最新30th燃煤蒸汽鍋爐煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要我國大氣環(huán)境污染以煤煙型為主，其中顆粒污染物及SO2兩種主要污染物對(duì)自然生態(tài)環(huán)境和人類都造成了很大的危害，由此形成的顆粒物污染和酸雨污染已成為制約我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要因素。因此，探索開發(fā)燃煤鍋爐煙氣的除塵脫硫工藝，使煙氣中污染物的濃度達(dá)到國家煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，減少污染物的排放，有效控制燃煤煙氣污染對(duì)改善我國大氣質(zhì)量、減少酸雨和SO2危害具有十分重要的意義。本設(shè)計(jì)首先探討研究了當(dāng)今國內(nèi)外主要的煙氣除塵脫硫技術(shù)，通過對(duì)比各種除塵脫硫技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)30t/h燃煤蒸汽鍋爐的煙氣排放量、煙塵含量及硫含量，依據(jù)國家要求和技術(shù)現(xiàn)狀選擇了適合本設(shè)計(jì)30t/h燃煤蒸汽鍋爐煙氣的除塵脫硫方案，

2、擬選用兩級(jí)除塵系統(tǒng)，一級(jí)為旋風(fēng)除塵，二級(jí)為電除塵，同時(shí)采用氧化鎂脫硫工藝。其次，本設(shè)計(jì)將對(duì)旋風(fēng)除塵器、電除塵器、脫硫塔、煙囪尺寸、管道等主要設(shè)備進(jìn)行尺寸計(jì)算和設(shè)備選型，旋風(fēng)除塵器擬選用CLP/B-27.5-X型，靜電除塵器擬選用CDPK45/3型，引風(fēng)機(jī)擬選用G4-73-12D型，電動(dòng)機(jī)擬選用Y315M2-4型兩臺(tái)。最后根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)備參數(shù)繪制設(shè)備外形尺寸圖和總體工藝流程圖。關(guān)鍵詞：燃煤煙氣，旋風(fēng)除塵，靜電除塵，氧化鎂脫硫，管道計(jì)算Design of Flue Gas Dusting and Desulfurization System of 30t/h Coal Fired Steam Boil

3、erABSTRACTChina's air pollution is mainly fuliginous. SO2 and particulate pollutants are two major pollutants causing great harm to the natural environment and humans. Particle pollution and acid rain pollution formed have affected China's economic and social sustainability. Therefore, coal-

4、fired boiler flue gas dust removal and desulfurization process is developed to make the concentration of pollutants in flue gas reach the national standard and then reduce pollutants emission. Controlling the coal-smoke pollution effectively is of great significance to improve air quality, i.e., to

5、reduce acid rain and SO2 harm in our country.Firstly, this paper introduces the main domestic and foreign flue gas desulphurization and dust removal technology. Select a boiler flue gas desulfurization and dust removal system which is suitable for 30t/h coal fired steam boiler by comparing the advan

6、tages and disadvantages of various desulphurization and dust removal technologies. The dusting and desulfurization system can make the flue gas emissions, dust content, sulfur content in the flue gas comply with national requirements and technical status. This work selects two dust collectors with t

7、he cyclone as the first one and the electrostatic precipitator as the second one integrated with magnesium oxide desulfurization process.Secondly, this design will calculate the size and select the device type of the main devices of the system, such as cyclone, electrostatic precipitator, desulfuriz

8、ation tower, chimney and pipeline. This paper chooses CLP/B-27.5-X type cyclone, 45/3-CDPK type electrostatic precipitator, G4-73-12D type draft fan, and two Y315M2-4 type motors. At last, main equipments and process flow diagram are drawn based on all above. Key words: coal fired flue gas, cyclone,

9、 electrostatic precipitator, magnesium desulfurization, pipeline calculation30t/h燃煤蒸汽鍋爐煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)梁嘉偉 0114112131 緒論在當(dāng)今中國的工業(yè)發(fā)展形勢(shì)下，煤炭作為中國應(yīng)用最廣泛的能源，依然在我國的能源系統(tǒng)中有著難以撼動(dòng)的地位。而燃燒煤炭勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生對(duì)于大氣造成污染的二氧化硫和各種顆粒物粉塵。在當(dāng)今社會(huì)中，酸性沉降以及顆粒物已經(jīng)成為污染大氣的主要成分。酸性沉降造成的酸雨和細(xì)小粉塵造成的霾已經(jīng)影響人們生活的重要污染。酸性沉降會(huì)帶來巨大的損害，比如使湖泊變?yōu)樗嵝裕瑢?dǎo)致水生物死亡，改變土壤性質(zhì)活化土壤重

10、金屬，抑制數(shù)目生長進(jìn)而使森林消亡，同時(shí)威脅森林內(nèi)生物的生存，使地面水變酸，地下重金屬活化導(dǎo)致地下水重金屬含量上升影響飲用水。其次空氣中的顆粒物，尤其是細(xì)顆粒物，例如PM2.5在近年日益受到更強(qiáng)烈的關(guān)注。這些顆粒物的人為來源主要是燃料燃燒污染物的排放以及煙塵的排放。顆粒物所帶來的危害最為明顯的當(dāng)數(shù)1952年的倫敦?zé)熿F事件，僅在大霧持續(xù)的五天之中就有5000多人死亡，之后的兩個(gè)月內(nèi)又有約8000人相繼死亡。而在2013年10月17日，世界衛(wèi)生組織將PM2.5認(rèn)定為致癌物。因此如何有效得減少各類顆粒物的排放成為了當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的重要課題之一。因此，隨著我國的工業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)需要，國家發(fā)布了鍋爐大氣污

