燃煤采暖鍋爐房煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計

1、大氣污染控制工程課程設(shè)計一 緒論1.1設(shè)計內(nèi)容燃煤采暖鍋爐房煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計計算、工藝流程及繪制相關(guān)工程圖等。1.2 設(shè)計原則1.根據(jù)鍋爐容量、燃煤煤質(zhì)（特別是折算硫分）、二氧化硫控制規(guī)劃和環(huán)評 要求的脫硫效率、脫硫劑的供應(yīng)條件、水源情況、脫硫副產(chǎn)物的綜合利用條件、脫硫廢水、廢渣排放條件、廠址場地布置條件等因素，經(jīng)全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。 2.工藝設(shè)計按照煙氣脫硫設(shè)計技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。3.處理效果嚴(yán)格按照鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（gb 13271-2001）二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。1.3設(shè)計依據(jù)環(huán)保設(shè)備設(shè)計與應(yīng)用 環(huán)境保護(hù)設(shè)備選用手冊 除塵設(shè)備設(shè)計 環(huán)保工作者使用手冊 工業(yè)鍋爐房設(shè)計手冊 火電廠煙氣濕

2、法脫硫裝置吸收塔的設(shè)計 濕法煙氣脫硫吸收塔系統(tǒng)的設(shè)計和運用分析二 脫硫工藝的選擇2.1 脫硫工藝的比較與選擇2.1.1 脫硫工藝比較表一 幾種脫硫工藝比較石灰石石膏法簡易氨法噴霧干燥法lifac電子束法新氨法磷氨肥法環(huán)境性能很好好好好很好好好工藝流程簡易情況石灰漿制備要求較高，流程也復(fù)雜流程較簡單流程較簡單流程簡單流程簡單，為干法過程流程復(fù)雜，要求電廠和化肥廠聯(lián)合實現(xiàn)脫硫流程簡單，制肥部分復(fù)雜工藝技術(shù)指標(biāo)脫硫率95%，鈣硫比1.1，利用率90%脫硫率70%，鈣硫比1.1，利用率90%脫硫率80%，鈣硫比2，利用率50%脫硫率80%，鈣硫比2，利用率50%脫硫率可達(dá)90%以上，并可脫一部分氮脫硫

3、率85%-90%，利用率大于90%脫硫率95%以上吸收劑獲得容易容易較易較易一般一般一般脫硫副產(chǎn)品脫硫渣為caso4及少量煙塵，可以綜合利用，或送堆渣場堆放脫硫渣為caso4及少量煙塵，可以綜合利用，或送堆渣場堆放脫硫渣為煙塵、caso4、caso3、ca(oh)2的混合物，目前尚不能利用脫硫渣為煙塵、caso4、caso3、cao的混合物，目前尚不能利用副產(chǎn)品為硫銨和硝銨混合物，含氮量20%以上，可作氮肥或復(fù)合肥料，無二次污染副產(chǎn)品為磷酸銨和高濃度二氧化硫氣體（7%-11%），可直接用于工業(yè)硫酸生產(chǎn)脫硫產(chǎn)品為含n+p2o5%以上的氮磷復(fù)合料適用情況或應(yīng)用前景燃高中硫煤鍋爐，當(dāng)?shù)匾延惺沂V燃

4、燒高中硫煤鍋爐，當(dāng)?shù)赜惺沂V燃燒中、低硫煤鍋爐燃燒中、低硫煤鍋爐燃燒高中硫煤鍋爐，附近有液氨供應(yīng)燃高中硫煤鍋爐，附近有聯(lián)合化肥廠和液氨燃燒高硫煤鍋爐，附近有磷礦對鍋爐及煙道的負(fù)面影響腐蝕出口煙囪腐蝕出口煙囪增加除塵器除灰量，塔壁易積灰影響鍋爐和除塵器效率腐蝕煙道腐蝕煙道2.1.2 煙氣脫硫（fgd）工藝經(jīng)濟(jì)性能比較表二 幾種煙氣脫硫（fgd）工藝經(jīng)濟(jì)性能比較工藝流程濕式石灰石-石膏法噴霧干燥法lifac法cdsi 法適用煤種含硫量(%)1.51-322ca/s1.11.52.01.5鈣的利用率(%)9040-4535-404-45脫硫成效(%)9080-8570-7560-70投資占電廠投資

