CN115445431B - 垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法 - Google Patents

垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法，包括对系统出口烟气参数进行假设，并基于污染物的浓度计算干法脱酸过程中各烟气成分的变化量，并基于脱酸结束后各烟气成分的变化量计算出口烟气参数，将该烟气参数与之前所假设的出口烟气参数进行对比，验证是否满足误差要求，如不满足，则重新假设计算直到最终满足误差要求后结束物料平衡的计算。本发明通过假设检验的方法对管道干法脱酸系统的物料平衡进行计算，解决了现有技术中没有针对管道干法脱酸系统的物料平衡计算，为实际设备选型、现场优化、运行提供了必要的指导。

Description

垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法
技术领域
本发明属于垃圾焚烧电厂排放控制技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法。
背景技术
随着城市生活垃圾的逐年增加，垃圾的无害化处理显得日趋迫切。垃圾焚烧处理虽然投资高，但在无害化、减量化方面具有明显优势。然而垃圾在燃烧时，会产生有害的酸性气体及粉尘，垃圾焚烧烟气脱酸是指脱除垃圾焚烧产生的烟气中所含的HCl、SO2等酸性气体,使最终对大气环境排放的烟气中的酸性气体成分达到国家或地方允许的排放标准，干法脱酸是一种有效的烟气净化技术。
然而对垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统的物料平衡计算是业界一大难题，现有技术缺乏系统的物料平衡计算方法，导致无法对实际设备选型、现场优化、运行提供必要的指导。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法，以对垃圾焚烧电厂实际设备选型、现场优化、运行提供必要的指导。
为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法，包括如下步骤：
根据标准中对污染物脱除效率的定义建立出口烟气折算浓度计算公式；
将系统进口烟气中各成分的参数代入出口烟气折算浓度计算公式中，计算得到系统出口烟气中污染物的折算浓度；
对系统出口烟气参数进行假设；
根据假设的系统出口烟气参数将系统出口烟气中污染物的折算浓度转换为实际浓度和标准状态体积；
根据转换后污染物的实际浓度和标准状态体积计算脱除污染物反应过程中的变化量；
根据变化量对干法脱酸过程中脱酸剂与脱除产物的物料变化进行计算；
根据前述计算确定干法脱酸过程中总量发生变化的烟气成分对应的变化量；
根据变化的烟气成分对应的变化量计算并检验新的出口烟气参数，若误差不满足设定要求，则重新对出口烟气参数进行假设并重新进行计算并检验，直到误差满足设定要求时结束迭代计算。
进一步的，出口烟气折算浓度计算公式具体如下：
式中，表示标准状态下系统出口的干烟气中SO2的折算浓度，表示标准状态下系统进口的干烟气中SO2的折算浓度，/>表示系统的脱SO2效率，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中HCl的折算浓度，表示标准状态下系统进口的干烟气中HCl的折算浓度，/>表示系统的脱HCl效率。
进一步的，对系统出口烟气参数进行假设，具体为：
对系统出口的O2含量和干烟气量进行假设，第一次假设时采用进口烟气的O2含量和干烟气量作为初次迭代计算的数据。
进一步的，将系统出口烟气中污染物的折算浓度转换为实际浓度和标准状态体积，具体按照下式进行：
式中，表示标准状态下系统出口的干烟气中SO2的实际浓度，表示标准状态下系统出口的干烟气中SO2的折算浓度，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中O2含量，此处先代入进口对应参数的数值，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中SO2的体积，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中SO2的实际浓度，Vm表示气体摩尔体积常数，/>表示SO2的摩尔质量，/>标准状态下系统出口的干烟气的标准状态体积表示；
式中，表示标准状态下系统出口的干烟气中HCl的实际浓度，表示标准状态下系统出口的干烟气中HCl的折算浓度，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中O2含量，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中HCl的体积，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中HCl的实际浓度，MHCl表示HCl的摩尔质量。
