能量衡算计算书

100万方/小时脱硝废气脱硫项目 能量衡算计算书 2017年“ 东华科技 东华科技 -陕鼓 杯”第十一届全国大学生化工设计竞赛大唐渭河发电厂100万方/小时脱硝废气脱硫项目能量衡算计算书设计团队：TYB团队团队成员：王驰元 张鹏 高世先 刘天昌 于颖指导老师：李青彬 王莉 韩永军 褚松茂 程国斌平顶山学院（华中）TYB团队2017年8月目 录1.1总述11.2 热量衡算的原理和准则11.3 热量衡算任务21.4废气降温工段21.4.1废热锅炉21.4.2GGH换热器31.5脱硫工段41.5.1 浓缩段51.5.2 填料吸收段51.5.3 填料洗涤段61.5.4 除雾段61.5.5 氧化段71.6两效蒸发工段71.6.1一效加热器81.6.2 一效蒸发器81.6.3二效加热器91.6.4二效蒸发器91.6.5蒸汽冷凝器101.7硫酸铵精制工段101.7.1结晶器101.7.2 离心机111.7.3 干燥器1113能量衡算书1.1总述本项目为大唐渭河发电厂新建一个经济有效的含硫废气脱硫项目。以来自大唐渭河发电厂烟气脱硝系统的含硫废气、20wt%氨水、空气、工艺水为原料，采用湿式氨法脱硫。含硫废气在塔内经五个工段，氧化段、浓缩段、填料吸收段、填料洗涤段、除雾段脱除废气中二氧化硫送至烟囱排放，脱硫产物硫酸铵经过两效蒸发、结晶以及离心干燥成为最终产品。本项目设计废气处理量为100万方/小时，副产硫铵37千吨/年，低压蒸汽59千吨/年。全厂可分为废气降温工段、脱硫工段、两效蒸发工段、硫酸铵精制工段。通过能量衡算可以直接根据操作单元的热负荷、所处理的物料的性质及工艺要求来选择恰当的设备，同时可以为下个阶段工作中能量的优化利用，降低能耗提供主要依据。1.2 热量衡算的原理和准则工程依据化工设计中关于热量衡算的基本思想和要求，遵循基本规范与实际工艺相结合的原则，进行热量衡算书的编制。其中一个主要依据是能量平衡方程： 输入设备热量的总和= 出设备热量的总和+损失热量的总和对于连续系统： Q + W = Hout - Hin 其中， Q设备的热负荷。 W输入系统的机械能。 Hout离开设备的各物料焓之和。 Hin进入设备的各物料焓之和。 在进行全厂热量衡算时，是以单元设备为基本单位，考虑由机械能转换、化学反应释放和单纯的物理变化带来的热量变化。最终对全工艺段进行系统级的热量平衡计算，进而用于指导节能降耗设计工作。1.3 热量衡算任务(1) 确定计算换热设备的尺寸，确定加热剂和冷却剂的消耗量，为换热设备的设计计算提供条件； (2) 确定为保持一定反应温度所需移除或者加入的热传递速率，指导反应器的设计和选型； (3) 提高热量内部集成度，充分利用余热，提高能量利用率，降低能耗； (4) 最终计算出总需求能量和能量的费用，并由此确定工艺过程在经济上的可行性。1.4废气降温工段1.4.1废热锅炉图1-1 废热锅炉Aspen模拟图表1-1 废热锅炉能量衡算表项目INOUT物流编号25S126S2温度30020172170.480压力1118气相分率1011摩尔流量100000031.7750776476.7822.90质量流量621600.31722.0621600.31722.0焓值 Gcal/hr-293.285-120.444-313.888-99.8402Hin Gcal/hr-413.729Hout Gcal/hr-330.983Q Gacal/hr-82.74571.4.2GGH换热器图1-2 GGH换热器Aspen模拟图表1-2 GGH换热器能量衡算表项目INOUT物流编号102104103105温度1725014080.35759压力1111气相分率1111摩尔流量20982.922449.620982.922449.6质量流量621600.648191.621600.648191.焓值 Gcal/hr-313.888-407.559-318.935-402.512Hin Gcal/hr-721.448Hout Gcal/hr-721.448Q Gacal/hr01.5脱硫工段脱硫工段主要设备为脱硫塔，脱硫塔内部分为浓缩段、填料吸收段、填料洗涤段、除雾段、氧化段。由于各个工段的所起到的作用和发生的化学反应和不相同，因此本项目需对塔内各个工段进行单独设计，各个工段的能量衡算则为脱硫塔的设计提供必要参数。图1-3 脱硫塔示意图图1-4 Aspen脱硫模拟图图1.5.1 浓缩段表1-3浓缩段能量衡算表项目INOUT物流编号103205204207201温度14077.4677.4652.5052.50压力11111气相分率10110摩尔流量209822594.284.8227121149质量流量62160493806949654595.223335.22焓值 Gcal/hr-318.9-177.6-6.951-422.7-80.72Hin Gcal/hr-503.504Hout Gcal/hr-503.504Q Gacal/hr01.5.2 填料吸收段表1-4 填料吸收段能量衡算表项目INOUT物流编号207210211212208温度52.5052.5150.9451.8952.07压力11111气相分率102.66E-10摩尔流量227126306025112276165487质量流量654595.2119052745245.2653816.91236551焓值 Gcal/hr-422.779-4309.99-170.377-425.217-4477.93Hin Gcal/hr-4903.15Hout Gcal/hr-4903.15Q