畢業(yè)設(shè)計--煙道氣除塵--噴淋塔(共12頁)

1、封面自己加吧目錄一. NHD 脫硫法的技術(shù)機(jī)理21.1 NHD 的理化特性21.2 NHD脫硫以及再生的機(jī)理3二. NHD脫硫裝置設(shè)計32.1 NHD脫硫工藝流程32.2 脫硫塔設(shè)計42.2.1 筒體設(shè)計52.2.2 噴淋塔封頭的設(shè)計52.2.3法蘭盤的選擇6三.液流參數(shù)確定及泵的選取73.1進(jìn)液管73.2 排液管83.3 進(jìn)液泵與排液泵的選擇83.4 法蘭所用螺栓的選擇及校核83.5 噴淋塔支座93.5.1 支座的選擇9四. 結(jié)論10五. 結(jié)束語10熱電廠煙道氣中的SO和CO脫除回收設(shè)計摘 要:隨著全球變暖、臭氧減少和酸雨三個污染議題日益受到重視，人們環(huán)保研究開發(fā)意識的增強(qiáng)，環(huán)保研究也日益興

2、旺。而我國煤炭資源豐富，所以產(chǎn)生了很多的火電廠?；鹆Πl(fā)電是依靠煤炭的燃燒來產(chǎn)生熱能從而轉(zhuǎn)變成動能推動發(fā)電機(jī)，再將動能轉(zhuǎn)化成電能。但是由于在現(xiàn)有條件下，煤炭不能充分燃燒，許多電廠一方面為了節(jié)約資金，另一方面由于技術(shù)的不成熟，沒有完全燃燒的煙道氣經(jīng)過簡單的過濾或者沒有進(jìn)行任何處理就排入大氣，因而造成了很大的污染。造成酸雨，光化學(xué)煙霧等危害，如果長期吸入這種空氣會造成肺氣腫，呼吸道感染等疾病。因此，降低粉塵的含量，減少粉塵對大氣的污染，治理酸雨，控制二氧化硫、二氧化碳的排放成為環(huán)保的首要問題。控制二氧化硫和二氧化碳的排放、治理酸雨以及控制溫室效應(yīng)是火電廠環(huán)保工作的中心任務(wù)之一。火電廠煙道氣中二氧化硫

3、和二氧化碳的處理和利用, 可帶給我們巨大的益處。主要論述了NHD( 聚二醇二甲醚) 的特性、及利用它對火電廠煙道氣中二氧化硫進(jìn)行脫除和回收的方法。關(guān)鍵詞: 熱電廠；NHD；除硫除碳；回收引 言:根據(jù)國家環(huán)保局1999年中國環(huán)境狀態(tài)公報,全國城市二氧化硫年日均濃度的平均值為105Lg/mm，南方和北方城市年日濃度分119Lg/mm，193Lg/mm， 均超過國家大氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)。因此, 控制二氧化硫和酸雨污染一直是我國環(huán)保工作的中心任務(wù)之一。全球礦物燃料燃燒每年約產(chǎn)生200億噸CO2, 僅利用了不到1億噸。市場對CO2的需求量很大,如可用于生產(chǎn)干冰、食品CO2氣、焊接保護(hù)氣、煙絲膨脹劑、強(qiáng)化石油

4、開采( EOR) 等方面。在化學(xué)工業(yè)中, CO2 已大量用于生產(chǎn)甲醇、尿素、純堿等產(chǎn)品。因此, 從環(huán)保和碳源利用的角度考慮, 開發(fā)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的CO2 回收新技術(shù)十分必要。一. NHD 脫硫法的技術(shù)機(jī)理NHD 全名是聚二醇二甲醚,其國內(nèi)代號叫NHD,它是由美國聯(lián)合化學(xué)公司開發(fā)的新型物理吸收劑,在國外與其類似的商品為SELEXOL,主要用于合成氣,天然氣等脫硫脫碳工藝,我國在1991 年引進(jìn)和改進(jìn)之后用于化肥工業(yè)生產(chǎn)和甲醇生產(chǎn)工業(yè)中的脫碳、脫硫,至今已經(jīng)是比較成熟的技術(shù),但是,這種技術(shù)一直沒有用來回收煙道氣中的二氧化硫。1.1 NHD 的理化特性NHD回收二氧化硫的工藝過程正是它理化特性的應(yīng)用,因