11、染物排放標(biāo)準(zhǔn)用以規(guī)范鍋爐燃燒污染物的排放。我國燃煤工業(yè)鍋爐占鍋爐總量的85%，其污染物的排量也是巨大的，燃煤二氧化硫的排量占二氧化硫總排量的90%，同時(shí)我國燃煤鍋爐的數(shù)量還在不斷增加，這也意味著排量也會(huì)不斷上升。因此給鍋爐安裝減少污染物排放的脫硫除塵系統(tǒng)是保護(hù)環(huán)境的必要手段也是達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的有效方法。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)30t/h燃煤蒸汽鍋爐的煙氣除塵脫硫系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證其排放量滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)。1.1 脫硫技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)今的脫硫技術(shù)種類繁多，按照燃燒過程可分類為燃燒前脫硫（即選煤、微生物脫硫等），燃燒中脫硫（即固硫），燃燒后脫硫（即煙氣脫硫）1這三類。1.1.1 燃燒前脫硫燃燒前脫硫是對(duì)原煤進(jìn)

12、行脫硫處理，通過物理或者化學(xué)方法對(duì)煤炭進(jìn)行凈化以達(dá)到去除硫和灰分的目的。我國廣泛使用的物理方法-選煤技術(shù)包括重力選煤和浮游選煤，重力選煤包括淘汰選煤和重介質(zhì)選煤2。此種方法主要是利用煤的構(gòu)成物質(zhì)與煤炭中其他物質(zhì)之間比重的不同將其分離。浮選法則主要通過表面潤濕性的差別來分離脫硫。這類物理方法盡管工藝簡單，投資少成本低，脫硫能力卻并不好尤其難以脫除有機(jī)硫。化學(xué)方法主要針對(duì)有機(jī)硫，利用化學(xué)反應(yīng)將煤炭中的硫轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌螒B(tài)的硫而使之脫離。當(dāng)前主要的方法有：堿水液法、硫酸鐵氧化法、空氣氧化法、二氧化氮氧化法、氯分解法等。值得指出的是還有一種通過細(xì)菌產(chǎn)生的酶使硫氧化成硫酸鹽脫硫的生物化學(xué)方法，稱之為微生物脫

13、硫技術(shù)。1.1.2 燃燒中脫硫燃燒中脫硫技術(shù)即是指煤在爐內(nèi)燃燒時(shí)，向爐內(nèi)噴入脫硫劑，脫硫劑利用爐內(nèi)溫度進(jìn)行煅燒，煅燒產(chǎn)物與煤燃燒所生成的SO2、SO3進(jìn)行反應(yīng)從而生成硫酸鹽和亞硫酸鹽以固體形式排出，達(dá)到脫硫的目的。當(dāng)今常用的脫硫劑有石灰石、白云石等。以石灰石為例主要的反應(yīng)為：CaCO3CaO+CO2CaO+SO2CaSO32CaSO3+O22CaSO42CaO+SO2+O2CaSO41.1.3 燃燒后脫硫3燃燒后脫硫，即煙氣脫硫技術(shù)（FGD），是直接對(duì)排入大氣中的煙氣內(nèi)的二氧化硫進(jìn)行脫除的技術(shù)，也是當(dāng)今工業(yè)行業(yè)大規(guī)模使用的，非常有效的脫硫方法，并且仍將長期作為燃煤電廠控制二氧化硫排放的主要方法

14、。此種技術(shù)在國內(nèi)研究和應(yīng)用歷史較長，技術(shù)較為成熟。而且該種技術(shù)直接針對(duì)排入大氣的二氧化硫進(jìn)行脫硫，脫硫效率達(dá)90%以上，是燃煤鍋爐脫硫的首選。煙氣脫硫的基本形式分為三類：濕法脫硫工藝、干法脫硫工藝以及半干法脫硫工藝。 濕法脫硫工藝4所謂濕法脫硫工藝就是指用含有吸收劑的溶液或者漿液在濕狀態(tài)下脫硫和處理產(chǎn)物，系統(tǒng)位于煙道的末端。它是氣液反應(yīng)，脫硫速度快，脫硫效率高且設(shè)備簡單，適用于大型燃煤電站。但是這種方法存在的問題是濕法煙氣脫硫存在嚴(yán)重腐蝕，投資大，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高及會(huì)造成廢水處理二次污染等問題。盡管如此，濕法脫硫工藝仍然是世界上應(yīng)用最多的脫硫技術(shù)，濕法脫硫不僅脫硫效率明顯高于干法和半干法，而且針

15、對(duì)我國煤炭種類繁多，含硫量差別大的情況其適用面非常廣泛。濕法脫硫其本身由于使用的吸收劑的不同還分為多種不同的工藝，他們主要是：石灰石/石灰-石膏法、氨法、海水法、雙堿法、氧化鎂法和檸檬酸鈉法等，下面將主要介紹這些方法。 干法脫硫工藝5干法煙氣脫硫主要是指用干粉或者粒狀吸收劑、吸附劑或催化劑（如Sorbacal SP和Sorbacal H9068）來處理二氧化硫煙氣。此方法工藝簡單，不需要處理污水，能耗低，凈化后煙氣溫度高不用二次加熱，利于煙囪排氣的擴(kuò)散，腐蝕性小。但是其脫硫效率較低且設(shè)備龐大，投資大同時(shí)占地面的也大，操作技術(shù)要求高不易控制。干法脫硫工藝主要有：噴霧干式煙氣脫硫技術(shù)、粉煤灰干式煙