进一步的，根据转换后污染物的实际浓度和标准状态体积计算脱除污染物反应过程中的变化量，具体按照下式进行：
式中，表示标准状态下系统中SO2的反应量，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中SO2的实际浓度，/>表示标准状态下系统进口的干烟气中SO2的实际浓度，/>表示标准状态下系统中HCl的反应量，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中HCl的实际浓度，/>表示标准状态下系统进口的干烟气中HCl的实际浓度。
进一步的，根据变化量对干法脱酸过程中脱酸剂与脱除产物的物料变化进行计算包括对生成量或反应量的计算，具体按照下式进行：
式中，表示管道干法脱酸过程中Ca(OH)2的反应量，/>表示管道干法脱酸过程中O2的反应量，/>表示管道干法脱酸过程中H2O的生成量。
进一步的，根据前述计算确定干法脱酸过程中总量发生变化的烟气成分对应的变化量，具体如下：
式中，表示系统中的总的SO2变化量，/>表示系统中的总的HCl变化量，/>表示系统中的总的O2变化量，/>表示系统中的总的H2O变化量。
进一步的，根据变化的烟气成分对应的变化量计算新的出口烟气参数，具体如下：
式中，表示系统中的总的SO2变化量，/>表示系统中的总的HCl变化量，/>表示系统中的总的O2变化量，/>表示系统中的总的H2O变化量；
式中，表示系统出口干烟气标准状态体积，/>表示系统进口干烟气标准状态体积，/>表示系统出口烟气标准状态体积，/>表示系统进口烟气标准状态体积。
进一步的，检验新的出口烟气参数是对标准状态下系统出口的干烟气中O2含量进行检验，标准状态下系统出口的干烟气中O2含量具体按照下式进行：
式中，表示标准状态下系统出口的干烟气中O2含量，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中O2的标准状态体积，/>表示标准状态下系统出口的干烟气的标准状态体积。
进一步的，进口烟气的O2含量具体为余热锅炉出口处的O2含量。
综上，本发明提供了一种垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法，包括对系统出口烟气参数进行假设，并基于污染物的浓度计算干法脱酸过程中各烟气成分的变化量，并基于脱酸结束后各烟气成分的变化量计算出口烟气参数，将该烟气参数与之前所假设的出口烟气参数进行对比，验证是否满足误差要求，如不满足，则重新假设计算直到最终满足误差要求后结束物料平衡的计算。本发明通过假设检验的方法对管道干法脱酸系统的物料平衡进行计算，解决了现有技术中没有针对管道干法脱酸系统的物料平衡计算，为实际设备选型、现场优化、运行提供了必要的指导。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
随着城市生活垃圾的逐年增加，垃圾的无害化处理显得日趋迫切。垃圾焚烧处理虽然投资高，但在无害化、减量化方面具有明显优势。然而垃圾在燃烧时，会产生有害的酸性气体及粉尘，垃圾焚烧烟气脱酸是指脱除垃圾焚烧产生的烟气中所含的HCl、SO2等酸性气体,使最终对大气环境排放的烟气中的酸性气体成分达到国家或地方允许的排放标准，干法脱酸是一种有效的烟气净化技术。
然而对垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统的物料平衡计算是业界一大难题，现有技术缺乏系统的物料平衡计算方法，导致无法对实际设备选型、现场优化、运行提供必要的指导。
基于此，本发明提供了一种垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法。
以下对本发明的一种垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法的实施例进行详细的介绍。
请参阅图1，本实施例提供一种垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法，包括：
步骤一：根据标准中对污染物脱除效率的定义建立出口烟气折算浓度计算公式。
根据国家标准中对脱除效率的定义，建立出口烟气折算浓度计算公式如(1-1)-(1-2)所示
式中：
折算浓度不能直接用于物料平衡计算，需要先转换为实际浓度、标准状态体积等参数，转换的前提是知道该位置氧气含量和干烟气体积，因此同样地需要采用假设检验的方法去计算出口烟气的组成成分。