5、此,認(rèn)識它的理化特性對于理解和應(yīng)用NHD技術(shù)是很有必要的,它的理化特性如下。(1) 低蒸氣壓不易揮發(fā),所以挾帶的損失??；(2) 化學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不易受冷熱和化學(xué)環(huán)境的影響,在加熱減壓以后就能放出所吸收的氣體；(3) 無毒；(4) 無腐蝕性；(5) 不起泡,即溶液的工作穩(wěn)定性好；(6) 溶解熱低,即不易凝固,能在較寬的溫度范圍內(nèi)應(yīng)用；(7) 選擇性好,即對SO2和HS都能大量的吸收,然后,它能在不同的閃點(diǎn)、溫度和壓力下分別釋放出不同的氣體；(8) 對水的溶解度高,可調(diào)節(jié)它的含水量,有利于吸收劑的溫度和穩(wěn)定性；(9) 能同時吸收和脫除有機(jī)硫和無機(jī)硫；(10)氣味很??；(11)分子量大；(12

6、)密度接近水,1035kg/m；(13)冰點(diǎn),-20°C；(14)蒸汽壓,0.95Pa；(15)粘度:5.8cp,不大;(16)比熱:0.5J/kg*K,較大；(17)閃點(diǎn):151°C；(18)燃點(diǎn):157°C；(19)吸收容量大,每立方NHD 溶液能吸收150200m二氧化硫。1.2 NHD脫硫以及再生的機(jī)理二氧化硫在NHD溶劑中的溶解度符合亨利定律,即隨壓力的增加氣體在溶劑中的溶解度呈線性增加,在NHD脫硫的過程中具有典型的物理特征。二. NHD脫硫裝置設(shè)計2.1 NHD脫硫工藝流程N(yùn)HD脫硫工藝流程見圖1?；痣姀S煙道氣經(jīng)除塵后,再經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮到散熱器散熱后

7、,被送入脫硫塔進(jìn)行脫硫,其中二氧化硫被充分收,之后進(jìn)入脫碳裝置。抽液機(jī)將液池中NHD 液抽入脫硫塔經(jīng)噴灑,充分吸收二氧化硫后,經(jīng)排液泵將其壓入NHD 富液處理裝置。受壓使其氧化硫氣體脫出。凈化后的NHD溶液可以重新回收,循環(huán)使用,二氧化硫氣體通過排氣管排出收集處理。NHD脫硫脫碳流程圖2.1：圖2.1 NHD脫硫脫碳流程圖 1.3.11.14.15分離器；2.13.氣-氣換熱器；4.脫碳塔；5.高壓閃蒸槽；6.低壓閃蒸槽；7.富液泵；8.氣提塔；9.貧液泵；10.氨冷卻泵；12.羅茨鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)壓縮后的煙道氣在分離器1脫水后，進(jìn)入2降溫?zé)峤粨Q，在分離器3再脫水后（含11% CO2的煙氣），進(jìn)入脫碳

8、塔4，NHD溶液從塔頂噴淋下來，充分吸收CO2變成富CO2的NHD溶液，進(jìn)入高壓閃蒸槽5，并在較高的壓力下閃蒸出雜質(zhì)氣體，如N，O和少量CO2區(qū)熱交換器2后放空，在脫碳塔中的煙道氣除去CO2，CO2被凈化后，從塔頂流出，經(jīng)熱交換器2后放空。高壓閃蒸槽5后的富液進(jìn)入低壓閃蒸槽6，閃蒸出高濃度的CO2（>99.5%），經(jīng)熱交換器2后被收集備用。從低壓閃蒸槽6流出的貧液（含少量CO2和SO2），經(jīng)富液泵7打入氣提塔8上部向下噴淋。另一方面，由羅茲鼓風(fēng)機(jī)12從下部打入的空氣，經(jīng)氣-氣熱交換器13和水分離器14后，進(jìn)入氣提塔8的下部對從上面噴淋下來的NHD溶液進(jìn)行氣提，即讓NHD中殘留的少量CO2

