5-1附录一 物料平衡计算书

国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 湖南理工学院湖南理工学院 EP-FGD 团队团队 队员：刘伟 熊涛 付海长 雷静 田姣 指导老师：华杰 黄燕 武鹄 罗北平 曾乐林 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 目录目录 物料平衡计算书 . 1 1.1 概述. 1 1.2 物料衡算目的. 1 1.3 物料衡算方法. 1 1.4 总项目衡算. 2 1.4.1 物料衡算任务. 2 1.4.2 除尘工段. 3 1.4.3 吸收氧化工段. 6 1.4.4 浓缩结晶工段. 17 1.4.5 离心工段. 20 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 1 物料平衡计算书物料平衡计算书 1.1 概述概述 1.2 物料衡算目的物料衡算目的 工艺设计中，物料衡算是在工艺流程确定后进行的。目的是根据原料与产品 之间的定量转化关系， 计算原料的消耗量， 各种中间产品、 产品和副产品的产量， 生产过程中各阶段的消耗量以及组成，进而为热量衡算、其他工艺计算及设备计 算打基础。对于已有装置，物料衡算可以弄清原料的来龙去脉，找出生产中的薄 弱环节，为改进生产、完善管理提供可靠的依据和明确方向，并可作为检查原料 利用率及三废处理完善程度的一种手段。 1.3 物料衡算方法物料衡算方法 物料衡算是根据质量守恒定律， 利用某进出化工过程中某些已知物流的流量 和组成，通过建立有关物料的平衡式和约束式，求出其他未知物流的流量和组成 的过程。系统中物料衡算一般表达式为： 系统中的积累=输入输出生成消耗 式中， 生成或消耗项是由于化学反应而生成或消耗的量； 积累量可以是正值， 也可以是负值，当系统中积累量不为零时称为非稳定状态过程；积累量为零 时， 称为稳定状态过程。稳定状态过程时，可以简化为： 输入=输出生成消耗 对无化学反应的稳定过程，又可表示为： 输入=输出 物料衡算包括总质量衡算、组分衡算和元素衡算。各种衡算方法的适用情况 如表 1-1 所示： 表表 1-1 各衡算方法适用情况各衡算方法适用情况 类别类别 物料衡算形式物料衡算形式 无化学反应无化学反应 有化学反应有化学反应 总衡算式 总物料衡算式 适用 适用 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 2 总物质的量衡算式 适用 不适用 组分衡算式 组分质量衡算式 适用 不适用 组分物质的量衡算式 适用 不适用 元素原子衡算式 元素原子质量衡算式 适用 适用 元素原子物质的量衡算式 适用 适用 1.4.总项目衡算总项目衡算 从烟气送入装置到产品输出，其工艺路线可分为如下 4 个步骤： 除尘工段、吸收氧化工段、浓缩结晶工段、离心工段 1.4.1 物料衡算任务物料衡算任务 对于本厂，工艺采取年开工 333 天（8000 小时）的连续操作，其中一年内 的四五周（约 30 天）用于固定的停车设备检修及紧急情况处理。物料衡算的主 要任务在于： （1）确定硫铵的实际产量以及质量指标； （2）确定工艺用水的循环量以及损失率等指标； （3）确定工艺中的“三废”排放量等公共经济指标 （4）各主要单元过程的物料衡算，并指导工艺设备的尺寸确定。 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 3 1.4.2 除尘工段除尘工段 图图 1-1 除尘工段流程图除尘工段流程图 表表 1-2 除尘工段物料平衡表除尘工段物料平衡表 进出口进出口 进口进口 出口出口 流股编号 0101 0104 0103 0105 0106 流股信息 原废气 冷却水 中温烟气 高温蒸汽 粉尘 Temperature C 134 20 94.9 115 Pressure bar 1 1 0.996 1 0.996 Vapor Frac 1 0 1 1 Mole Flow kmol/hr 57730.956 1490 57730.956 1490 0 Mass Flow kg/hr 1712198 26842.767 1712198 26842.767 0 Volume Flow cum/hr 1953634.17 26.888 1771654.64 47780.379 0 Enthalpy Gcal/hr -916.754 -101.918 -933.617 -85.054 Mass Flow kg/hr 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 4 N2 1190084.72 1190084.72 CO2 334593.603 334593.603 O2 106850.772 106850.772 SO2 3424.704 3424.704 H2O 76216.793 26842.767 76216.793 26842.767 NO2 1027.411 1027.411 NH3 SO42- NH4+ H3O+ 0.001 AMMON(S) SALT1 SALT2 SALT3 OH- 0.001 HSO4- HSO3- SO32- Mass Frac N2 0.695 0.695 CO2 0.195 0.195 O2 0.062 0.062 SO2 0.002 0.002 H2O 0.045 1 0.045 NO2 600PPM 600PPM NH3 SO42- NH4+ H3O+ 2PPB 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 5 AMMON(S) SALT1 SALT2 