16、氣脫硫技術(shù)、電子束照射脫硫法技術(shù)。 半干法脫硫工藝半干法脫硫工藝結(jié)合了濕法和干法的優(yōu)點(diǎn)，采用濕態(tài)吸收劑，在吸收過程中被煙氣的熱量干燥并與SO2反應(yīng)產(chǎn)生干粉脫硫產(chǎn)物。這種方法工藝簡單，反應(yīng)物易于處理且無廢水，但脫硫效率和脫硫劑利用率低。該種工藝主要有：旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、循環(huán)流化床法、增濕灰循環(huán)法等。1.2 除塵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀910煙氣中除了二氧化硫還有大量的煙（粉）塵，燃燒后的飛灰如果通過煙氣排出會(huì)增加大氣中的細(xì)顆粒物和可吸入顆粒物的數(shù)量。因此，在將煙氣排出之前，還需要進(jìn)行一個(gè)步驟煙氣除塵。所謂煙氣除塵，是指把燃料及其他物質(zhì)燃燒過程產(chǎn)生的煙塵，以及對(duì)固體物料破碎、篩分和輸送等機(jī)械過程產(chǎn)生的煙塵，除塵

17、就是把這些煙塵從煙氣中分離出來并加以捕集、回收的過程當(dāng)今主要的除塵技術(shù)包括機(jī)械式除塵技術(shù)，靜電除塵技術(shù)，過濾式除塵技術(shù)，濕式除塵技術(shù)等。1.2.1 機(jī)械式除塵技術(shù)機(jī)械式除塵技術(shù)是利用機(jī)械力，例如重力、慣性力和離心力來凈化含塵氣體的一種除塵方式，這類方法較為傳統(tǒng)而且除塵效率并不高，因此往往作為預(yù)除塵器在煙氣凈化過程中使用。 重力除塵器重力除塵器是一種較為古老的，簡易的除塵方式。它的原理是突然降低氣流流速和改變流向，較大顆粒的灰塵在重力和慣性力作用下與煙氣分離，沉降到除塵器底部。這種除塵器的主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)廉、易于維護(hù)；但是明顯的缺點(diǎn)是它不能處理細(xì)微顆粒。 慣性除塵器慣性除塵器（見圖1.1）的工作原理

18、是使含塵氣體與擋板撞擊或者急劇改變氣流方向，利用慣性力分離煙氣中較大顆粒的灰塵并進(jìn)行捕集。這種除塵器也被稱為惰性除塵器。由于運(yùn)動(dòng)氣流中灰塵顆粒與氣體具有不同的慣性力，含塵氣體急轉(zhuǎn)彎或者碰撞時(shí)，灰塵顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡將分離出來使得氣體得以凈化。其主要優(yōu)點(diǎn)同樣是價(jià)廉，易于維護(hù)，它還可以處理高溫氣體，主要缺點(diǎn)仍然是不能處理微粒。圖1.1 慣性除塵器 離心式除塵器（旋風(fēng)除塵器）旋風(fēng)除塵器（見圖1.2）的工作原理是使含塵氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，借助離心力將灰塵顆粒從氣流中分離出來并在器壁捕集，再借助重力作用使其落入灰斗。這類除塵器的優(yōu)點(diǎn)主要是不占場(chǎng)地，可以處理高溫氣體，適合含塵濃度較高的氣體。缺點(diǎn)是壓力損失大，不適

19、于濕塵、粘著性大、腐蝕性大。另外，由于鑄鐵除塵器難以處理高溫?zé)煔?，所以可采用耐高溫的陶瓷旋風(fēng)子的高溫旋風(fēng)除塵技術(shù)11使高溫?zé)煔獾玫礁玫某龎m效果。1.2.2 靜電除塵技術(shù)靜電除塵技術(shù)（管式靜電除塵器見圖1.4）是當(dāng)今燃煤鍋爐中應(yīng)用最廣泛的除塵技術(shù)，它的主要除塵機(jī)理是在兩個(gè)曲率半徑相差較大的收塵和放電極通高壓直流電，維持靜電場(chǎng)使氣體足以電離。（見圖1.312）在負(fù)極（放電極）上施加高壓電使其電暈放電，氣體電離，生成電子和離子吸附在粉塵上，在電場(chǎng)力作用下，粉塵分別向放電極和收塵極運(yùn)動(dòng)而沉積在電極上。粉塵積厚后，借助振打機(jī)構(gòu)的振打使粉塵下落至灰斗13。靜電除塵器主要優(yōu)點(diǎn)是除塵效率高（可達(dá)到99%以上

20、），可處理高溫?zé)煔猓ǔＲ?guī)可處理<350°C的氣體），維護(hù)費(fèi)用低，可分類捕集不同粒徑的粉塵?，F(xiàn)今的靜電除塵技術(shù)的改進(jìn)有旋轉(zhuǎn)電極技術(shù) 14，通過物理或化學(xué)方法將微粒聚合成較大顆粒的聚并技術(shù)，其中通過荷電促使聚并的電聚并技術(shù)最為有效。以及通過使用高頻高壓電源替換傳統(tǒng)可控硅相控電源12提高除塵效率和經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)。 過濾式除塵技術(shù)15過濾式除塵技術(shù)主是指使含塵氣體通過多孔濾料，把氣體中的顆粒留下使氣體得到凈化的技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用最廣，最典型的就是袋式除塵技術(shù)（見圖1.4）。圖1.4 袋式除塵器袋式除塵技術(shù)主要工作原理是首先通過煙氣中粉塵的慣性碰撞、重力沉降、擴(kuò)散、攔截、靜電效應(yīng)等作用使粉塵

