大氣污染課程設(shè)計SHS2025鍋爐中硫的除塵去硫濕式石灰法系統(tǒng)工藝設(shè)計

1、目錄1 引言12 二氧化硫的控制及處理方法23 濕式石灰法原理34 濕式石灰法脫硫具有的特點35 煙氣量的計算36凈化系統(tǒng)設(shè)計方案66.1 凈化系統(tǒng)的組成66.2 凈化系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容67 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計計算77.1 除塵設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計87.2 脫硫設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計98 煙囪的設(shè)計119 風(fēng)機的選型與阻力的計算1610 結(jié)束語19參考文獻201 引言我國是煤炭資源十分豐富的國家，一次能源構(gòu)成中燃煤占75左右。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，煤炭消耗量不斷增加，二氧化硫的排放量也日趨增多，造成二氧化硫污染和酸雨的嚴(yán)重危害。據(jù)最新報道，1999年我國二氧化硫排放總量為1857萬噸，其中工業(yè)來源為1460萬噸，生

2、活來源為397萬噸。酸雨區(qū)面積占國土面積的30，主要分布在長江以南、青藏高原以東的廣大地區(qū)及四川盆地。對106個城市的降水pH值監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計表明，降水年均pH值低于5.6的有43個城市，占統(tǒng)計城市的40.6。統(tǒng)計的59個南方城市中，降水年均pH低于5.6的有41個，占69.5。酸雨使得森林枯萎，土壤和湖泊酸化，植被破壞，糧食、蔬菜和水果減產(chǎn)，金屬和建筑材料被腐蝕?？諝庵械亩趸蛞矅?yán)重地影響人們的身心健康，它還可形成硫酸酸霧，危害更大。為防止二氧化硫和酸雨污染，1990年12月，國務(wù)院環(huán)委會第19次會議通過了關(guān)于控制酸雨發(fā)展的意見。自1992年在貴州、廣東兩省，重慶、宜賓、等九個城市進行征收二

3、氧化硫排污費的試點工作。1995年8月，全國人大常委會通過了新修訂的大氣污染防治法。1998年2月17日，國家環(huán)保局召開了酸雨和二氧化硫污染綜合防治工作會議。這都說明我國政府高度重視酸雨和二氧化硫污染的防治。國家環(huán)保局局長解振華指出：“成熟的二氧化硫污染控制技術(shù)和設(shè)備是實現(xiàn)兩控區(qū)控制目標(biāo)的關(guān)鍵因素?！彼瑫r指出：為了實現(xiàn)酸雨和二氧化硫污染控制目標(biāo)，要加快國產(chǎn)脫硫技術(shù)和設(shè)備的研究、開發(fā)、推廣和應(yīng)用。因此研究開發(fā)適合我國國情的煙氣脫硫技術(shù)和裝置，吸收消化國外先進的脫硫是當(dāng)前的迫切任務(wù)。  能源工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，我國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主且在短期內(nèi)難以改變。煤炭的大量使用，造成嚴(yán)

4、重的環(huán)境問題，其中SO2是形成酸雨的主要物質(zhì)之一，因此燃煤脫硫?qū)Νh(huán)境保護、社會效益、經(jīng)濟效益各方面非常重要          我國從20世紀(jì)70年代開始電站鍋爐的煙氣脫硫技術(shù)的研究，但進展緩慢。由于工業(yè)發(fā)展，燃煤增加，酸雨的危害日益嚴(yán)重，對SO2的污染控制技術(shù)在七五期間被列入國家重點攻關(guān)項目。此后經(jīng)過多年努力，與引進技術(shù)相結(jié)合，建立了大型工業(yè)裝置。我國引進的技術(shù)雖然設(shè)備先進、運行穩(wěn)定、自控程度高，但投資和運行費用極高，以目前我國的情況很難推廣應(yīng)用。因此急需根據(jù)我國國情，開發(fā)適應(yīng)我國市場需要的煙氣