SALT3 OH- 1PPB HSO4- HSO3- SO32- Temperature C 134 134 Pressure bar 1 1 0.996 1 0.996 Vapor Frac 0 0 Mass Flow kg/hr 154.098 0 0 154.098 Enthalpy Gcal/hr -0.0264 -0.026 Mass Flow kg/hr ASH 154.098 154.098 Mass Frac ASH 1 1 总计 kg/hr 1739194.865 1739194.865 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 6 1.4.3 吸收氧化工段吸收氧化工段 图图 1-2 吸收氧化工段流程图吸收氧化工段流程图 表表 1-3 吸收氧化工段物料平衡表吸收氧化工段物料平衡表 进出口进出口 进口进口 出口出口 流股编号 0103 0201 0206 0207 0209 0210 0218 0219 0214 0220 流股信息 中温 烟气 洗涤 水 氨水 工艺 水 空气 补充氨 水 补充氨 水 空气 脱硫 烟气 稀硫 铵液 Temperature C 94.9 25 20 25 20 20 20 20 46 51.1 Pressure bar 0.996 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Vapor Frac 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 Mole Flow kmol/hr 57730.95 6 1953. 897 952.268 7826.6 89 194.008 200 40.709 40 59653.08 9 9206.9 56 Mass Flow kg/hr 1712198 3520 0 17100 14100 0 3455.2 5770.0 79 725 1154. 016 1746246. 32 170357 .685 Volume Flow cum/hr 1771654. 64 35.30 0 17.736 141.40 1 3.901 4872.2 18 0.819 974.4 44 1581181. 87 171.06 0 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 7 Enthalpy Gcal/hr -933.617 -133. 473 -62.359 -534.6 51 -11.263 -0.007 -2.363 -0.001 -1054.29 1 -626.14 1 Mass Flow kg/hr N2 1190084. 72 885.2 26 1194509. 23 886.84 8 CO2 334593.6 03 334591.3 08 2.294 O2 106850.7 72 268.7 90 107496.0 84 129.63 9 SO2 3424.704 67.921 0.264 H2O 76216.79 3 3520 0 16140.8 49 14099 9.999 2765 580 108588.8 05 162373 .118 NO2 1027.411 984.809 42.603 NH3 956.134 690.200 145 8.163 0.784 SO42- 5029.0 90 NH4+ 1.553 1889.3 75 H3O+ 0.00 1 TRACE 0.001 0.052 AMMON(S) SALT1 SALT2 SALT3 OH- 0.00 1 1.464 0.001 0.001 HSO4- 1.170 HSO3- 2.228 SO32- 0.221 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 8 Mass Frac N2 0.695 0.767 0.684 0.005 CO2 0.195 0.192 1PPM O2 0.062 0.233 0.062 761PP M SO2 0.002 39PPM 2PPM H2O 0.045 1 0.944 1 0.8 0.8 0.062 0.953 NO2 600PPM 564PPM 250PP M NH3 0.056 0.2 0.2 5PPM 5PPM SO42- 0.030 NH4+ 91PPM 0.011 H3O+ 2PPB TRACE 2PPB 304PP B AMMON(S) SALT1 SALT2 SALT3 OH- 2PPB 86PPM 2PPB TRAC E HSO4- 7PPM HSO3- 13PPM SO32- 1PPM 总计 kg/hr 1916602.295 1916604.005 1.4.3.1 预洗涤塔物料衡算（预洗涤塔物料衡算（T0201） 表表 1-4 预洗涤塔物料衡算表预洗涤塔物料衡算表 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 9 进出口进出口 进口进口 出口出口 流股编号 0103 0201 0205 0204 流股信息 中温烟气 洗涤水 降温烟气 分流水 Temperature C 94.9 25 46.3 46.5 Pressure bar 0.996 1 1 1 Vapor Frac 1 0 1 1 Mole Flow kmol/hr 57730.956 1953.897 59671.959 12.893 Mass Flow kg/hr 1712198 35200 1747165.63 232.368 Volume Flow cum/hr 1771654.64 