后校核%12.011.111.119原始烟气水蒸汽份额%20.021.121.120原始烟气中水蒸汽分压力Pa19526.220637.620637.621原始烟气中水蒸汽饱和温度℃59.560.760.722CFB脱硫塔出口水蒸汽过热度一般取20-30℃℃20.020.020.023CFB脱硫塔出口烟温℃79.580.780.724CFB脱硫塔出口水焓kj/kg2646.92649.02649.025脱硫塔入口烟焓kj/Nm3158.8158.8158.826脱硫塔出口烟焓kj/Nm3105.0106.6106.627降温水总耗量m3/h9.20.00.028降温水汽化后水蒸汽体积m3/h76687.50.00.029烟气中水蒸汽新增体积份额%12.0#DIV/0!#DIV/0!30水蒸汽份额平衡校核%0.0#DIV/0!#DIV/0!31浆液浓度%100.010.010.032浆液喷枪中水流量m3/h0.000.000.0033工艺水喷枪中水流量m3/h9.20.00.034脱硫塔塔径mm7500.07200.06500.035脱硫塔烟气流速一般取4-6m/s m/s 4.10.00.036烟气停留时间一般要求大于5-7s 6.0 6.0 6.0 37脱硫塔高度m24.60.00.0 38脱硫塔文丘里段直径mm800.0800.0800.0 39脱硫塔文丘里个数个7.07.07.0 40脱硫塔文丘里段烟气流速一般取40m/s m/s45.30.00.0 41脱硫塔文丘里前段直径mm4500.04800.04200.0 42脱硫塔文丘里前段流速m/s11.20.00.0 43原始烟尘浓度mg/Nm330.0100.0100.0 44达标排放烟尘浓度mg/Nm310.010.010.0 45除尘效率%66.790.090.0 46除尘器除尘量kg/h8.80.00.0 47灰的堆积密度kg/m31200.01200.01200.0 48灰库存储天数天7.07.07.0 49灰库的体积m3 1.20.00.0 50灰库直径m 1.8 3.0 4.0 51灰库高度m0.60.00.0 52CaO的堆积密度kg/m32200.02200.02200.0 53CaO粉仓存储天数一般按2-4天天 4.0 4.0 4.0 54CaO粉仓的体积m358.70.00.0 55CaO粉仓直径m 5.0 6.67.6 56CaO粉仓高度m7.90.00.0 57Ca(OH)2的堆积密度kg/m32200.02200.02200.0 58Ca(OH)2粉仓存储天数一般按1-2天天 2.0 2.0 2.0 59Ca(OH)2粉仓的体积m333.00.00.0 60Ca(OH)2粉仓直径m 3.0 3.0 3.0 61Ca(OH)2粉仓高度m 5.50.00.0 62脱硫塔内粉尘浓度800-1000g/Nm3g/Nm31500.01000.01000.0 63空气斜槽输送量t/h659.70.00.0 64空气斜槽个数个 2.0 1.0 1.0 65单个空气斜槽需要输送量t/h329.90.00.0 66单个空气斜槽宽度一般为150/175/200m0.150.150.15 67灰层厚度可取0.1m-0.15m m0.100.150.15 68空气斜槽水力径m0.0430.0500.050 69空气斜槽的斜度不小于6%% 6.0 6.0 6.0 70空气斜槽内灰的输送速度m/s11.512.812.8 71灰的堆积密度t/m3 1.2 1.2 1.272流动状态时灰的密度t/m30.90.90.9 73单个空气槽实际输送量t/h505.2839.8839.8 74单个空气斜槽输送量校核值表示设计可以满足要%35100100 75空气斜槽单位耗气量一般选1.5-2.53/(min.m 2.5 2.5 2.5 76斜槽长度由结构知m15.015.015.0 77单位斜槽的总耗气量Nm3/min666 78NOx原始浓度mg/Nm3200200200 79NOx排放浓度mg/Nm3505050 80氧化剂NaClO2消耗量（脱硫用）+NaClO2+2H2O→2H2SO kg/h4620081氧化剂NaClO2消耗量（脱硝用）NaClO2+2NO→2NO2+NaCl2NO2+ NaClO2+Ca(OH)→kg/h82氧化剂NaClO2总消耗量kg/h46200 83NaClO2溶液配制浓度%151515 84NaClO2溶液消耗量kg/h307700 851344.640.000.000.0938。