9、和SO2進(jìn)一步放出以提高NHD的貧度。提高了高貧度的NHD由貧液泵9加壓送至氨冷卻器10冷卻后，再進(jìn)入脫碳塔頂部循環(huán)使用。從氣提塔頂部流出的空氣經(jīng)分離器15后放空?；厥誄O2流程也可采用氣提塔。經(jīng)低壓閃蒸得到的高純度CO2，力爭達(dá)到食品級標(biāo)準(zhǔn)，也可將它加壓液化儲存或裝瓶出售，也可做成干冰出售。若需脫除SO2，則需增設(shè)熱再生手段，回收的SO2可用于生產(chǎn)硫酸或其他用途。2.2 脫硫塔設(shè)計脫硫塔是火電廠煙道氣SO2回收系統(tǒng)的重要設(shè)備,它的作用是用NHD 溶液回收煙道氣中的SO2,并盡可能地吸收,減少排放氣中的SO2氣體量。其結(jié)構(gòu)圖如下2.2：圖2.2 脫硫塔設(shè)計圖1.氣體出口；2.除沫裝置；3.噴淋

10、器；4.填料；5.液體再分布裝置；6.柵板；7.進(jìn)氣口；8.裙座；9.液體出口要求: 每分鐘進(jìn)入脫硫塔10 m,含0 007 mSO2氣體,脫硫塔內(nèi)為2個大氣壓,NHD溶液充分吸收后,體積膨脹為原體積的5倍。脫硫塔材料: 16Mn。因容器承受的壓強(qiáng)不太大,而且16Mn綜合力學(xué)性能、焊接性及低溫韌性、冷沖壓及切削性比較好,低溫沖擊韌性也優(yōu)越,價格低廉,應(yīng)用比較廣泛。鋼板厚度: 16mm拉應(yīng)力: Db=510-660N/mm壓應(yīng)力: Ds=345N/mm2.2.1 筒體設(shè)計主腔的尺寸:主腔的直徑D=1000mm主腔的高度h=2000mm則主腔體的容積為V=*(D/2)*h=3.14*(1000/2

11、)*2000 mm= 1.57m。 （1）( 1)筒體厚度的計算由S=P*D/（2R7-P)+C,( 2)其中: Pi=0.2MPa,Di=1m,7為筒體系數(shù)取1,R=1.692N/ mm。 則S=0.2*1000/(2*170-0.2)C*0.6+C,(C=C+C) 。 （2）對于碳鋼和低合金鋼制的容器,若內(nèi)徑D=(D/2)23800時,最小壁厚Smin=2Di/1000而且不得小于3,則本設(shè)計中取S=5mm。當(dāng)考慮到容器設(shè)計完成后要進(jìn)行10個大氣壓的密封測試,以驗(yàn)證其他的應(yīng)力是否滿足設(shè)計要求,所以,此處驗(yàn)證其他的應(yīng)力是否滿足設(shè)計要求時,以10個大氣壓作為標(biāo)準(zhǔn)。則:P=10*1.01*105

12、Pa, （3）Rb=P*P*(D/2)2/P*(D/2+t)2-(D/2)2=50.25N/mm （4）故拉應(yīng)力滿足設(shè)計的要求2.2.2 噴淋塔封頭的設(shè)計考慮到封頭與筒體采用雙面焊接的方法連接,根據(jù)有關(guān)力學(xué)知識, 為了不使應(yīng)力集中破壞設(shè)備, 決定兩端封頭采用淺碟型封頭, 如圖2.3所示。圖2.3 噴淋塔封頭淺碟型封頭的要求: R=D,r=0.1D淺碟形封頭尺寸是: D=1000mm,R=1100mm,r=90mm 確定封頭的厚度D:D=P/(2R-0.5Pi)+C=C+C(C=0,C=1) （5） 由公式M=0.25*3+R/r計算得到:M=1.624mm,壁厚附加量C取2mm。則: D=P/