35.300 1582854.46 0.235 Enthalpy Gcal/hr -933.617 -133.473 -1066.215 -0.876 Mass Flow kg/hr N2 1190084.72 1190084.72 0.002 CO2 334593.603 334593.576 0.027 O2 106850.772 106850.771 0.01 SO2 3424.704 3424.662 0.008 H2O 76216.793 35200 111184.565 232.207 NO2 1027.411 1027.342 0.07 NH3 SO42- NH4+ H3O+ 0.001 0.010 AMMON(S) SALT1 SALT2 SALT3 OH- 0.001 TRACE HSO4- HSO3- 0.043 SO32- TRACE 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 10 Mass Frac N2 0.695 0.681 10PPM CO2 0.195 0.192 116PPM O2 0.062 0.061 2PPM SO2 0.002 0.002 36PPM H2O 0.045 1 0.064 0.999 NO2 600PPM 588PPM 300PPM NH3 SO42- NH4+ H3O+ 2PPB 43PPM AMMON(S) SALT1 SALT2 SALT3 OH- 2PPB TRACE HSO4- HSO3- 185PPM SO32- 4PPB 总计 kg/hr 1747398 1747397.998 1.4.3.2 脱硫吸收塔物衡算（脱硫吸收塔物衡算（T0202） 表表 1-5 脱硫吸收塔物料衡算表脱硫吸收塔物料衡算表 进出口进出口 进口进口 出口出口 流股编号 0205 0206 0207 0216 0208 0213 流股信息 降温烟气 氨水 工艺水 富液循环 塔釜物料 塔顶烟气 Temperature C 46.3 20 25 46.8 46.6 46 Pressure bar 1 1 1 1 1 1 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 11 Vapor Frac 1 0 0 0 0 1 Mole Flow kmol/hr 59671.959 952.268 7826.689 92190.335 101138.843 59450.005 Mass Flow kg/hr 1747165.63 17100 141000 1701158.75 1865793.01 1740631.38 Volume Flow cum/hr 1582854.46 17.736 141.401 1690.071 1856.720 1575784 Enthalpy Gcal/hr -1066.215 -62.359 -534.651 -6298.245 -6908.719 -1052.750 Mass Flow kg/hr N2 1190084.72 16.379 16.566 1190084.53 CO2 334593.576 22.926 183.141 334433.36 O2 106850.771 4.435 2.770 106852.436 SO2 3424.662 2.588 2.733 67.349 H2O 111184.565 16140.849 140999.999 1633561.97 1792740.73 108204.267 NO2 1027.342 430.062 476.112 981.290 NH3 956.134 2.545 4.043 8.147 SO42- 42375.118 42378.862 NH4+ 1.553 17556.549 18560.575 H3O+ TRACE 0.001 0.423 0.306 AMMON(S) SALT1 SALT2 SALT3 OH- 1.464 0.001 0.001 0.001 HSO4- 11.826 8.043 HSO3- 6975.912 10963.764 SO32- 198.026 455.362 Mass Frac N2 0.681 10PPM 9PPM 0.684 CO2 0.192 13PPM 98PPM 0.192 O2 0.061 3PPM 1PPM 0.061 SO2 0.002 2PPM 1PPM 39PPM 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 12 H2O 0.064 0.944 1 0.960 0.961 0.062 NO2 588PPM 263PPM 255PPM 564PPM NH3 0.056 1PPM 2PPM 5PPM SO42- 0.025 0.023 NH4+ 91PPM 0.010 0.01 H3O+ TRACE 2PPB 249PPB 164PPB AMMON(S) SALT1 SALT2 SALT3 OH- 86PPM 2PPB TRACE TRACE HSO4- 7PPM 4PPM HSO3- 0.004 0.006 SO32- 116PPM 244PPM 总计 kg/hr 3606424.38 3606424.39 1.4.3.3 初步氧化器初步氧化器物料物料衡算（衡算（R0201） 表表 1-6 初步氧化器物料衡算表初步氧化器物料衡算表 进出口进出口 进口进口 出口出口 流股编号 0210 0209 0208 0211 流股信息 补充氨水 空气 塔釜物料 初步氧化产物 Temperature C 20 20 46.6 47 Pressure bar 1 1 1 1 