燃煤采暖鍋爐房煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)一 緒論1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容燃煤采暖鍋爐房煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)計(jì)算、工藝流程及繪制相關(guān)工程圖等。1.2 設(shè)計(jì)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(píng) 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(chǎng)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(jì)按照煙氣脫硫設(shè)計(jì)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(jì)依據(jù)環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)與應(yīng)用 環(huán)境保護(hù)設(shè)備選用手冊(cè) 除塵設(shè)備設(shè)計(jì) 環(huán)保工作者使用手冊(cè) 工業(yè)鍋爐房設(shè)計(jì)手冊(cè) 火電廠煙氣濕

2、法脫硫裝置吸收塔的設(shè)計(jì) 濕法煙氣脫硫吸收塔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)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(jiǎn)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(jiǎn)易情況石灰漿制備要求較高，流程也復(fù)雜流程較簡(jiǎn)單流程較簡(jiǎn)單流程簡(jiǎn)單流程簡(jiǎn)單，為干法過(guò)程流程復(fù)雜，要求電廠和化肥廠聯(lián)合實(shí)現(xiàn)脫硫流程簡(jiǎn)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(chǎng)堆放脫硫渣為caso4及少量煙塵，可以綜合利用，或送堆渣場(chǎng)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(wú)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(duì)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(fèi)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(wú)需無(wú)需無(wú)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(yùn)行費(fèi)用高、易結(jié)垢、易腐蝕等問(wèn)題, 造成設(shè)備腐蝕快、維護(hù)費(fèi)用高, 現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)，提高了so2的去去除率。所以本設(shè)計(jì)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(duì)中、鍋爐煙氣脫硫來(lái)說(shuō)，具有脫硫除塵效率高，投資少，占地面積小，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，非常適合中國(guó)的國(guó)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(qiáng)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(qiáng)勁的環(huán)形水霧區(qū)域,當(dāng)鍋爐煙氣強(qiáng)旋流通過(guò)時(shí),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(yùn),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(diǎn)：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(shí)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(guò)程吸收：（1）（2）其中；式（1）為過(guò)量時(shí)，溶液吸收的主反應(yīng)，式（2）為 不足時(shí)，溶液吸收的主反應(yīng)。吸收：（3）（4）其中：式（3）為過(guò)量時(shí)，溶液吸收的主反應(yīng)； 式（4）為不足時(shí)，溶液吸收的主反應(yīng)；3）氧化過(guò)程（副反應(yīng)）4）再生過(guò)程2.2 設(shè)計(jì)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(jí)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(shuō)明：煙氣從燃煤鍋爐中出來(lái),通過(guò)換熱裝置切線進(jìn)入脫硫除塵塔，經(jīng)強(qiáng)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(guò)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(yùn)。當(dāng)脫硫除塵裝置維修時(shí)，煙氣從換熱裝置內(nèi)管直接進(jìn)入外管，通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪排到空中。當(dāng)換熱裝置維修時(shí)，煙氣直接進(jìn)入脫硫除塵裝置，處理后通過(guò)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(guò)各種效應(yīng)被吸附在濾袋外壁，經(jīng)濾袋過(guò)濾后的凈化空氣，通過(guò)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(shí)間的增長(zhǎng)，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(qiáng)度很大，而且其強(qiáng)度和頻率 都可以調(diào)節(jié)，所以清灰效果好。本設(shè)計(jì)采用噴淋塔。三 設(shè)計(jì)方案的選擇確定及說(shuō)明3.1標(biāo)態(tài)下實(shí)際煙氣量的計(jì)算計(jì)算每小時(shí)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(guò)剩系數(shù)時(shí)，實(shí)際煙氣量為v （3-1）3.2煙氣中煙塵和so2濃度的計(jì)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(shí)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(shí)際煙氣量，3.3工況流量及去除效率的計(jì)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(jì)計(jì)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(jì)算得鍋爐在標(biāo)準(zhǔn)狀況下煙氣流量為：q0=60680.2m/h 145時(shí)煙氣流量為：q 1=92909.6m3/h=25.8m3/s3.4.1塔徑及底面積計(jì)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(jì)算漿池容量v1按液氣比和漿液在池中停留時(shí)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(yàn)值為0.81.2m，這里取1m。3.4.4 洗滌反應(yīng)區(qū)高度計(jì)算可以采用以下兩種方法計(jì)算：煙氣流速3m/s，接觸反應(yīng)時(shí)間經(jīng)驗(yàn)值為(2. 55) s，因?yàn)槊摿蚵试?0%左右，要求不高，故取2.5s，則吸收區(qū)高度 （3-11）工程設(shè)計(jì)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(shí)，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(jì)算 除霧器設(shè)計(jì)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(yùn)行情況及鍋爐現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)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(jiǎn)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(jì)3.6.1 煙囪高度的確定由于沒(méi)有鍋爐總的蒸發(fā)量，我們只能按鍋爐的燃煤量查表來(lái)確定煙囪高度。根據(jù)每小時(shí)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(guò)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(yùn)行，所以w取15。表六 煙囪出口煙氣流速通風(fēng)方式運(yùn) 行 情 況全負(fù)荷時(shí)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(jì)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(jì)算3.7.1摩擦阻力計(jì)算 （3-19）式中l(wèi)管道長(zhǎng)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(duì)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(gè)，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(jì)算與選擇3.8.1 選擇風(fēng)機(jī)的計(jì)算風(fēng)量 （3-22）式中q管道計(jì)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(jì)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(jì)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(duì)于通風(fēng)機(jī)0=1.2kg/ m3，對(duì)于引風(fēng)機(jī)0=0.745 kg / m3；運(yùn)行工況下進(jìn)入風(fēng)機(jī)時(shí)的氣體密度，取1.34kg/nm33.8.3 風(fēng)機(jī)選擇由以上計(jì)算，得風(fēng)機(jī)風(fēng)壓6436.91pa，風(fēng)量為106846.04m3/h查設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用兩臺(tái)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(diǎn)有：（1）用naoh脫硫，循環(huán)水基本上是naoh的水溶液，在循環(huán)過(guò)程中對(duì)水泵、管道、設(shè)備均無(wú)腐蝕與堵塞現(xiàn)象，便于設(shè)備運(yùn)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(yùn)行的可靠性，降低了操作費(fèi)用；同時(shí)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(duì)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