13、(2R-0.5P)+c*1.05,因?yàn)镈=3mm。故取D= 5mm。碟型封頭的P為P=0.75MPa>P。下端碟型封頭與塔體通過焊接方式連接, 上端碟型封頭和塔體的連接采用法蘭盤連接方式。2.2.3法蘭盤的選擇螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)是一種可拆卸的密封結(jié)構(gòu), 由法蘭、螺栓以及墊片組成, 具有較好的強(qiáng)度和密封性,結(jié)構(gòu)簡單, 而且成本低廉, 能夠多次重復(fù)拆卸使用。2.2.3.1法蘭的選擇綜合本設(shè)計的各部分的設(shè)計要求, 以及設(shè)備的使用要求, 決定選擇甲型平焊法蘭(JB4701-92)。該法蘭的主要參數(shù)為DN=1000mm, D=1090mm,D=1130mm,D=1045mm,D=40mm, d=23

14、mm。2.2.3.2螺栓的選擇根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求,該法蘭配套的螺栓個數(shù)為32個,選用粗制六角頭螺栓。2.2.3.3墊片的選擇根據(jù)本設(shè)計介質(zhì)的壓力、溫度、腐蝕性以及壓緊面的形狀,決定選用中壓橡膠石棉板做成的橡膠墊片, 墊片如圖所示。圖2.4 墊片三.液流參數(shù)確定及泵的選取當(dāng)NHD溶液通過進(jìn)液管進(jìn)入脫硫塔,經(jīng)噴頭噴灑擴(kuò)散下落,與上升的煙道氣相遇,并充分吸收其中的二氧化硫,吸收后溶液的體積膨脹為原來的5倍。3.1進(jìn)液管根據(jù)設(shè)計的要求本設(shè)計采用無逢鋼管作為進(jìn)液管道,它的直徑選擇25mm。NHD溶液的流量為：Q=0.01m/min,D=0.0025m,所以S=P*(D/2)2=0.000491m。 （6

15、）流速: V=Q/S=20.372m/min 。 （7）3.2 排液管富含SO2 的NHD 溶液膨脹為原體積的5倍。所以, 排液管的流量Q=5*Q=0.05m/min, （8）D=0.032m。 （9）所以S=P*(D/2)2=0.000804 m。 （10）流速:V=Q/S=62.170m/min 。 （11）在排液的過程中,因排液慢或進(jìn)液太快等原因,使NHD富液在脫硫塔腔內(nèi)聚集, 而使液面上升。如果液面上升過高的話,會對SO2氣體的擴(kuò)散構(gòu)成影響,甚至?xí)騈HD液面過高,而使NHD溶液進(jìn)入進(jìn)氣管,使煙道氣無法進(jìn)入脫硫塔內(nèi),影響NHD對 二氧化硫的吸收。所以,必須限制脫硫塔內(nèi)液面的高度,因此,

16、規(guī)定排液面距封頭焊接處的距離不超過200mm,以使腔內(nèi)氣流與液流暢通。3.3 進(jìn)液泵與排液泵的選擇抽液泵、排液泵的作用主要是維持脫硫塔內(nèi)的NHD 溶液的進(jìn)入與排出速度, 根據(jù)進(jìn)液管與排液管的流量決定泵的選取參數(shù)。抽液泵和排液泵都選用外齒輪泵。選擇要求: 結(jié)構(gòu)簡單, 工藝性好, 體積小, 質(zhì)量輕, 維護(hù)方便, 使用壽命長。(1) 抽液泵的選取Q=0.01m/min , （12）q=Q/1450=6.90ml/r 。 （13）所以,抽液泵的排量選用6.9ml/r。(2) 排液泵的選取Q=0.05m/min , （14）q=Q/1450=344.83ml/r 。 （15）所以,排液泵選用344.83