Vapor Frac 1 0 0 0 Mole Flow kmol/hr 200 194.008 101138.843 101511.032 Mass Flow kg/hr 5770.079 3455.2 1865793.01 1875018.28 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 13 Volume Flow cum/hr 4872.218 3.901 1856.720 1874.282 Enthalpy Gcal/hr -0.007 -11.263 -6908.719 -6922.681 Mass Flow kg/hr N2 16.566 4442.695 CO2 183.141 183.141 O2 2.770 648.522 SO2 2.733 2.733 H2O 2765 1792740.73 1795505.73 NO2 476.112 476.113 NH3 690.200 4.043 TRACE SO42- 42378.862 46571.030 NH4+ 18560.575 19295.885 H3O+ 0.306 0.306 AMMON(S) SALT1 SALT2 SALT3 OH- 0.001 0.001 HSO4- 8.043 8.042 HSO3- 10963.764 7658.870 SO32- 455.362 225.220 Mass Frac N2 9PPM 0.002 CO2 98PPM 98PPM O2 1PPM 346PPM SO2 1PPM 1PPM 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 14 H2O 0.8 0.961 0.958 NO2 255PPM 254PPM NH3 0.2 2PPM TRACE SO42- 0.023 0.025 NH4+ 0.01 0.01 H3O+ 164PPB 163PPB AMMON(S) SALT1 SALT2 SALT3 OH- TRACE TRACE HSO4- 4PPM 4PPM HSO3- 0.006 0.004 SO32- 244PPM 120PPM 总计 kg/hr 1875018.289 1875018.28 1.4.3.4 深度氧化器物料衡算深度氧化器物料衡算 表表 1-7 深度氧化器物料衡算表深度氧化器物料衡算表 进出口进出口 进口进口 出口出口 流股编号 0204 0219 0217 0218 0220 流股信息 洗涤后分空气 初步氧化分补充氨水 稀硫铵液 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 15 流水 流液 Temperature C 46.5 20 46.8 20 51.1 Pressure bar 1 1 1 1 1 Vapor Frac 0 1 0 0 0 Mole Flow kmol/hr 12.893 40 9117.716 40.709 9206.956 Mass Flow kg/hr 232.368 1154.016 168246.301 725 170357.685 Volume Flow cum/hr 0.235 974.444 167.150 0.819 171.060 Enthalpy Gcal/hr -0.876 -0.001 -622.903 -2.363 -626.141 Mass Flow kg/hr N2 0.002 885.226 1.620 886.848 CO2 0.027 2.267 2.294 O2 0.001 268.790 0.439 129.639 SO2 0.008 0.256 0.264 H2O 232.207 161560.911 580 162373.118 NO2 0.070 42.534 42.603 NH3 0.252 145 0.784 SO42- 4190.952 5029.090 NH4+ 1736.362 1889.375 H3O+ 0.042 0.052 AMMON(S) SALT1 SALT2 SALT3 OH- TRACE 0.001 0.001 HSO4- 1.170 1.170 HSO3- 0.043 689.914 2.228 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 16 SO32- TRACE 19.585 0.221 Mass Frac N2 10PPM 0.767 10PPM 0.005 CO2 116PPM 13PPM 1PPM O2 2PPM 0.233 3PPM 761PPM SO2 36PPM 2PPM 2PPM H2O 0.999 0.960 0.8 0.953 NO2 300PPM 253PPM 250PPM NH3 1PPM 0.2 5PPM SO42- 0.025 0.030 NH4+ 0.01 0.011 H3O+ 43PPM 249PPB 304PPB AMMON(S) SALT1 SALT2 SALT3 OH- TRACE TRACE TRACE HSO4- 7PPM 7PPM HSO3- 185PPM 0.004 13PPM SO32- 4PPB 116PPM 1PPM 总计 kg/hr 170357.685 170357.685 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 17 1.4.4 浓缩结晶浓缩结晶工段工段 图图 1-3 浓缩结晶工段流程图浓缩结晶工段流程图 表表 1-8 浓缩结晶工段物料平衡表浓缩结晶工段物料平衡表 进出口进出口 进口进口 出口出口 流股编号 0105 