5、脫硫技術(shù)，達到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。2 二氧化硫的控制及處理方法二氧化硫控制方法多種多樣，可以分為三大類：（1）燃燒前脫硫，如洗煤等。（2）燃燒中脫硫，如型煤固硫、爐內(nèi)噴鈣等。（3）燃燒后脫硫，即煙氣脫硫（FGD），是目前應(yīng)用最廣、效率最高的脫硫技術(shù) 我國近年來大氣污染嚴(yán)重，據(jù)國家環(huán)保局統(tǒng)計，1997年，我國的SO排放量達2346萬噸，超過美國及歐洲國家，成為世界SO排放第一大國。1998年開始由于國家政策傾斜及環(huán)境問題越來越受到人們的重視，排放量開始下降，但大幅度控制SO排放仍迫在眉睫。目前，控制SO排放的最有效途徑是FGD技術(shù)，即煙氣脫硫。煙氣脫硫技術(shù)一般分為濕法、干法、半干法三大類。濕法脫硫是我國

6、應(yīng)用最廣泛、最具發(fā)展前途的煙氣脫硫方法，但普遍采用的方法都是從國外公司購買己經(jīng)成熟的技術(shù)1。濕式脫硫除塵技術(shù)是由水、氣、固三相工藝技術(shù)組成的一個系統(tǒng)，而不能僅僅把它看成是一個脫硫除塵器。從推廣應(yīng)用角度來說，水系統(tǒng)的完好性，對發(fā)揮該技術(shù)在脫硫中的作用有著更為現(xiàn)實和重要的意義。3 濕式石灰法原理 基本原理：采用石灰漿液吸收煙氣中的SO2，分為吸收和氧化兩個階段。先吸收生成亞硫酸鈣，然后將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣（即石膏）2。總的反應(yīng)過程為：系統(tǒng)構(gòu)成或主要設(shè)備：泵，噴淋塔，除霧器，再熱器，換熱器 ，噴淋器。主要工藝參數(shù)：運行PH值>9；煙氣流速：15m/s；石灰/石灰石漿質(zhì)量濃度：10%15%；除

7、霧器殘余水分<100mg/m3；液氣比：825 L/m3 ；氣液反應(yīng)時間：35s；噴嘴出口流速10m/s；一般噴淋層36層，噴淋交叉覆蓋率200300；再熱煙氣溫度>75；脫硫石膏含水率4060；脫硫系統(tǒng)阻力：25003000pa3。4 濕式石灰法脫硫具有的特點優(yōu)點：技術(shù)成熟；脫硫效率高，可達95%以上；煙氣處理量大；煤種適應(yīng)性強，對高硫煤優(yōu)勢突出；吸收劑利用率高； 缺點：設(shè)備腐蝕；易于結(jié)垢、堵塞；投資費用高；占地面積大，耗水量相對較大，有少量污水排放4。5 煙氣量的計算已知：設(shè)計耗煤量：2.4t/h 設(shè)計煤成分：CY=64.5% HY=4% OY=3% NY=1% SY=1.5%

8、 AY=14% WY=12% VY15屬于中硫媒，排煙溫度：160，空氣過剩系數(shù)：1.25，飛灰率：29，煙氣在鍋爐出口前阻力：800Pa，污染物排放按鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)中2類區(qū)新建排污項目執(zhí)行，連接鍋爐，凈化設(shè)備及煙筒等凈化設(shè)備系統(tǒng)的管道假設(shè)長度150m，90°彎頭30個。以1Kg煤為基準(zhǔn)，則由已知可：表2.1 各個反應(yīng)參數(shù)質(zhì)量（g）摩爾數(shù)（mol）需氧數(shù)（mol）生成物（mol）CHONSAWV6454030101514012015053.75401.8750.7140.4696.66753.7510-0.937500.469000CO:53.75HO:20SO:0.469（1

9、）所以由上表可得燃煤1kg的理論需氧量為： （2）假定干空氣中氮與氧的摩爾比為3.78， 則1kg該煤完全燃燒所需理論空氣量為： 即： （3）空氣過剩系數(shù)：。實際所需空氣量為：即: （4）理論煙氣量為：53.75206.6670.46963.282*3.78=320.092mol/kg媒即：空氣過剩系數(shù)：實際煙氣量為： （5）燃用1kg該煤產(chǎn)生的煙氣量中：a.含有的水量為：mol即質(zhì)量為：gb.含有的量為：即質(zhì)量為：c.含有的量為：=0.469mol即質(zhì)量為：=0.469×64=30.016g即的濃度為：d.含有的煙塵的濃度為：（5）所以在該設(shè)計下所得的總煙氣量為： （6）因排煙溫度