5、比例(%)13-198-123-52-4脫硫費用(元/tso2脫除)900-1250750-1050600-900600-800設(shè)備占地面積大中小極小灰渣狀態(tài)濕干干干煙氣再熱需無需無需無需2.1.3 脫硫方案的確定目前, 燃煤企業(yè)脫硫技術(shù)大體可概括為干法、半干法和濕法, 而技術(shù)比較成熟、應(yīng)用最廣泛的是濕法石灰石/石膏法, 但是該工藝存在投資運行費用高、易結(jié)垢、易腐蝕等問題, 造成設(shè)備腐蝕快、維護(hù)費用高, 現(xiàn)場應(yīng)用也受到一定 限制。 “雙堿流程”是石灰石-石膏法的一種變形。它是克服了石灰石-石膏法容易結(jié)垢后的弱點，提高了so2的去去除率。所以本設(shè)計采用“鈉鈣雙堿法”。鈉鈣雙堿法是濕法中一種非常重

6、要的工藝，尤其對中、鍋爐煙氣脫硫來說，具有脫硫除塵效率高，投資少，占地面積小，運行費用低等優(yōu)點，非常適合中國的國情。2.1.4 鈉鈣雙堿法的脫硫工藝原理鈉鈣雙堿法多極噴霧強旋流脫硫除塵工藝的主體部分是洗滌吸收塔。首先迫使煙氣以一定的速度切向進(jìn)入塔體,并使其螺旋下降,而脫硫劑液則以霧化狀態(tài)同向噴入,并形成多道強勁的環(huán)形水霧區(qū)域,當(dāng)鍋爐煙氣強旋流通過時,就能和水霧充分混合接觸,并發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng),大部分硫化物和煙塵在離心力和重力的雙重作用下從筒壁四周流下,經(jīng)出灰口到沉淀池,灰渣沉淀后清理外運,灰水則循環(huán)使用,煙氣則進(jìn)入內(nèi)筒進(jìn)一步凈化后,經(jīng)風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪排入空中。雙減法有如下優(yōu)點：塔內(nèi)鈉基清液

7、作為吸收液，大大降低了結(jié)垢機(jī)率；鈉基吸收二氧化硫速率高，在較低的液氣比下可得到較高的脫硫率，同時還可大大提高石灰的利用率。2.1.5 鈉鈣雙堿法脫硫機(jī)理1）化學(xué)反應(yīng)原理該法使用或液吸收廢氣中的，生成與再用再生，反應(yīng)方程式如下：2）脫硫過程吸收：（1）（2）其中；式（1）為過量時，溶液吸收的主反應(yīng)，式（2）為 不足時，溶液吸收的主反應(yīng)。吸收：（3）（4）其中：式（3）為過量時，溶液吸收的主反應(yīng)； 式（4）為不足時，溶液吸收的主反應(yīng)；3）氧化過程（副反應(yīng)）4）再生過程2.2 設(shè)計工藝流程圖換熱裝置燃煤鍋爐高效脫硫除塵裝置引風(fēng)機(jī)煙囪鈉堿液鈉堿液池石灰池石灰漿液多級沉淀池污泥泵高位水池圖2-2 工藝流

8、程圖示意圖工藝流程說明：煙氣從燃煤鍋爐中出來,通過換熱裝置切線進(jìn)入脫硫除塵塔，經(jīng)強旋流噴霧脫硫除塵后，進(jìn)入換熱裝置進(jìn)行加熱升溫，然后通過引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪排到空中。處理裝置產(chǎn)生的灰水經(jīng)沉淀后回用，灰渣沉淀后清理外運。當(dāng)脫硫除塵裝置維修時，煙氣從換熱裝置內(nèi)管直接進(jìn)入外管，通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪排到空中。當(dāng)換熱裝置維修時，煙氣直接進(jìn)入脫硫除塵裝置，處理后通過風(fēng) 機(jī)進(jìn)入煙囪排到空中。2.3 脫硫塔類型選擇目前較常用的吸收塔主要有噴淋塔、填料塔、噴射鼓泡塔和道爾頓型塔四類 。噴淋塔是濕法脫硫工藝的主流塔型，而填料塔作為氣液兩相在塔內(nèi)連續(xù)接觸的典型形式。 2.3.1 噴淋塔含塵空氣進(jìn)氣口進(jìn)入除塵箱，因氣體突然擴(kuò)張

9、，流速驟然降低，顆料較粗的粉塵，靠其自重力向下沉降，落入灰斗。細(xì)小粉塵通過各種效應(yīng)被吸附在濾袋外壁，經(jīng)濾袋過濾后的凈化空氣，通過文氏管進(jìn)入上箱體，從出氣口排出，被吸附在濾袋外壁的粉塵，隨著時間的增長，越積越厚，除塵器阻力逐漸上升，處理的氣體量不斷減少，為了使除塵器經(jīng)常保持有效狀態(tài)，設(shè)備阻力穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，就需要清除吸附在濾袋外面的積灰。2.3.2 填料塔填料塔內(nèi)氣液兩相連續(xù)接觸，清灰方式作用強度很大，而且其強度和頻率 都可以調(diào)節(jié)，所以清灰效果好。本設(shè)計采用噴淋塔。三 設(shè)計方案的選擇確定及說明3.1標(biāo)態(tài)下實際煙氣量的計算計算每小時燃煤量2570.84010=1.02810kj/h 燃燒單位質(zhì)

