旋转喷雾干燥（SDA）脱硫系统设计计算书

2/2旋转喷雾干燥（SDA）脱硫系统设计计算书项目名称：燃煤锅炉烟气旋转喷雾干燥法脱硫工艺设计设计阶段：初步设计计算编制依据：《喷雾干燥法烟气脱硫技术规范》、《工业喷雾干燥装置设计手册》、GB/T19229.2-2017计算目的：确定旋转喷雾干燥塔的主要工艺参数（包括烟气处理量、石灰浆液量、雾化器转速、塔体尺寸、干燥时间、脱硫效率等），保证脱硫系统出口SO₂浓度达标且干态副产物可顺利排出。一、设计输入条件与已知参数符号参数名称数值单位备注/来源Q_g烟气流量（湿基，工况）300000m³/h锅炉引风机出口T_in烟气入口温度150℃脱硫塔入口T_out烟气出口温度70℃高于露点约15℃C_SO2_in入口SO₂浓度（干基，6%O₂）2500mg/Nm³燃煤含硫量1.0%C_SO2_out出口SO₂限值200mg/Nm³国家环保标准Ca/S钙硫摩尔比1.30-设计取值X_CaO石灰中有效CaO含量85%质量分数X_杂质石灰浆液中固体杂质忽略M_SO2SO₂摩尔质量64.06g/mol-M_CaOCaO摩尔质量56.08g/mol-ρ_lime石灰颗粒密度2200kg/m³-ρ_slurry石灰浆液密度1150kg/m³含固率18%C_slurry石灰浆液质量浓度18%质量分数d_drop_avg雾化液滴平均直径80μm旋转雾化器设计值g重力加速度9.81m/s²-c_p_gas烟气比热容（平均）1.05kJ/(m³·℃)工况体积基L_H2O水的汽化潜热（100℃）2257kJ/kg取平均值η_SO2_req设计脱硫效率≥92%计算得二、物料衡算与石灰浆液量计算1.所需脱除的SO₂量计算公式：m符号说明：-m˙SO2,rem——每小时脱除的-Qg,N——烟气标态干基体积流量（Nm³/h）。已知工况流量300000m³/h（150℃），需折算标态干基。先计算标态湿基，再扣除水蒸气。为简化，采用标态干基直接输入：根据锅炉设计数据，取Qg-CSO2,in——入口SO₂浓度，-CSO2,out——出口SO₂浓度，-106——mg与kg参数代入：m分步计算：1.浓度差：2500-200=2300mg/Nm³。2.乘积：180000×2300=414,000,000mg/h。3.换算：414,000,000/106结论：每小时需脱除SO₂质量m˙SO2.理论石灰消耗量（纯CaO）计算公式：m符号说明：-m˙CaO,theo-MCaO=56.08-MSO2参数代入：m分步计算：1.摩尔质量比：56.08/64.06=0.8754。2.m˙CaO结论：纯CaO理论消耗量362.4kg/h。3.实际石灰消耗量（含杂质）计算公式：m符号说明：-m˙lime——实际石灰消耗量（含杂质），-XCaO=0.85（石灰有效-Ca/参数代入：m分步计算：1.362.4/0.85=426.35kg/h（理论石灰量，不计过量）。2.乘过量系数：426.35×1.30=554.26kg/h。结论：实际石灰消耗量m˙lime4.石灰浆液量（含固率18%）计算公式：m符号说明：-m˙slurry——石灰浆液总质量流量，-Cslurry=0.18（浆液质量浓度，石灰固体占参数代入：m分步计算：m体积流量（浆液）：Q结论：石灰浆液质量流量m˙slurry=3079kg/h（约3.08t/h），体积流量三、水平衡与蒸发水量计算1.烟气降温释放的热量计算公式：Q其中Qg,op为工况体积流量（m³/h），c参数代入：Q分步计算：1.温差：150-70=80℃。2.乘积：300000×1.05=315000kJ/(℃·h)。3.Q˙gas结论：烟气释放显热Q˙gas2.蒸发水分所需热量烟气释放的热量全部用于蒸发浆液中的水分（忽略化学反应热和固体升温）。浆液初始温度按20℃计，水在塔内被加热至约70℃并汽化。计算公式（简化）：m近似取蒸发潜热为主：m符号说明：-LH2O——水的汽化潜热，-cp,w——水的比热容，参数代入：m分步计算：m结论：需蒸发的水分量m˙H2O,3.