步骤二：将系统进口烟气中各成分的参数代入出口烟气折算浓度计算公式中，计算得到系统出口烟气中污染物的折算浓度。
步骤三：对系统出口烟气参数进行假设。
假设的参数包括O2含量和干烟气量。采用进口烟气的O2含量和干烟气量作为初次迭代的数据。
步骤四：根据假设的系统出口烟气参数将系统出口烟气中污染物的折算浓度转换为实际浓度和标准状态体积。
根据假设的O2含量和干烟气量，将管道干法脱酸系统出口处SO2的折算浓度转换为实际浓度和标准状态体积。
将折算浓度转换为实际浓度的计算公式如(1-3)所示。
式中：
标准状态体积的转换计算则是推导出来的，具体计算过程如公式(1-4)所示。
式中：
Vm——气体摩尔体积常数，数值一般取近似值22.4，L/mol；
——SO2的摩尔质量，查元素周期表后计算可得，g/mol；
类似的，对于HCl烟气污染物建立(1-5)-(1-6)所示的计算方程。
式中：
式中：
步骤五：根据转换后污染物的实际浓度和标准状态体积计算脱除污染物反应过程中的变化量。
根据化学反应方程式，可以分别计算出脱除SO2和HCl反应过程导致的烟气成分变化情况。
管道干法脱酸过程中SO2和HCl反应量的计算分别如公式(1-7)、(1-8)所示。
式中：
步骤六：根据变化量对干法脱酸过程中脱酸剂与脱除产物的物料变化进行计算。
根据管道干法脱酸过程发生的化学，可以计算出其他物质的生成量或反应量，计算过程如公式(1-9)-(1-11)所示。
式中：
管道干法脱酸过程中O2的反应量，m3/(kg垃圾)；
管道干法脱酸过程中H2O的生成量，m3/(kg垃圾)；
步骤七：根据前述计算确定干法脱酸过程中总量发生变化的烟气成分对应的变化量。
管道干法脱酸过程中总量(标准状态体积、质量、摩尔量等)发生变化的烟气成分仅有SO2、HCl、O2、H2O，其他的物质则没有发生变化，综合前文的内容可以计算出具体的变化量情况，如公式(1-12)-(1-15)所示。
-系统中的总的O2变化量，反应消耗一部分；
步骤八：根据变化的烟气成分对应的变化量计算并检验新的出口烟气参数，若误差不满足设定要求，则重新对出口烟气参数进行假设并重新进行计算并检验，直到误差满足设定要求时结束迭代计算。
针对发生变化的烟气成分，出口具体数据计算如公式(1-16)-(1-19)所示。
管道干法脱酸系统出口的干烟气和总烟气量计算公式分别如(1-20)与(1-21)所示。
-系统出口干烟气标准状态体积，Nm3/(kg垃圾)；
-系统进口干烟气标准状态体积，Nm3/(kg垃圾)；
-系统出口烟气标准状态体积，Nm3/(kg垃圾)；
-系统进口烟气标准状态体积，Nm3/(kg垃圾)；
计算并检验O2含量和干烟气量参数，如公式(1-22)所示。
式中：
迭代计算：
在某一实例数据中，计算出O2含量和干烟气量参数的误差分别约为0.00762％和0.00180％，表明计算结果与实际相差很小。将计算的结果进行了三次迭代，才得到的误差为0。
本实施例提供了一种垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法，包括对系统出口烟气参数进行假设，并基于污染物的浓度计算干法脱酸过程中各烟气成分的变化量，并基于脱酸结束后各烟气成分的变化量计算出口烟气参数，将该烟气参数与之前所假设的出口烟气参数进行对比，验证是否满足误差要求，如不满足，则重新假设计算直到最终满足误差要求后结束物料平衡的计算。本发明通过假设检验的方法对管道干法脱酸系统的物料平衡进行计算，解决了现有技术中没有针对管道干法脱酸系统的物料平衡计算，为实际设备选型、现场优化、运行提供了必要的指导。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据标准中对污染物脱除效率的定义建立出口烟气折算浓度计算公式；
将系统进口烟气中各成分的参数代入所述出口烟气折算浓度计算公式中，计算得到系统出口烟气中污染物的折算浓度；
对系统出口烟气参数进行假设；
根据假设的所述系统出口烟气参数将所述系统出口烟气中污染物的折算浓度转换为实际浓度和标准状态体积；
根据转换后污染物的实际浓度和标准状态体积计算脱除污染物反应过程中的变化量；
根据所述变化量对干法脱酸过程中脱酸剂与脱除产物的物料变化进行计算；
根据前述计算确定干法脱酸过程中总量发生变化的烟气成分对应的变化量；
根据变化的烟气成分对应的变化量计算并检验新的出口烟气参数，若误差不满足设定要求，则重新对出口烟气参数进行假设并重新进行计算并检验，直到所述误差满足设定要求时结束迭代计算；
对系统出口烟气参数进行假设，具体为：
对系统出口的O2含量和干烟气量进行假设，第一次假设时采用进口烟气的O2含量和干烟气量作为初次迭代计算的数据；