10、為160攝氏度，即T=433K.由公式： 可得：所以有在排煙溫度160攝氏度下，煙氣中的濃度為：煙氣中粉塵的濃度為：在該溫度下所得的總煙氣量為： 6凈化系統(tǒng)設(shè)計方案6.1 凈化系統(tǒng)的組成一般凈化系統(tǒng)由以下幾部分組成：（1） 集氣罩 集氣罩是用以捕集污染空氣的，其性能對凈化系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)由直接的影響。由于污染源設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作操作工藝的不同，集氣罩的形式也多種多樣的。（2） 風(fēng)管 在凈化系統(tǒng)中用以輸送氣流的管道稱為風(fēng)管，通過風(fēng)管使系統(tǒng)的設(shè)備和部件連成一個整體。（3） 凈化設(shè)備 為了防治大氣污染，當(dāng)排氣中污染物含量超過排放標(biāo)準(zhǔn)時，必須采用凈化設(shè)備進行處理。達到排放標(biāo)準(zhǔn)后，才能排入大氣。（4） 通

11、風(fēng)機 通風(fēng)機是系統(tǒng)中氣體流動的動力。為了防治通風(fēng)機的磨損和腐蝕，通常把風(fēng)機設(shè)在凈化設(shè)備后面。（5） 煙囪煙囪是凈化設(shè)備的排氣裝置，由于凈化后的煙氣仍含有一定量的污染物，這些污染物在大氣中擴散，稀釋，并最終沉降到地面。為了保證污染物的地面濃度不超過大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，煙囪必須有一定的高度。6.2 凈化系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容凈化系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容包括污染物的捕集裝置。輸出管道，凈化設(shè)備及排放煙囪設(shè)計四個部分。當(dāng)然，為了滿足系統(tǒng)正常運行的需求，還應(yīng)針對處理污染物的特性，完成上述系統(tǒng)增設(shè)設(shè)備及附件的設(shè)計。（1） 捕集裝置的設(shè)計 污染物的捕集裝置通常是集氣罩。設(shè)計內(nèi)容主要包括集氣罩結(jié)構(gòu)形式，安裝位置以及通風(fēng)機

12、參數(shù)確定等內(nèi)容。此設(shè)計采用外部集氣罩，它的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，吸氣方向與污染氣流方向往往不一致，一般需要較大的排風(fēng)量才能控制污染氣流的擴散，而且容易受到室內(nèi)橫向氣流的干擾，捕集效率很低。采用側(cè)吸罩形式。（2） 輸出管道設(shè)計 管道設(shè)計主要包括管道布置，管道內(nèi)氣體流速確定，管徑選擇，壓力損失計算以及通風(fēng)機選擇等內(nèi)容。（3） 凈化設(shè)備選擇 按以下程序進行：工程調(diào)查。根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)要求，計算需要達到的凈化效果。根據(jù)污染物性質(zhì)和操作條件確定凈化方法和凈化流程。對設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟指標(biāo)進行全面比較，選定最適宜的凈化設(shè)備。確定凈化設(shè)備的型號規(guī)格及運行參數(shù)。（4） 排放煙囪設(shè)計 主要包括結(jié)構(gòu)尺寸及工藝參

13、數(shù)的設(shè)計。以上相應(yīng)設(shè)計在下面計算。 7 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 濕式除塵器具有投資低，操作簡單占地面積小，能同時進行有害氣體的凈化、含塵氣體的冷卻和加濕等優(yōu)點，特別適用于處理高溫高濕和有爆炸性危險的氣體的凈化。文氏管洗滌器主要用于凈化細(xì)微粉塵，能除去15的塵粒，效率高而且不會產(chǎn)生二次飛揚，特別對粒徑在2以下具有粘附性和潮解性的粉塵，更是適宜，因而在很多部門都得到采用。但是它有比較大的缺點，首先是壓降大。當(dāng)除去l以上的塵粒時，壓降為200左右，效率約為98%，當(dāng)粉塵粒徑小于05時，壓降要高達1000，效率也較低。其次是含塵污水的處理。文氏管洗滌器由于用水量較大，在設(shè)計與選用時必須充分考慮污水處理，以免