21、被濾袋的纖維截留，然后其初期在濾料表面形成的粉塵初層再對(duì)后來的粉塵起過濾作用，也就是一次塵濾二次塵，用煙塵來過濾煙塵提高效率。它在捕集小于2m的細(xì)顆粒時(shí)比電除塵器效率高。布袋除塵器的主要優(yōu)點(diǎn)有除塵效率高，投資小，可以捕集電除塵難以捕集的粉塵，性能穩(wěn)定。其缺點(diǎn)是對(duì)濕度高的含塵氣體需要保溫以避免“糊袋”，濾料選擇要根據(jù)煙氣的溫度和腐蝕性變化，壓力損失較大一般為10001500Pa。氣布比和氣流分布都會(huì)影響其除塵效率和濾袋壽命。由于電除塵和布袋除塵各自有各自的優(yōu)點(diǎn)和短板，因此現(xiàn)今較新的是一種電袋復(fù)合型除塵裝置16，先使煙氣經(jīng)過電除塵除去70%80%的煙塵，再由濾袋過濾剩余20%30%的細(xì)微煙塵。其優(yōu)

22、點(diǎn)是可以捕集不同性質(zhì)的粉塵，濾袋壽命長，設(shè)備阻力小，能耗低，避免糊袋燒袋，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等。 濕式除塵技術(shù)17濕式除塵技術(shù)也叫做洗滌式除塵技術(shù)，它主要是使煙氣和液體（一般為水）相互接觸，將顆粒從煙氣中分離。它主要分為重力噴霧除塵、旋風(fēng)式除塵、自激噴霧除塵、泡沫除塵、填料床除塵、文丘里除塵和麻石水膜除塵。我國現(xiàn)今的脫硫技術(shù)主要運(yùn)用石灰法，鈉法，氨法，鎂法等濕法脫硫技術(shù)，我國脫硫技術(shù)面臨的問題是設(shè)備與技術(shù)主要靠引進(jìn)，設(shè)備運(yùn)行不當(dāng)導(dǎo)致運(yùn)行效率差、運(yùn)行不穩(wěn)定，脫硫技術(shù)不夠先進(jìn)以及脫硫成本高和脫硫產(chǎn)物出路難尋的問題18。因此我國還需要進(jìn)一步完善脫硫效率高且應(yīng)用廣的濕法脫硫技術(shù)和研發(fā)體系，注意排污處理和防

23、治工作。而我國現(xiàn)今的除塵技術(shù)主要是采用離心式除塵，電除塵，袋式除塵技術(shù)，其中電除塵運(yùn)用最為廣泛，理論技術(shù)與設(shè)備較為先進(jìn)成熟，除塵效率很高。而且，電除塵技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化率高，技術(shù)性能可靠且運(yùn)行費(fèi)用低，因此成為了燃煤電站首選的技術(shù)。1.3 方案論證1.3.1 設(shè)計(jì)原始資料1. 煤質(zhì)分析元素分析（ar, wt.%）工業(yè)分析（ar, wt.%）Qnet, ar(kJ/kg)CHONSAWVFC64.853.554.751.350.916.687.46821463.22. 鍋爐型號(hào)：FG-35/3.82-M3. 鍋爐熱效率：75%4. 空氣過剩系數(shù)：1.455. 空氣含水（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：0.012k

24、g/m36. 煙塵排放因子：32%7. 排煙溫度：190°C8. 煙氣在鍋爐出口前阻力為1000Pa9. 煙氣性質(zhì)按照空氣計(jì)算10. 煙氣中煙塵顆粒粒徑分布粒徑/m0.55101520304050>60粒徑分布/%518182214854611. 按照鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13271-2014）新建鍋爐標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：煙塵排放濃度限值（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：50mg/m3SO2排放濃度限值（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：300mg/m312. 按照環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095-2012）二類區(qū)適用標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：煙塵日平均排放濃度限值（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：0.15mg/m3SO2日平均排放濃度限值（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）

25、：0.30mg/m31.3.2 技術(shù)路線首先對(duì)我國環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行研究，依照現(xiàn)狀分析在中國對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫和除塵以保護(hù)環(huán)境的迫切性，然后調(diào)查國內(nèi)外脫硫和除塵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，通過所燃燒的煤種和煙氣特性對(duì)脫硫和除塵的技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，選擇除塵和脫硫工藝。接著進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)除塵設(shè)備結(jié)構(gòu)、脫硫設(shè)備結(jié)構(gòu)、煙囪、管道系統(tǒng)及阻力進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，再分析方案的可行性與經(jīng)濟(jì)性。最后，通過以上的設(shè)計(jì)使得煙氣達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)：煙塵排放濃度限值（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：50mg/m3，SO2排放濃度限值（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：300mg/m3。煙塵日平均排放濃度限值（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：0.15mg/m3；SO2日平均排放濃度限值（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：0.30