将所述系统出口烟气中污染物的折算浓度转换为实际浓度和标准状态体积，具体按照下式进行：
；
；
式中，表示标准状态下系统出口的干烟气中SO2的实际浓度，表示标准状态下系统出口的干烟气中SO2的折算浓度，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中O2含量，此处先代入进口对应参数的数值，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中SO2的体积，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中SO2的实际浓度，/>表示气体摩尔体积常数，/>表示SO2的摩尔质量，标准状态下系统出口的干烟气的标准状态体积表示；
；
；
式中，表示标准状态下系统出口的干烟气中HCl的实际浓度，表示标准状态下系统出口的干烟气中HCl的折算浓度，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中O2含量，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中HCl的体积，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中HCl的实际浓度，表示HCl的摩尔质量；
根据所述变化量对干法脱酸过程中脱酸剂与脱除产物的物料变化进行计算包括对生成量或反应量的计算，具体按照下式进行：
；
；
；
式中，表示管道干法脱酸过程中Ca(OH)2的反应量，/>表示管道干法脱酸过程中O2的反应量，/>表示管道干法脱酸过程中H2O的生成量，/>表示标准状态下系统中SO2的反应量，/>表示标准状态下系统中HCl的反应量；
检验新的出口烟气参数是对标准状态下系统出口的干烟气中O2含量进行检验，标准状态下系统出口的干烟气中O2含量具体按照下式进行：
；
式中，表示标准状态下系统出口的干烟气中O2含量，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中O2的标准状态体积，/>表示标准状态下系统出口的干烟气的标准状态体积。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法，其特征在于，所述出口烟气折算浓度计算公式具体如下：
；
；
式中，表示标准状态下系统出口的干烟气中SO2的折算浓度，表示标准状态下系统进口的干烟气中SO2的折算浓度，/>表示系统的脱SO2效率，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中HCl的折算浓度，表示标准状态下系统进口的干烟气中HCl的折算浓度，/>表示系统的脱HCl效率。
3.根据权利要求2所述的垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法，其特征在于，根据转换后污染物的实际浓度和标准状态体积计算脱除污染物反应过程中的变化量，具体按照下式进行：
；
；
式中，表示标准状态下系统中SO2的反应量，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中SO2的实际浓度，/>表示标准状态下系统进口的干烟气中SO2的实际浓度，/>表示标准状态下系统中HCl的反应量，/>表示标准状态下系统出口的干烟气中HCl的实际浓度，/>表示标准状态下系统进口的干烟气中HCl的实际浓度。
4.根据权利要求3所述的垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法，其特征在于，根据前述计算确定干法脱酸过程中总量发生变化的烟气成分对应的变化量，具体如下：
；
；
；
；
式中，表示系统中的总的SO2变化量，/>表示系统中的总的HCl变化量，/>表示系统中的总的O2变化量，/>表示系统中的总的H2O变化量。
5.根据权利要求4所述的垃圾焚烧电厂管道干法脱酸系统物料平衡设计方法，其特征在于，根据变化的烟气成分对应的变化量计算新的出口烟气参数，具体如下：
；
；
；
；
式中，表示系统中的总的SO2变化量，/>表示系统中的总的HCl变化量，/>表示系统中的总的O2变化量，/>表示系统中的总的H2O变化量；
；
；
式中，表示系统出口干烟气标准状态体积，/>表示系统进口干烟气标准状态体积，/>表示系统出口烟气标准状态体积，/>表示系统进口烟气标准状态体积。
6.根据权利要求1所述的垃圾焚烧电厂旋转喷雾半干法脱酸系统物料平衡设计方法，其特征在于，所述进口烟气的O2含量具体为余热锅炉出口处的O2含量。
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