浆液中总水含量与干燥后固体量石灰浆液总质量3079kg/h，固含量18%，则浆液中水量为：m蒸发水量11165kg/h远大于浆液带入水量（2525kg/h），因此必须额外向塔内喷水（或采用更稀的浆液）。实际工程中，SDA系统为了控制出口温度，会向塔内喷入工艺水（增湿水）。增湿水量为：m结论：需额外补充工艺水8640kg/h（约8.64t/h）。四、旋转雾化器参数计算1.雾化器转速与线速度旋转雾化器属于离心式，液滴直径与圆周速度关系常用经验式（Friedman公式）：计算公式：d或：vd对于目标平均液滴直径ddrop=80μm，根据同类设备经验，取雾化盘直径D=0.2m计算线速度：v分步计算：1.π×0.2=0.6283m2.0.6283×10000=6283m/min。3.除以60：6283/60=104.7m/s。结论：雾化器线速度vtip=104.7m/s，在常用范围（90~120m/s）内，可产生2.雾化器功率计算公式（经验式）：P实际工程中简化为：P取k=0.1（量纲优化），此处直接引用制造商数据：对于3079kg/h浆液量，额定功率约30~45kW。本设计取Patom五、干燥塔尺寸设计1.塔径计算（基于烟气流速）塔内设计烟气流速ug取1.2m/s计算公式：D参数代入：D分步计算：1.分子：4×300000=1,200,000。2.分母：3600×π3.商：1,200,000/13571.6=88.42。4.开方：88.42=9.40m结论：干燥塔内径Dt=9.4m（圆整至9.52.塔高计算（基于干燥时间与液滴沉降速度）液滴在塔内需足够时间完成干燥。液滴初始直径80μm，干燥后收缩。沉降速度按斯托克斯公式计算。计算公式（自由沉降末速）：u符号说明：-ut——液滴沉降速度，m/s-dd——液滴直径，80×10⁻⁶m-ρl——液滴密度（浆液），1150kg/m³-ρg——烟气密度（70℃），查表约1.03kg/m³-μg——烟气动力粘度（70℃），约2.05×10⁻⁵Pa·s-g=9.81m/s²参数代入：u分步计算：1.dd22.密度差：1150-1.03=1148.97kg/m³。3.重力项：6.4×104.再乘g：7.353×105.分母：18×2.05×106.ut=7.213×液滴沉降速度约为0.196m/s，而烟气向上流速为1.2m/s，因此液滴实际向上运动速度为urel=1.2-0.196=1.004m/s。液滴在塔内停留时间需保证水分蒸发完全。根据经验，蒸发时间τdry=5∼10s塔的有效高度：H结论：塔体有效干燥段高度取H=8.0m，加上底部锥体和顶部烟道空间，总高约14~16m六、脱硫效率校核SDA脱硫过程为气固（浆滴）反应。采用经验模型（双膜理论简化）：计算公式：η其中kSO2为体积传质系数，难以直接计算。按同类工程数据，当Ca/S=1.3、出口温度70℃、液滴粒径80μm时，脱硫效率可达本设计校核：-入口SO₂浓度2500mg/Nm³，出口要求200mg/Nm³，所需效率ηreq-设计Ca/S=1.3，高于理论值，且操作温度合适，取设计效率η=93结论：设计脱硫效率η=93%>七、旋转喷雾干燥塔设计结果汇总参数名称符号计算值单位备注烟气处理量（工况）Q_g300000m³/h入口150℃入口/出口SO₂浓度C_in/C_out2500/200mg/Nm³干基脱硫效率η93%满足92%要求石灰消耗量ṁ_lime554.3kg/h含CaO85%石灰浆液量（18%）ṁ_slurry3079kg/h体积2.68m³/h总蒸发水量ṁ_H2O_evap11165kg/h由烟气显热提供补充工艺水量ṁ_H2O_add8640kg/h保持出口70℃雾化器转速N10000rpm雾化盘直径0.2m雾化器线速度v_tip104.7m/s液滴直径80μm雾化器功率P_atom37kW选型参考值塔内径D_t9.5m圆整值有效干燥高度H8.0m对应停留时间8s塔内烟气流速u_g1.2m/s垂直向上结论：本旋转喷