14、造成水源的污染。7.1 除塵設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計由前面計算可得：進口煙氣流量為:進口煙氣濃度為：2.32設(shè)計噴霧塔洗滌器除塵。一般空塔流速為0.6-1.5m/s,此處以1m/s進行設(shè)計，則可得吸收塔直徑為： V=A·v （4.1）所以可得： （4.2），取3.6m校正： （4.3）計算噴霧塔的高 由 h=v·t （4.4）其中：v 煙氣流速。 此處取v=1m/s t 噴霧時間，此處取t=2s進行設(shè)計，則可得其有效高度為： 一般取除塵器壓力算損失為200Pa.液氣比為：0.42.7.噴水壓力：0.10.2Pa。7.2 脫硫設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計一般空塔流速為1-5m/s,此處以1m/s進行設(shè)計

15、，則可得吸收塔直徑為： V=A·v （4.5）所以可得： （4.6），取3.6m校正： （4.7）計算吸收塔的高 由 h=v·t （4.8）其中：v 煙氣流速。 此處取v=1m/s t 吸收反應(yīng)時間，一般石灰系統(tǒng)的煙氣脫硫時間為610s,此處取t=7s進行設(shè)計，則可得其有效高度為： 物料平衡計算的主要參數(shù)： 56 64 17230.016×2400因根據(jù)經(jīng)驗一般鈣/硫為：1.051.1，此處設(shè)計取為1.05 則由平衡計算可得1h需消耗的量為： 一般液氣比為：4.713.6L/m3,此處以12L/進行設(shè)計，查漿液的質(zhì)量濃度為10%15%，取15%，則可得1h 所需消

16、耗的量為: 根據(jù)質(zhì)量濃度查漿液的質(zhì)量濃度為10%15%，取15%，則新鮮漿液質(zhì)量為： 一般液氣比為：4.713.6L/m3，選取12 L/m3,則可得1h 所需消耗新鮮漿液的量為: 則儲液槽的容積取儲液槽高度為： 式中，V儲液槽的容積，m3；D1儲液槽的直徑，取15m；h儲液槽高度,m；帶入數(shù)據(jù)可得：根據(jù)經(jīng)驗取高為30m所以1h生成的量為： 假定通過噴霧干燥器后生成的有30%以粉塵的形式進入煙氣，經(jīng)過噴霧干燥后煙氣溫度變?yōu)?060攝氏度，此處取平均溫度47攝氏度進行計算。（1） 則在此溫度下煙氣體積為：（2）則可得進入粉塵濃度為：（3）該噴霧干燥吸收塔的吸收效率為：96% 則由前面的計算可得：

17、二氧化硫的初始濃度為： 8 煙囪的設(shè)計（1）煙囪直徑的計算：煙囪出口內(nèi)徑按下式計算：（m） （5.1）式中， Q通過煙囪的總煙氣量，m3/h； W煙囪出口煙氣流速 , m/s。表5.1 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 械 通 風(fēng)102045自 然 通 風(fēng)6102.53選定w=20則可得，取0.8m。由設(shè)計任務(wù)書上可得所有鍋爐的總的蒸發(fā)量為20t/h，表5.2 鍋爐煙囪高度/(m)鍋爐總額定出力/(t/h)<1122661010202635煙囪最低高度202530 35 40 45根據(jù)鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定則可確定煙囪的高度必須大于40m6 。

18、（2） 排煙溫度下煙氣量QV：因排煙溫度為160攝氏度，即T=433K.由公式： （5.2）帶入數(shù)據(jù)可得：在該溫度下所得的總煙氣量為：（3） 煙氣熱釋放率： （5.3） 式中，煙氣的熱釋放率，； 大氣壓力， hPa，查得近年平均值為906.35hPa； 實際排煙量，； 煙囪出口處煙氣溫度，單位為絕對溫度（K），本設(shè)計中為433K；煙囪出口處環(huán)境平均溫度，單位為絕對溫度（K），查得太原市年平均氣溫在本設(shè)計中取20；帶入數(shù)據(jù)可得： （4） 煙氣抬升高度H的計算 由霍蘭德公式： （5.4） 式中，H煙氣抬升高度，m；煙氣出口流速，m/s，本設(shè)計中取為20m/s； 煙囪出口內(nèi)徑，2.3m ； 煙囪出口