10、量煤所需理論空氣量：表三 樣煤成分表重量(g)摩爾數(shù)(mol)需氧數(shù)(mol)c68056.6756.67h402010s150.470.47h2o603.333.33灰分150-以1kg燃煤燃燒為基礎(chǔ)，則由上樣煤成分表得理論需氧量為56.67+10+0.47=67.14mol/kg煤假定干空氣中氮和氧的摩爾比（體積比）為1:3.78，則1kg煤完全燃燒所需要的理論空氣量為：67.14（3.78+1）=320.93mol/kg煤即320.9322.4/1000=7.19 m/kg煤理論空氣量條件下煙氣組成（mol）為：co2：56.67 h2o：20+3.33sox：0.47 n2：67.14

11、3.78理論煙氣量為56.67+（20+3.33）+0.47+67.143.78=334.26mol/kg煤即 334.2622.4/1000=7.49m/kg煤空氣過剩系數(shù)時，實際煙氣量為v （3-1）3.2煙氣中煙塵和so2濃度的計算煙氣含塵濃度 （3-2）式中 煙塵的排放因子； 煤中不可燃成分的含量； 實際煙氣量。c=煙氣中so2濃度： （3-3）式中 s煤中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù) v標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實際煙氣量，3.3工況流量及去除效率的計算工況流量 （3-4）式中 q標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量，工況下煙氣溫度，k標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度，273k除塵效率 = （3-5）式中 c煙氣含塵濃度； 鍋爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)

12、中的規(guī)定值。so2去除率 =，式中c、含義類上。3.4脫硫塔設(shè)計計算吸收塔是脫硫裝置的核心設(shè)備，采用集冷卻、吸收、除霧于一體的噴淋空塔。脫硫塔由塔筒體、吸收器、除霧器、沖洗系統(tǒng)等組成。由前面計算得鍋爐在標(biāo)準(zhǔn)狀況下煙氣流量為：q0=60680.2m/h 145時煙氣流量為：q 1=92909.6m3/h=25.8m3/s3.4.1塔徑及底面積計算塔內(nèi)流速：取 q 1= 取1.7m （3-6）d=2r=3.4m 即塔徑為3.4米。底面積s=r2=9.07m23.4.2 進(jìn)出口高度根據(jù)進(jìn)出口煙氣流速及煙氣量確定進(jìn)出口面積。一般希望進(jìn)氣在塔內(nèi)能分布均勻, 且煙道呈方形, 故寬/高取值較大, 進(jìn)口寬度占

13、到塔徑的80%以上，而高度尺寸則取值較小。這里取寬度。進(jìn)出口面積 a= （3-7）則進(jìn)出口高度 （3-8）3.4.3 循環(huán)漿液區(qū)的高度計算漿池容量v1按液氣比和漿液在池中停留時間t1確定， （3-9）液氣比取推薦值15l/m3，t1 = (48) min，這里取6min。選取漿池內(nèi)徑，則漿池高度 （3-10）從液面到煙氣進(jìn)口底邊高度經(jīng)驗值為0.81.2m，這里取1m。3.4.4 洗滌反應(yīng)區(qū)高度計算可以采用以下兩種方法計算：煙氣流速3m/s，接觸反應(yīng)時間經(jīng)驗值為(2. 55) s，因為脫硫率在80%左右，要求不高，故取2.5s，則吸收區(qū)高度 （3-11）工程設(shè)計中吸收區(qū)高度一般指煙氣進(jìn)口水平中心

14、線到噴淋層中心線的距離。入口煙道到第一層噴淋層的距離一般為3.5m，噴淋層間距一般為1.22m，噴嘴布置分26 層，分別取3m,2m和4層。則吸收區(qū)高度 （3-12）比較、所得結(jié)果相差不大，而液氣比一定時，增加吸收區(qū)高度可提高脫硫率，故取。 3.4.5 除霧區(qū)高度計算 除霧器設(shè)計為兩段，每層除霧器上下各設(shè)有沖洗噴嘴。最下層沖洗噴嘴距最上層噴淋層33. 5m ；距最上層沖洗噴嘴3. 43. 5m，這里都取3. 5m，則除霧區(qū)高度。最上層沖洗噴嘴距吸收塔出口的距離為塔直徑的50%100%，這里取80%，故該距離為3.4.6脫硫塔總高度綜上，噴淋塔總高度 （3-13）3.5 確定位置及管道布置3.5