17、ml/r。3.4 法蘭所用螺栓的選擇及校核根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求,該法蘭配套的螺栓個數(shù)為32個,選用粗制六角頭螺栓(GB5-76)M16,其具體的參數(shù)如下。d=16mm,S=24mm,k=10mm,e=27mm,b=38mm,r=1mm,ds=17mm,L=90mm。螺栓的校核: 封頭的質(zhì)量m= 5557800 *10-3*7.85=43628.73 g。 （16）噴淋塔內(nèi)的設(shè)計壓力為2個大氣壓,在工作過程中塔內(nèi)外的壓力差為1個大氣壓,則法蘭螺栓組總的合力:FN=P*(D/2)2*1.0*105-43.6*9.8=0.78*105N。 （17）法蘭螺栓組由32個M16的普通螺栓組成,所以每個螺栓所

18、受的力為:F=F/32=0.024*105 （18）R=F/(P/4*d)=0.024*105/(0.0162*P/4)=12.5*106N/ m。 （19）查閱相關(guān)文獻(xiàn)知道該材料螺栓的疲勞極限為R=160220MPa,所以,R<R。故法蘭螺栓的選擇滿足設(shè)計的要求。3.5 噴淋塔支座3.5.1 支座的選擇確定選擇使用A型的耳式支座,該支座號為3,其標(biāo)記為JB/T4725-92,耳Q235- A,筋板和底板材料為Q235-A#F,墊板材料與噴淋塔的材料一樣均為16Mn,焊接料的選用參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。支座的基本參數(shù)如下支座本體允許載荷:Q=60kN;適用容器的公稱直徑:DN=10002000mm

19、;高度: H=200mm; 地腳螺栓:M24; 支座質(zhì)量:11.1kg。噴淋塔用材體積的近似計算(1) 主腔體用材的近似體積:V=P*(R-r)*h= P*(10052-10002)2000=62957000mm （20）(2) 上下封頭作近似體積相等的球冠體積計算V=2*2P*Di*h*t= 2*2P*1000*177*5=11115600mm （21）則噴淋塔的主腔體體積近似為V= V+V=74072600mm （22）(3) 噴淋器的近似體積計算V= 2622328.8mm （23）則噴淋塔的總體積近似為V=V+V=76694928.8mm （24）又16Mn的密度Q=7.85g/cm,

20、計算得到噴淋塔的總體質(zhì)量m=602.06kg。因?yàn)槊恳粋€支座的允許載荷Q=60kN,本設(shè)計采用了4 個支座均勻分布在塔的四周,則4個支座的總的允許載荷為Q=4*60=240kN （25） 602.06*9.8=5900.19N （26）故支座的設(shè)計滿足塔的設(shè)計要求。四. 結(jié)論采用新技術(shù)的溶液具有吸收速度快、吸收能力大、胺氧化降解損耗小、設(shè)備無腐蝕、再生能耗低等優(yōu)異性能。與原吸收工藝相比, 新工藝蒸汽消耗下降3715%, 胺耗下降7715%; 原工藝中胺降解嚴(yán)重的問題得到解決, 溶液不再需要更換, 生產(chǎn)操作穩(wěn)定正常。五. 結(jié)束語本設(shè)計主要是為熱電廠的廢氣處理提供一套凈化設(shè)備, 直接應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)當(dāng)中。在設(shè)計中參閱了大量的已有資料, 綜合了與本次設(shè)計有關(guān)的化學(xué)知識和機(jī)械設(shè)計的相關(guān)理論, 使得設(shè)計的設(shè)備達(dá)到最佳的設(shè)計效果和具有較高的凈化率, 以滿足用戶的使用要求。燃煤熱電廠煙道氣的脫硫脫碳項(xiàng)目不僅在政治上具有重要意義，而且更具有環(huán)保意義，對于人類的生命健康也有著重大影響。采用NHD法脫除煙道氣，特別是脫除燃煤熱電廠煙道氣CO2是最先進(jìn)最可靠的方法，同時又具有脫除SO2的作用。其優(yōu)點(diǎn)是：(1) 耗熱量低