Gacal/hr01.5.3 填料洗涤段表1-5 填料洗涤段能量衡算表项目INOUT物流编号212214213215温度51.8937150.9437551.8726551.85118压力1111气相分率12.66E-0901摩尔流量22761.642511.2152514.55222758.28质量流量653816.945245.245306.16653755.8焓值 Gcal/hr-425.217-170.377-170.562-425.032Hin Gcal/hr-595.594Hout Gcal/hr-595.594Q Gacal/hr01.5.4 除雾段表1-6 除雾段能量衡算表项目INOUT物流编号215218217104216温度51.85118201205050压力11211气相分率10010摩尔流量22758.28849.55651349.71822449.642507.878质量流量653755.81530524315.55648191.745184.25焓值 Gcal/hr-425.032-58.1107-89.885-407.559-170.193Hin Gcal/hr-573.028Hout Gcal/hr-577.752Q Gacal/hr4.7243991.5.5 氧化段表1-7 氧化段能量衡算表项目INOUT物流编号203202205204温度202077.4691977.46919压力1111气相分率1001摩尔流量180862594.242284.817质量流量5193.0711531.60249380.396949.626焓值 Gcal/hr-0.00658-4.97901-177.617-6.95174Hin Gcal/hr-4.98559Hout Gcal/hr-184.569Q Gacal/hr179.5831.6两效蒸发工段图1-5 Aspen两效蒸发工段模拟图1.6.1一效加热器表1-8一效加热器能量衡算表项目INOUT物流编号405406温度97.74113107.203压力0.81气相分率00.293471摩尔流量3603.6293603.654质量流量84953.2884953.28焓值 Gcal/hr-261.6-250.752Hin Gcal/hr-261.6Hout Gcal/hr-250.752Q Gacal/hr-10.84761.6.2 一效蒸发器表1-9 一效蒸发器能量衡算表项目INOUT物流编号406409407温度107.203107.203107.203压力111气相分率0.29347104301摩尔流量3603.6543812546.0861057.568质量流量84953.2812665899.6419053.64焓值 Gcal/hr-250.7523401-190.317-60.4356Hin Gcal/hr-250.7523401Hout Gcal/hr-250.7523402Q Gacal/hr8.69539E-081.6.3二效加热器表1-10 二效加热器能量衡算表项目INOUT物流编号402407404403温度65.86602107.20399.6329699压力1111气相分率010.8336856.33E-06摩尔流量3610.9271057.5681057.5513610.926质量流量85086.1119053.6419053.6485086.11焓值 Gcal/hr-263.802-60.4356-62.2178-262.02Hin Gcal/hr-324.237Hout Gcal/hr-324.237Q Gacal/hr6.64E-051.6.4二效蒸发器表1-11二效蒸发器能量衡算表项目INOUT物流编号403405311温度9997.7411397.74113压力10.80.8气相分率6.33E-0601摩尔流量3610.9263603.6297.232087质量流量85086.1184953.28131.1028焓值 Gcal/hr-262.02-261.6-0.41447Hin Gcal/hr-262.02Hout Gcal/hr-262.014Q Gacal/hr-0.005091.6.5蒸汽冷凝器表1-12 蒸汽冷凝器能量衡算表项目INOUT物流编号311312温度97.7411345压力0.889.07479气相分率10摩尔流量7.2320877.230591质量流量131.1028131.1028焓值 Gcal/hr-0.41447-0.49162Hin Gcal/hr-0.41447Hout Gcal/hr-0.49162Q Gacal/hr0.0771571.7硫酸铵精制工段图1-6 Aspen模拟硫酸铵精制工段1.7.1结晶器表1-13结晶器能量衡算表项目INOUT物流编号409501温度107.20370压力11气相分率00摩尔流量2546.0862478.98质量流量65899.6465899.64焓值 Gcal/hr-190.317-191.701Hin Gcal/hr-190.317Hout Gcal/hr-191.701Q Gacal/hr1.3846521.7.2 离心机表1-14离心机能量衡算表项目INOUT物流编号501502503温度707070压力111气相分率000摩尔流量2478.982423.18655.79447质量流量65899.6461144.654754.988焓值 Gcal/hr-191.701-181.106-10.5949Hin Gcal/hr-191.701Hout Gcal/hr-191.70