26、 mg/m319。1.3.3 方案選擇本設(shè)計(jì)擬采用二級(jí)除塵與氧化鎂脫硫技術(shù)。根據(jù)粒徑分布，煙氣溫度，煤種含硫量作為依據(jù)，一級(jí)除塵擬采用旋風(fēng)除塵器，二級(jí)除塵擬采用電除塵器，脫硫擬采用氧化鎂脫硫。本設(shè)計(jì)將在每一章對(duì)脫硫除塵工藝進(jìn)行方案與設(shè)備的選擇。2 一級(jí)除塵工藝計(jì)算2.1 一級(jí)除塵工藝選擇通常而言，第一級(jí)預(yù)除塵主要去除大顆粒物，且除塵要求不高，通常采用重力沉降室、慣性除塵器、旋風(fēng)除塵器、多管旋風(fēng)除塵器和噴淋洗滌塔等。詳細(xì)性能對(duì)比見表2.12.3：除塵器名稱阻力（Pa）除塵效率（%）初投資運(yùn)行費(fèi)用重力沉降室501504060少少慣性除塵器1005005070少少旋風(fēng)除塵器40013007092少中

27、多管旋風(fēng)除塵器80015008095中中噴淋洗滌塔1003007595中中由于本設(shè)計(jì)的煙氣顆粒粒徑分布主要在5-20m，占72%，外加通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)旋風(fēng)除塵器技術(shù)成熟，制作方便，體積小，價(jià)格便宜，因此采用一級(jí)旋風(fēng)除塵器進(jìn)行預(yù)除塵。另外，考慮到壓力損失過大對(duì)除塵器的影響，作為一級(jí)除塵器要求不高，因此確定旋風(fēng)除塵器選型時(shí)阻力不大于800Pa。2.2 煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度計(jì)算2.2.1 煙氣量計(jì)算20利用低位發(fā)熱量、鍋爐熱效率和水的蒸發(fā)熱計(jì)算需煤量。蒸發(fā)量為30t/h的鍋爐所需熱量：（2.1）式中：蒸發(fā)熱，kJ/h； 飽和蒸汽焓，按照絕對(duì)壓力3.92Mpa計(jì)算，取2801.7kJ/kg； 給水焓

28、，取84.01kJ/kg； 煙氣蒸發(fā)量，30t/h鍋爐給定，kg/h。需煤量：（2.2）式中：需煤量，kg/h； 蒸發(fā)熱，kJ/h； 低位發(fā)熱量，21463.2kJ/kg； 鍋爐熱效率，75%。理論空氣量：（2.3）式中：Car，Har，Sar，Oar分別為煤中所含碳、氫、硫、氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，g/m3。理論煙氣量：含水體積：（2.4）式中：空氣含水體積，m3/m3干空氣； 空氣含水量，0.012 kg/m3干空氣。標(biāo)準(zhǔn)狀況下理論煙氣量：（2.5）式中：理論煙氣量，m3/kg； 煤中所含水分，%； 煤中所含氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。實(shí)際煙氣量：（2.6）式中：實(shí)際煙氣量，m3/kg； 空氣過剩系數(shù)，1.4

29、5。煙氣流量：標(biāo)準(zhǔn)狀況下煙氣流量：（2.7）式中：標(biāo)準(zhǔn)狀況下煙氣流量，m3/h。實(shí)際工況下煙氣流量：（2.8）式中：實(shí)際工況下煙氣流量，m3/h； 標(biāo)準(zhǔn)狀況煙氣壓力，101325Pa； 實(shí)際工況煙氣壓力，101325Pa； 實(shí)際工況煙氣溫度，463K； 標(biāo)準(zhǔn)狀況煙氣溫度，273K。2.2.2 煙氣含塵濃度（2.9）式中：煙氣含塵濃度，kg/m3； 煙塵排放因子，32%； 煙氣中灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。2.2.3 煙氣中二氧化硫濃度（2.10）式中：煙氣中二氧化硫濃度，mg/m3。2.3 一級(jí)除塵器計(jì)算212.3.1 一級(jí)除塵器尺寸計(jì)算實(shí)際工況下煙氣密度：（2.11）式中：實(shí)際工況下煙氣密度，kg/m

30、3； 標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣(煙氣)密度，1.293kg/m3。煙氣流速和壓力損失：根據(jù)煙氣處理量qv=86158.01m3/h，初步選用CLP/B型旋風(fēng)除塵器，局部阻力系數(shù)=5.8，預(yù)選煙氣流速為u0=18m/s進(jìn)行計(jì)算，允許壓力損失為800Pa。實(shí)際壓力損失：（2.12）式中：實(shí)際壓力損失，Pa； 局部阻力系數(shù)，5.8； 預(yù)選煙氣流速，18m/s。實(shí)際壓力損失小于允許壓力損失，實(shí)際流速為u=18m/s。除塵器進(jìn)口面積：（2.13）式中：除塵器進(jìn)口面積，m2； 實(shí)際流速，18m/s。筒體直徑：入口寬度：（2.14）式中：入口寬度，m；入口高度：（2.15）式中：入口高度，m。筒體直徑：（2.16）式

31、中：筒體直徑，m。根據(jù)煙氣處理量、進(jìn)口面積和筒體直徑選擇型號(hào)：CLP/B-27.5-X型旋風(fēng)除塵器。其尺寸為：入口寬度b=0.825m，入口高度h=1.65m，筒體直徑D1=2.75m。其他相關(guān)尺寸：排出管直徑：（2.17）筒體長度：（2.18）錐體長度：（2.19）排灰口直徑：（2.20）2.3.2 一級(jí)除塵器效率計(jì)算交界圓柱面尺寸：交界圓柱面高度：（2.21）交界圓柱面半徑：（2.22）分割粒徑：平均徑向速度：（2.23）漩渦指數(shù)：（2.24）交界面處氣流切向速度：（2.25）分割粒徑：（2.26）式中：分割粒徑，m； 動(dòng)力粘度，查表除塵工程設(shè)計(jì)手冊(cè)P14表1-12，0.00002545P

32、a·s； 粉塵真密度，查表大氣污染控制工程P143表5-5，2150kg/m3。一級(jí)除塵總效率：分級(jí)效率：（2.27）式中：分級(jí)效率； 分級(jí)平均粒徑，m。分級(jí)效率與總效率的計(jì)算見表2.4。表2.4 旋風(fēng)除塵器總效率平均粒徑dp/m0.55101520304050>60粒徑分布g1i/%5181822148546分級(jí)效率i/%0.120.370.500.580.640.730.780.821總效率1/%ig1i0.586.648.9412.768.975.813.913.3061=ig1i56.91預(yù)處理后含塵濃度：（2.28）式中：二級(jí)除塵所需效率，%；3 二級(jí)除塵工藝計(jì)算3.

33、1 二級(jí)除塵方案選擇在選擇二級(jí)除塵器時(shí)，應(yīng)考慮其經(jīng)濟(jì)性、可靠性、適用性和社會(huì)性等方面的影響。除塵器的選擇受當(dāng)?shù)貤l件，現(xiàn)場(chǎng)條件，燃煤特性，排放標(biāo)準(zhǔn)和除塵效率需求等多種因素影響。因此，在選擇二級(jí)除塵裝置時(shí)，本設(shè)計(jì)對(duì)比了目前國內(nèi)對(duì)顆粒物除塵效率較高、工藝較為成熟而且應(yīng)用廣泛的靜電除塵和袋式除塵，從而選擇出合適的除塵工藝。見表3.1。表3.1 電除塵與袋式除塵對(duì)比 除塵器名稱項(xiàng)目靜電除塵器袋式除塵器除塵效率98%99%，對(duì)粒徑1-2m左右的顆粒有較好的除塵效率99%以上，對(duì)亞微米粒徑的顆粒有較好的除塵效率煙氣溫度可處理<350°C的高溫?zé)煔庖罁?jù)濾料材質(zhì)而定，常見材料：棉毛織物可處理80

34、°C90°C煙氣，尼龍織物最高溫度80°C，奧綸材料最高130°C，滌綸材料最高140°C，玻璃纖維最高250°C壓力損失100200Pa10002000Pa腐蝕不易腐蝕易腐蝕使用壽命至少810年，長則可達(dá)15年濾袋設(shè)計(jì)壽命一般為34年，實(shí)際使用時(shí)可能縮短至12年初投資適中適中運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低高運(yùn)行可靠性較高高根據(jù)表2.7的對(duì)比可見，對(duì)于本設(shè)計(jì)中高達(dá)190°C的煙氣溫度和1000Pa的鍋爐出口前阻力而言，若使用袋式除塵器，普通的濾料材質(zhì)會(huì)引發(fā)燒袋，若采用耐高溫的玻璃纖維則造價(jià)昂貴，同時(shí)由于袋式除塵器的壓力損失極大，因此為了滿

35、足鍋爐出口前阻力和袋式除塵器的壓力損失，勢(shì)必要采用風(fēng)量更大的風(fēng)機(jī)，這樣運(yùn)行投資就進(jìn)一步上升導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性不佳。因此，從經(jīng)濟(jì)性角度而言，對(duì)于高溫?zé)煔?，靜電除塵器適應(yīng)性較好，使用壽命較長，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)費(fèi)用也較低。所以本設(shè)計(jì)采用電除塵工藝作為第二級(jí)除塵。3.2 電除塵器尺寸計(jì)算3.2.1 集塵板總面積集塵板板間距選取為2b=300mm。總平均粒徑：（3.1）式中：總平均粒徑，m； 分級(jí)粒徑，m； 粒徑分布，%。驅(qū)進(jìn)速度：（3.2）式中：計(jì)算驅(qū)進(jìn)速度，一般在0.040.2m/s，m/s； 平均粒度影響系數(shù)，1約等于20，選取1； 煙氣中硫含量，%。該式在板間距選取為400mm時(shí)需乘以1.3。將驅(qū)進(jìn)速度進(jìn)

36、行圓整為=0.07m/s。集塵板比面積：（3.3）式中：集塵板比面積，m2/m3/s； 需要的二級(jí)除塵效率，%。集塵板總面積：（3.4）式中：集塵板總面積，m2； 實(shí)際工況下煙氣流量，m3/h。實(shí)際集塵板總面積：(3.5)式中：實(shí)際集塵板總面積，m2； 儲(chǔ)備系數(shù)，選取1。3.2.2 電場(chǎng)風(fēng)速根據(jù)除塵工程設(shè)計(jì)手冊(cè)P210表4-100，電廠鍋爐飛灰的電場(chǎng)風(fēng)速在0.71.4m/s，本設(shè)計(jì)預(yù)選電場(chǎng)風(fēng)速為u0=1m/s。電場(chǎng)斷面積：(3.6)式中：預(yù)選電場(chǎng)風(fēng)速下的電場(chǎng)斷面積，m2； 預(yù)選電場(chǎng)風(fēng)速，m/s。通道數(shù)量：極板有效高度：（3.7）實(shí)際板高小于8m，按照0.5m進(jìn)行圓整，實(shí)際板高圓整為：hb=5m

37、。電場(chǎng)寬度：（3.8）計(jì)算通道數(shù)：（3.9）式中：計(jì)算通道數(shù)，個(gè)； 板間距，mm。（3.10）通道數(shù)為整數(shù)，根據(jù)計(jì)算取整為Z=16個(gè)。實(shí)際電場(chǎng)風(fēng)速：有效寬度：（3.11）電場(chǎng)實(shí)際斷面：（3.12）實(shí)際電場(chǎng)風(fēng)速校核：（3.13）式中：實(shí)際電場(chǎng)風(fēng)速，m/s； 實(shí)際工況下煙氣流量，m3/h。預(yù)選風(fēng)速u0與實(shí)際校核風(fēng)速u的差值為0.003，小于0.1，合格。3.2.3 電除塵器內(nèi)部尺寸計(jì)算本設(shè)計(jì)劃分電場(chǎng)數(shù)為3電場(chǎng)。單電場(chǎng)長度：（3.14）式中：單電場(chǎng)長度，m； 電場(chǎng)數(shù)，個(gè)。單電場(chǎng)長度圓整為l=3m?？傆行щ妶?chǎng)長度：（3.15）除塵器內(nèi)壁寬度：（3.16）式中：除塵器內(nèi)壁寬度，m； 最外層極板中心線與內(nèi)

38、壁距離，一般取0.050.1m，m；柱間距：50MW機(jī)組每爐宜采用1臺(tái)雙室或單室電除塵器，而25MW及以下機(jī)組每爐宜采用1臺(tái)單室電除塵器。鍋爐功率：（3.17）根據(jù)鍋爐功率22.65MW小于25MW確定采用單室電除塵器。柱間距：（3.18）式中：柱間距，m； 中間小柱寬度，按照經(jīng)驗(yàn)選擇0.3m； 電除塵器室數(shù)，個(gè)。柱距長：（3.19）式中：柱距長，m； 單電場(chǎng)長度，m； 立柱至陽極板邊緣的垂直距離，一般選擇500、1000mm，本設(shè)計(jì)選擇500mm； 柱的寬度，一般在380440mm之間，本設(shè)計(jì)選擇400mm。3.2.4 進(jìn)出氣煙箱尺寸計(jì)算電除塵器進(jìn)出口大端截面積：集塵極排數(shù)：（3.20）電除

39、塵器進(jìn)出口大端截面積：（3.21）式中：Fk電除塵器進(jìn)出口大端截面積，m2； 最外層極板中心線與內(nèi)壁距離，一般取0.050.1m。進(jìn)出氣煙箱截面積：（3.22）式中：進(jìn)出氣煙箱計(jì)算截面積，m2； 進(jìn)出氣口風(fēng)速，本設(shè)計(jì)選擇8m/s；進(jìn)出氣煙箱截面積圓整為F”=3m2。分布板開孔率因氣體速度而異，對(duì)于1m/s，選取開孔率50%較合理。進(jìn)氣煙箱長度：進(jìn)出氣煙箱高度和寬度取與電場(chǎng)斷面相似，取進(jìn)出氣煙箱高度h=1.5m，進(jìn)出氣煙箱寬度b=2m。（3.23）式中：進(jìn)氣煙箱長度，m； 進(jìn)氣煙箱大端最長邊，m； 進(jìn)氣煙箱小端最長邊，m。當(dāng)使用導(dǎo)流裝置時(shí)，上式系數(shù)為0.35，當(dāng)不使用導(dǎo)流裝置時(shí)，上式系數(shù)取0.5

40、50.56。出氣煙箱尺寸計(jì)算：出氣煙箱大端高度：（3.24）出氣煙箱長度：（3.25）出氣煙箱大端頂端到頂梁下距離選取為0.35m，出氣煙箱底板斜度應(yīng)大于60°，本設(shè)計(jì)選取出氣煙箱底板斜度為60°。3.2.5 灰斗計(jì)算灰斗選擇為四棱臺(tái)狀灰斗，根據(jù)一個(gè)電場(chǎng)配置一個(gè)灰斗的原則，沿氣流方向的灰斗數(shù)為n2=3個(gè)、垂直氣流方向的灰斗數(shù)為n3=1個(gè)，總灰斗數(shù)為3×1=3個(gè)?；叶废驴趯挾冗x取為Bh=0.3m，灰斗壁斜度選應(yīng)大于60°，本設(shè)計(jì)選取灰斗壁斜度為60°?；叶犯叨龋海?.26）灰斗下端至支柱基礎(chǔ)面距離選取為H3=0.8m?；叶飞峡诿娣e：（3.27）3

41、.2.6 電除塵器總體尺寸除塵器總長：（3.28）除塵器總寬：走臺(tái)寬度選取為d走=1.8m。（3.29）除塵器總高：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，頂部大梁高度選取H梁=1.7m，頂部遮攔高度H遮=1.2，底部卸灰高度H底=0.6m。（3.30）3.3 高壓電源配置高壓整流變壓器輸出電流：（3.31）式中：高壓整流變壓器輸出電流，mA； 平均板電流密度，一般取0.20.4 mA/m2，本設(shè)計(jì)選取0.4 mA/m2。額定電壓：（3.32）式中：額定電壓，kV； 單位厘米電壓，一般取33.5kV/cm，本設(shè)計(jì)選取3.5kV/cm。根據(jù)額定電流和電壓選取整流設(shè)備型號(hào)：GGAJ020.2A/60kV，實(shí)際額定電流為0.2A

42、，實(shí)際額定電壓為60kV。3.4 電除塵器選型根據(jù)煙氣處理量、總除塵面積、允許氣體溫度等條件，選取型號(hào)為CDPK45/3的單室三電場(chǎng)電除塵器。其詳細(xì)參數(shù)見表3.2。表3.2 CDPK45/3電除塵器技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目單位數(shù)值電場(chǎng)有效斷面積m231.25處理氣體量m3/h67000112000總除塵面積m21330最高允許氣體溫度°C<300最高允許氣體壓力Pa80阻力損失Pa<300最高允許含塵濃度g/m380設(shè)計(jì)除塵率%99.8設(shè)備外形長m18268設(shè)備外形寬m6196設(shè)備外形高m125993.5 電除塵器效率計(jì)算（3.28）式中：電除塵器效率，%； 集塵板總面積，m2； 驅(qū)

43、進(jìn)速度，m/s。4 脫硫工藝計(jì)算4.1 脫硫工藝方案選擇煙氣脫硫主要有濕法脫硫，干法脫硫和半干法脫硫，首先將這三種脫硫方法及其主流工藝列表4.1進(jìn)行比較22：根據(jù)上表可見，在三種脫硫工藝的對(duì)比中濕法脫硫效率普遍高于干法和半干法，運(yùn)行可靠性也相對(duì)較高。在中國，濕法脫硫技術(shù)由于研究早，引進(jìn)早，因此在技術(shù)上最為成熟，運(yùn)用最為廣泛，在我國幾乎80%以上的煙氣脫硫技術(shù)運(yùn)用的是濕法脫硫，因此本方案決定使用的是該種技術(shù)成熟，運(yùn)用廣泛，脫硫效率極佳的脫硫技術(shù)。在濕法脫硫技術(shù)中選擇脫硫方案，本方案將遵循以下原則：(1) 脫硫劑效率高，能夠滿足未來環(huán)境保護(hù)要求；(2) 脫硫系統(tǒng)技術(shù)成熟可靠；(3) 脫硫劑來源廣泛

44、且價(jià)格合理、性能好；(4) 副產(chǎn)品可以利用或者有值得開發(fā)的利用前進(jìn)；(5) 從降低工程造價(jià)和維護(hù)成本考慮。在濕法脫硫中，雙堿法由于工藝復(fù)雜，而且需要不斷加入吸收劑成本較大，加上脫硫范圍限制，該種工藝現(xiàn)在正在繼續(xù)探索中，因此不適宜選擇該種技術(shù)。氨法由于技術(shù)同樣并不非常成熟，且存在目前不易解決的氨脫硫劑揮發(fā)和運(yùn)輸泄漏的問題，因此在經(jīng)濟(jì)性上不適合選用。海水法由于地區(qū)限定太大，且脫硫效率不穩(wěn)定，因此難以選用。所以在濕法脫硫中，本方案主要從技術(shù)成熟，脫硫劑來源廣泛，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定使用廣泛的石灰法和鎂法中進(jìn)行選擇。類型項(xiàng)目石灰石/石膏法氧化鎂法技術(shù)成熟性成熟成熟脫硫效率（%）90959098液氣比（L/m3

45、）約15約5脫硫劑價(jià)格（元/噸）（純度約85%，200目）200380Ca(Mg)/S1.031.03一次性投資（元/千瓦）250200運(yùn)行可靠性可靠更可靠循環(huán)池狀態(tài)漿狀水溶液狀脫硫劑貨源分布全國集中遼寧、山東脫硫產(chǎn)物市場(chǎng)有飽和趨勢(shì)廣闊注：氧化鎂價(jià)格為石灰石的2倍左右，耗量為石灰石的40% 類型項(xiàng)目石灰石/石膏法氧化鎂法年耗量年費(fèi)用（萬元）年耗量年費(fèi)用（萬元）脫硫劑（噸）5369107.38224785.39耗電量（萬度）383.6210.98171.594.33耗水量（萬立方米）14.9121.2920.1630.24人工費(fèi)用（人）4848直接費(fèi)用總計(jì)（萬元）347.65217.96脫硫副產(chǎn)

46、物（噸）658026.32削減二氧化硫（噸）30943094削減1千克二氧化硫費(fèi)用（元）1.140.70少繳納排污費(fèi)（萬元）371.28371.28經(jīng)濟(jì)收益（萬元）49.95153.38通過表4.2和表4.3的對(duì)比，可以明顯的發(fā)現(xiàn)技術(shù)成熟的石灰石/石膏法和氧化鎂法在對(duì)中低硫煤進(jìn)行脫硫時(shí)，氧化鎂脫硫劑有以下優(yōu)勢(shì)： 脫硫效率更高，可達(dá)98%； 脫除等量的二氧化硫，氧化鎂的消耗量僅為石灰石的40%； 達(dá)到90%以上的脫硫效率，氧化鎂法的液氣比需要在5L/m3左右，石灰石/石膏法的液氣比需要在15L/m3左右； 氧化鎂法在初投資和運(yùn)行費(fèi)用方面明顯低于石灰石/石膏法； 石灰石/石膏法占地面積大，而氧化鎂法占地面積小，更加適合于中小型鍋爐； 我國氧化鎂儲(chǔ)量豐富，儲(chǔ)量和產(chǎn)量均世界第一，脫硫劑來源廣泛易得； 脫硫副產(chǎn)物的市場(chǎng)前景廣闊，值得加以大力開發(fā)，有長遠(yuǎn)的價(jià)值。本方案所使用的煤，其元素組成中硫的質(zhì)量百分比為0.9%，屬于低硫煤（含硫量3%為高硫煤，含硫量在0.51%1%之間的為低硫煤），根據(jù)以上優(yōu)劣分析，本方案決定采用濕式氧化鎂法脫硫工藝。4.2 吸收塔尺寸計(jì)算4.2.1 吸收塔需要的吸收效率（4.1）式中：需要的二氧化硫吸收效率，%； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度，mg/m3； 鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（