15、.1 各裝置及管道布置原則根據(jù)鍋爐運行情況及鍋爐現(xiàn)場的實際情況，確定各裝置的位置。各裝置及管道的布置應(yīng)力求簡單、緊湊，管路短，占地面積小，并使安裝操作和檢修方便。3.5.2 管徑的確定 （3-14）式中 q工況條件下管內(nèi)煙氣流量； v煙氣流速，一般為1525m/s。取v=20m/s。 表四外徑(d/mm)鋼制板風(fēng)管500外徑允許偏差/mm壁厚/mm14內(nèi)徑d=1280-24=1272mm 將內(nèi)徑d=1272mm代入公式中，則 （3-15）3.6 煙囪的設(shè)計3.6.1 煙囪高度的確定由于沒有鍋爐總的蒸發(fā)量，我們只能按鍋爐的燃煤量查表來確定煙囪高度。根據(jù)每小時燃煤量6.23t/h查下表，取煙囪最低

16、允許高度為h=35m。表五 鍋爐煙囪高度表鍋爐總額定出力（t/h）1122661010202035煙囪最低高度（m）2025303540453.6.2煙囪直徑的確定煙囪出口內(nèi)徑 （3-16）式中 q通過煙囪的總煙氣量；w煙氣流速，因采用機(jī)械通風(fēng)，全負(fù)荷運行，所以w取15。表六 煙囪出口煙氣流速通風(fēng)方式運 行 情 況全負(fù)荷時最小負(fù)荷機(jī)械通風(fēng)102045自然通風(fēng)682.53煙囪底部直徑： （3-17）式中 煙囪出口直徑，mh煙囪高度，mi煙囪錐度，取i=0.023.6.3 煙囪的抽力計算 （3-18）式中 煙囪的抽力，kpa；h煙囪高度，m；外界空氣溫度，取-20；煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，；b當(dāng)?shù)卮髿?/p>

17、壓，。3.7系統(tǒng)阻力計算3.7.1摩擦阻力計算 （3-19）式中l(wèi)管道長度，md管道直徑，m煙氣密度，管中氣流平均速率摩擦阻力系數(shù)取l=10m，l=0.02,3.7.2局部壓力損失 （3-20） 式中 異形管件的局部阻力系數(shù)可查到 v 與像對應(yīng)的斷面平均氣流速率,20m/s 煙氣密度, 彎頭：90彎頭，共有5個，則總壓為:18.065=90.3pa3.7.3 總阻力損失估算：設(shè)文丘里除塵器阻力小于6500pa, 鍋爐出口前阻力為800pa,噴淋塔為300 pa。則總阻力:（3-21）3.8 風(fēng)機(jī)的計算與選擇3.8.1 選擇風(fēng)機(jī)的計算風(fēng)量 （3-22）式中q管道計算的總風(fēng)量，m3/h；k1考慮系

18、統(tǒng)漏風(fēng)所附加的安全系數(shù)，一般管道k1=0.1；除塵管道取k1=0.10.15，此處計算取0.15。3.8.2 選擇風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓 即 （3-23）式中p系統(tǒng)總壓力損失，pa；k2考慮管道計算誤差及系統(tǒng)漏風(fēng)等因素所采用的安全系數(shù)，一般管道取k2=0.10.5，此處取0.5。0風(fēng)機(jī)性能表中給出的標(biāo)態(tài)的空氣密度，對于通風(fēng)機(jī)0=1.2kg/ m3，對于引風(fēng)機(jī)0=0.745 kg / m3；運行工況下進(jìn)入風(fēng)機(jī)時的氣體密度，取1.34kg/nm33.8.3 風(fēng)機(jī)選擇由以上計算，得風(fēng)機(jī)風(fēng)壓6436.91pa，風(fēng)量為106846.04m3/h查設(shè)計手冊，選用兩臺y5-47型離心引風(fēng)機(jī)。四 總結(jié)雙堿法有在理論上優(yōu)點有：（1）用naoh脫硫，循環(huán)水基本上是naoh的水溶液，在循環(huán)過程中對水泵、管道、設(shè)備均無腐蝕與堵塞現(xiàn)象，便于設(shè)備運行與保養(yǎng)；（2）吸收劑的再生和脫硫渣的沉淀發(fā)生在塔外，這樣避免了塔內(nèi)堵塞和磨損，提高了運行的可靠性，降低了操作費用；同時可以用高效的板式塔或填料塔代替空塔，使系統(tǒng)更緊湊，且可提高脫硫效率；（3）鈉基吸收液吸收so2速度快，故可用較小的液氣比，達(dá)到較高的脫硫效率，一般在90%以上；（4）對脫硫除塵一體化技術(shù)而言，可提高石灰的利用率。但也有許多不足之處，na2so3氧化副反應(yīng)產(chǎn)物na2so4較難再