0220 0468 0319 0401 0312 0469 流股信息 高温蒸汽 稀硫铵 液 循环母液 回收水 硫铵悬浮 液 闪蒸水汽 中温蒸汽 Temperature C 115 51.1 90 70 20 75.9 104.1 Pressure bar 1 1 1.013 0.5 1 0.32 1 Vapor Frac 1 0 0 0.012 0 1 1 Mole Flow kmol/hr 1490 9206.956 2260.116 7812.993 2519.915 1038.509 1490 Mass Flow kg/hr 26842.767 170357.6 85 54632.491 141155.49 1 60912.478 18709.035 26842.767 Volume Flow cum/hr 47780.379 171.060 44.972 5603.805 48.448 93919.023 46416.474 Enthalpy Gcal/hr -85.054 -626.141 -165.628 -524.285 -187.134 -59.604 -85.188 Mass Flow kg/hr N2 886.848 886.848 TRACE 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 18 CO2 2.294 2.294 TRACE O2 129.639 129.639 TRACE SO2 0.264 0.001 TRACE 0.001 0.017 H2O 26842.767 162373.1 18 31141.462 140084.28 3 34716.078 18708.799 26842.767 NO2 42.603 0.001 42.591 0.001 0.012 NH3 0.784 0.010 5.564 0.001 0.208 SO42- 5029.090 16829.936 18791.708 NH4+ 1889.375 6372.285 1.369 7104.788 H3O+ 0.052 1.457 TRACE 6.994 AMMON(S) SALT1 SALT2 SALT3 OH- 0.001 TRACE 0.170 TRACE HSO4- 1.170 287.340 292.909 HSO3- 2.228 0.001 0.188 0.001 SO32- 0.221 TRACE 2.554 TRACE Mass Frac N2 0.005 0.006 TRACE CO2 13PPM 16PPM TRACE O2 761PPM 918PPM TRACE SO2 2PPM TRACE TRACE TRACE 914PPB H2O 1 0.953 0.570 0.992 0.57 1 1 NO2 250PPM TRACE 302PPM 5PPB 624PPB NH3 5PPM 183PPB 39PPM TRACE 11PPM SO42- 0.03 0.308 0.309 NH4+ 0.011 0.117 10PPM 0.117 H3O+ 304PPB 27PPM TRACE 115PPM 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 19 AMMON(S) SALT1 SALT2 SALT3 OH- TRACE TRACE 1PPM TRACE HSO4- 7PPM 0.005 0.005 HSO3- 13PPM 11PPB 1PPM 11PPB SO32- 1PPM TRACE 18PPM TRACE Temperature C 20 Pressure bar 0.5 1 0.32 Vapor Frac 0 Mole Flow kmol/hr 31.913 Mass Flow kg/hr 4217.049 Volume Flow cum/hr 2.383 Enthalpy Gcal/hr -9.008 Mass Flow kg/hr AMMON(S) 4217.049 Mass Frac AMMON(S) 0 总计 kg/hr 251832.943 251836.82 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 20 1.4.5 离心工段离心工段 图图 1-4 离心工段流程图离心工段流程图 图图 1-5 离心工段局部放大图离心工段局部放大图 国电九江发电有限公司 2200 万吨/年烟气脱硫项目 物料平衡计算书 21 图图 1-6 离心工段局部放大图离心工段局部放大图 表表 1-9 离心工段物料平衡图离心工段物料平衡图 进出口进出口 进口进口 出口出口 流股编号 0401 0469 0472 0464 0466 0468 stotal 流股信息 硫铵悬浮液 中温蒸 汽 低温蒸 汽 蒸发结 晶汽 粗品硫 铵 循环母 液 高纯硫 铵 Temperature C 20 104.1 99.6 80 80 90 20 Pressure bar 1 1 1 0.36 0.36 1.013 1.013 Vapor Frac 0 1 0.852 1 0.001 0 0 Mole Flow kmol/hr 2519.915 1490 1490 185.639 27.802 2260.116 8.676 Mass Flow kg/hr 60912.478 26842.76 7 26842.76 7 3344.334 2725.943 54632.49 1 209.710 Volume Flow cum/hr 48.448 46416.47 4 39053.57 5 15096.67 2 1.610 44.972 0.16