19、處的平均風(fēng)速，2.5m/s；帶入數(shù)據(jù)可得： 又有公式： （5.5） 式中，煙氣的熱釋放率，； 煙囪出口處的平均風(fēng)速，2.5m/s； Hs 煙囪有效高度，m；系數(shù)，可按表6.3查得。查得城市近郊區(qū)：當(dāng) 表6.3 系數(shù)的值/KW地表狀況21000農(nóng)村或城市遠郊區(qū)1.4271/32/3城市或近郊區(qū)1.3031/32/321000且T35K農(nóng)村或城市遠郊區(qū)0.3323/52/5城市或近郊區(qū)0.2923/52/5帶入數(shù)據(jù)可得： 算得：Hs=51.84mHs=51.84m>45m,符合標(biāo)準(zhǔn)。（5）煙囪幾何高度H： （5.6）式中，H煙囪幾何高度 ，m；H煙氣抬升高度，m；Hs 煙囪有效高度，m；帶入

20、數(shù)據(jù)可得： （6） 煙囪高度較核式中，污染物在y,z方向上的標(biāo)準(zhǔn)差，取0.8； 煙氣出口處的平均風(fēng)速，取2.5；SO排放量，為38.6；地面最大濃度，；H煙囪幾何高度 ，m；帶入數(shù)據(jù)可得：（根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)各項污染物濃度限值），符合標(biāo)準(zhǔn)7（7）煙囪底部直徑： （5.7）式中，H煙囪高度，m.i 煙囪椎角。煙囪椎角i通常取i= 0.020.03，取i=0.02；帶入數(shù)據(jù)可得： 取4.6m。 （8）煙囪阻力計算：假設(shè)標(biāo)況下煙氣的密度為：1.46 Kg/m3,則可得在實際溫度下的密度為：；平均煙囪直徑： （5.8）式中，d1煙囪出口內(nèi)徑；d煙囪底部直徑。帶入數(shù)據(jù)可得：煙囪阻力為 （5.9）式中，

21、 L煙囪長度m； d煙囪直徑，m； 煙氣密度，Kg/m3；v管中氣流平均流速,m/s；管道內(nèi)煙氣流速v對于鍋爐內(nèi)煙塵v=1025，此處設(shè)計取v=20；摩擦阻力系數(shù)。 帶入數(shù)據(jù)可得： 9 風(fēng)機的選型與阻力的計算(1) 管徑的計算 （m） （6.1）式中，V工況下管道的煙氣流量，m3/s； v管道內(nèi)煙氣流速，m/s。 帶入數(shù)據(jù)可得： （2）摩摖壓力損失 對于圓管 （6.2） 式中， L管道長度m； d管道直徑m； 煙氣密度，Kg/m3； v管中氣流平均流速，m/s；摩擦阻力系數(shù)。帶入數(shù)據(jù)可得： （3）局部阻力損失： （6.3） 式中，管道的局部阻力系數(shù)； v與相對應(yīng)的斷面平均氣流流速，m/s；煙氣

22、密度；已知連結(jié)鍋爐、凈化設(shè)備及煙囪等凈化系統(tǒng)總需90度彎頭30個，查表可得=0.29帶入數(shù)據(jù)可得： 30個彎頭總壓力損失為： （6.4） 帶入數(shù)據(jù)可得：（4） 系統(tǒng)總阻力（其中鍋爐出口前阻力為800Pa，除塵器阻力為200Pa,噴霧干燥吸收塔的總阻力為：1566Pa）為：=鍋爐出口前阻力+設(shè)備阻力+管道阻力煙囪阻力+除塵器阻力=800+1566+675+177.87+200=3418.87Pa （5） 風(fēng)機風(fēng)量的計算: （6.5）式中， 1.1風(fēng)量備用系數(shù)； V 通過風(fēng)機前的風(fēng)量； 風(fēng)機前溫度，取鍋爐排煙溫度160。帶入數(shù)據(jù)可得：（6） 風(fēng)機風(fēng)壓的計算 （6.6）式中，1.2風(fēng)壓備用系數(shù)； 系統(tǒng)總阻力，Pa； 風(fēng)機前溫度，； 風(fēng)機性能表中給出的實驗用氣體溫度，： 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣密度，取1.34。所以可得 根據(jù)和選定G、鍋爐通風(fēng)機，性能如下。機號傳動方式轉(zhuǎn)速流量()全壓（Pa） 軸功率/KW電動機型號電動機功率/KW20D730104600137894.55Y5-47160 電動機功率的計算： （6.7）式中，風(fēng)機風(fēng)量，； -風(fēng)機風(fēng)壓，Pa； 風(fēng)機在全壓頭時的效率，取0.6； 機械傳送效率，此采用風(fēng)機直接與電機傳動，取1； 電動機備用系