Polosuchá vápenná metoda odsíření spalin - hmotová bilance

Transkript

1 Polosuchá vápenná metoda odsíření spalin - hmotová bilance Příklad SPE Dáno: Množství spalin V NSP = Nm 3 /h = 166,7 Nm 3 /s Množství SO 2 ve spalinách x SO2 = 0,25 % obj. Účinnost odsíření η OD = 95 % Přebytek Ca ku S vůči stechiometrickému Ca : S = P SP = 1,6 poměru (potřebný pro zajištění požadované účinnosti) Čistota vápna X V = 90 % CaO Koncentrace vápenného mléka (vodní X VM = 0,25 suspenze vápna vč. v něm obsažených nečistot) (25 % CaO vč. nečist.+ 75 % H 2 O) Roční provozní doba τ = 7300 h/r Tlakové ztráty v systému p Z = 450 mm H 2 O Teplota spalin před ventilátorem t SP = 100 C Parametry normálního stavu t N = 0 C; p N p SP = 100 kpa Uvažujeme, že tlakové ztráty 4,4 kpa jsou vůči 100 kpa z hlediska změny fyzik. parametrů zanedbatelné Určit: Spotřebu vápna pro odsíření Spotřebu suspenze (vápenného mléka) Celkové množství odpadu Přibližný příkon motoru ventilátoru Přibližný příkon motoru rozpraš. kotouče M CaO M SUSP M ODP P MVENT P MRK Polosuchá vápenná metoda odsíření spalin 1 Datum tisku:

2 Výpočet Objem SO 2 ve spalinách V NSO2 = V NSP * x SO2 = * 0,0025 = 1500 Nm 3 /h SO 2 Do reakce odsíření vstupuje objemové množství SO 2 (5 % SO 2 nezreaguje) V NSO2OD = η OD * V NSO2 = 0,95 * 1500 = 1425 Nm 3 /h SO 2 Tomu odpovídá počet kilomolů SO 2 (objem 1 kmol je V kmol = 22,4 Nm 3 ) n SO2OD = V NSO2OD / V kmol = 1425 / 22,4 = 63,62 kmol/h Atomové hmotnosti prvků vyskytujících se v reakcích Ca = 40; O = 16; S = 32; H = 1 Celková rovnice odsíření CaO + SO 2 + 1/2O 2 CaSO 4 Na 1 kmol SO 2 potřebujeme 1 kmol CaO a 0,5 kmol O 2 a výsledkem reakce je 1 kmol CaSO 4. Molekulové hmotnosti jednotlivých složek reakcí odsiřování M kmolcao = = 56 kg/kmol CaO M kmolso2 = *16 = 64 kg/kmol SO 2 M kmolcaso4 = *16 = 136 kg/kmol CaSO 4 Teoretické potřebné množství CaO n kmolcao = n kmolso2od = 63,62 kmol/h M CaOteor = n kmolcao * M kmolcao = 63,62 * 56 = 3563 kg/h Skutečná spotřeba vápna (CaO) vč. nečistot = množství nakupovaného vápna Přebytek Ca ku S vůči stechiometrickému poměru P SP = 1,6 je nutný pro dosažení požadované účinnosti odsíření (mokrá vápenná či vápencová metoda pracuje s přebytkem cca 1,02 až 1,03). Polosuchá vápenná metoda odsíření spalin 2 Datum tisku:

3 M CaOsk = M CaOteor * P SP / X V = 3563 * 1,6 / 0,9 = 6334 kg/h Roční spotřeba vápna M CaOskR = M CaOsk * τ = 6334 * 7300 / 1000 = t/r Množství suspenze (vápenného mléka) vč. nečistot a potřebného přebytku M SUSP = M CaOsk / X VM = 6334 / 0,25 = kg/h = 7,038 kg/s Teoretické množství odpadu (CaSO 4 ) Teoretický poměr Ca : S = 1; čistota CaO je 100 %. Podle rovnice odsíření z 1 kmolu SO 2 vznikne 1 kmol CaSO 4 ; t.zn. že n kmolso2 = n kmolcaso4 = 63,62 kmol/h. Potom bude M CaSO4teor = n kmolcaso4 * M kmolcaso4 = 63,62 * 136 = 8652 kg/h Skutečné množství odpadu Je rovné teoretickému množství CaSO 4 + nezreagovanému přebytku CaO vůči stechiometrickému (poměr P SP = 1, % teoretického množství) + množství nečistot ve vápně (90 % ní čistota + 10 % skutečného množství). M ODP = M CaSO4teor + 0,6 * M CaOteor + 0,1 * M CaOsk M ODP = ,6 * ,1 * 6334 = kg/h Roční produkce odpadu M ODPR = M ODP * τ = * 7300 / 1000 = t/r Polosuchá vápenná metoda odsíření spalin 3 Datum tisku:

4 Návrh ventilátoru Přepočet z normálního stavu na skutečné parametry se provede pomocí stavové rovnice platné pro 1 kg plynu (resp. 1 kmol podle toho musíme volit plynovou konstantu R). p sk * v sk = R * T sk p N * v N = R * T N R = p sk * v sk / T sk = p N * v N / T N p N = p sk = 1 bar; t N = 0 C; t sk = 100 C; M SPsk M SPN resp. pro M SP kg plynu (spalin) bude p sk * V sk = M SP * R * T sk Potom bude (pro izobarický děj zákon Gay-Lussacův) V sk = V N * T sk / T N = ( / 3600) * (373 / 273) = 227,7 m 3 /s Příkon motoru ventilátoru P VENT = (1,1 až 1,2) * p Z * V sk / η C kde celkovou účinnost ventilátoru určíme z jeho charakteristiky pro zvolený typ, dané p Z a V sk. Určíme např. η C = 0,8 (viz násl. strana). p Z = 450 mm H 2 O 4415 Pa (pro hustotu vody cca 1000 kg/m 3 ) P VENT = 1,15 * 4415 * 227,7 / 0,8 = 1,45*10 6 W 1,45 MW p (Pa) η (%) p Z φ oběžného kola (mm) V SK V (m 3 /s) Charakteristika ventilátoru Polosuchá vápenná metoda odsíření spalin 4 Datum tisku:

5 Příkon motoru rozprašovacího kotouče Pro jeho výpočet vycházíme z toho, že se rozprašovaná suspenze musí urychlit na obvodovou rychlost kotouče a dále protlačit otvory v kotouči. Pro zjednodušení uvažujeme pouze příkon potřebný pro urychlení rozprašované suspenze vápenného mléka. P RKurychl = M SUSP * v T 2 / 2 * η RK [kg/s *m 2 /s 2 =kgm 2 /s 3 =W] kde je η RK = 0,6 až 0,7 účinnost rozprašovacího kotouče v T = π * D RK * n = 100 až 300 m/s v T = 190 m/s obvodová (tangenciální) rychlost kotouče (Niro používá cca 160 až 220 m/s) P RKurychl = 7,038 * / 2 * 0,65 = W Příkon motoru (účinnost převodovky 90 %, účinnost motoru 95 % + rezerva 20 % na zanedbání třecích a ventilačních ztrát v kotouči atp.) P MRK = 1,2 * P RKurychl / (η PŘ * η M ) P MRK = 1,2 * / (0,90 * 0,95) = W 274,3 kw Jmenovitý výkon motoru bude P MRKJ = R * P MRK = 1,1 * 274,3 = 302 kw 300 kw kde R = 1,1... součinitel rezervy (čím větší příkon tím menší hodnota) (pro < P je R 2, pro > P je R 1,1) Polosuchá vápenná metoda odsíření spalin 5 Datum tisku: