燃煤鍋爐脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì) 專 業(yè): 環(huán)境工程姓 名: 學(xué) 號(hào): 目 錄1 課程設(shè)計(jì)題目32 設(shè)計(jì)依據(jù)32.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)32.2 設(shè)計(jì)參數(shù)及參數(shù)范圍32.3 設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)目標(biāo)43 污染源強(qiáng)分析43.1 污染物濃度的計(jì)算43.2煙氣中SO2的濃度計(jì)算63.3煙氣SO2排放量的計(jì)算74 工藝設(shè)計(jì)74.1 工藝選擇74.2吸收設(shè)備的選擇84.3 工藝原理84.4 脫硫系統(tǒng)工藝流程94.5 工藝組成95 相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算105.1 脫硫劑液箱容量與設(shè)計(jì)105.2 增壓風(fēng)機(jī)105.3 SO2吸收系統(tǒng)115.3.1 塔徑及底面積計(jì)算115.3.2 脫硫塔高度計(jì)算116 附圖12附圖1 雙堿法煙氣脫硫工

2、藝流程圖12附圖2 吸收塔系統(tǒng)13附圖3 吸收塔平面圖131 課程設(shè)計(jì)題目四川省某火電廠30t/h燃煤鍋爐煙氣的脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)2 設(shè)計(jì)依據(jù)2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)（1）大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn) （GB16297-1996） （2）工業(yè)鍋爐及爐窯濕法煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范（HJ4622009）（3）大氣污染防治手冊(cè)（4）鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13271-2001）（5）環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095-1996）（6）四川省大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)及參數(shù)范圍（1）根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與排放標(biāo)準(zhǔn)，確定設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)范圍。鍋爐型號(hào)：30 t/h 鍋爐一臺(tái)煙氣排放量：19000m3/h燃料種類：無(wú)煙煤燃

3、煤量：2.237152t/h爐內(nèi)溫度：700鍋爐排煙溫度：155煙氣含氧量：60.2605mol/kg（燃煤）目前SO2排放濃度：1353mg/含硫率：1.1% 鍋爐熱效率：75% 空氣過(guò)剩系數(shù)：1.2(2)擬用雙堿法，據(jù)工業(yè)鍋爐及爐窯濕法煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范（HJ 4622009），故有:液氣比（G/L）為2鈣硫比（Ca/S）為1.1凈化效率不小于95%可用率為95%2.3 設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì)原則：（1）設(shè)計(jì)中為將來(lái)更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)模擴(kuò)大留有余地。（2）因地制宜，節(jié)省場(chǎng)地。（3）嚴(yán)禁轉(zhuǎn)移污染物，全面防治二次污染。 設(shè)計(jì)目標(biāo)：（1）根據(jù)四川省大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，該火電廠標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

4、下SO2排放濃度應(yīng)小于300 mg/m3（2）為保證電廠周圍居民區(qū)空氣質(zhì)量，同時(shí)執(zhí)行環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB30951996）的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即小于居民區(qū)大氣中SO2 最高允許的日平均濃度0.15mg/m3 （3）總量控制指標(biāo)達(dá)標(biāo)3 污染源強(qiáng)分析3.1 污染物濃度的計(jì)算含硫率為1.1%，選擇煤種為無(wú)煙煤以1kg無(wú)煙煤為基礎(chǔ)，則：成分 質(zhì)量/g 物質(zhì)的量/mol 理論需氧量/molC 649.572 54.131 54.131H 25.308 12.654(分子) 6.327O 14.06 0.879 -0.4395N 6.327 0.226 (分子) S 7.733 0.242 0.242H20 7

5、5 4.17 灰分 222 (1) 理論需氧量為(54.131+6.327-0.4395+0.242)mol/kg = 60.2605mol/kg （燃煤）假定干空氣中氮和氧的摩爾比為3.78，則1kg燃煤完全燃燒所需要的理論空氣量為：60.2605×(1+3.78) mol/kg =288.0452 mol/kg （燃煤）即標(biāo)況下288.0452×m3N /kg = 6.452 /kg （燃煤）(2) 理論煙氣量（按照標(biāo)準(zhǔn)狀況換算體積，下同）理論上煙氣的組成為 CO2 54.131mol/kg ；H2O 12.654+4.17=16.824 mol/kg;N2 60.26

6、05×3.78+0.226=228.01mol/kg ; SO2 0.242mol/kg ;灰分 222mol/kg故理論干煙氣量為：（54.131+228.01+0.242）mol/kg=282.383mol/kg（燃煤） 282.383× /kg = 6.325 m3N /kg （燃煤）理論濕煙氣量為：（282.383+16.824）mol/kg=299.207mol/kg（燃煤）299.207×m3N /kg = 6.702 /kg （燃煤）（3）實(shí)際煙氣量空氣過(guò)剩系數(shù)為1.2，可求：實(shí)際干煙氣量Vfg =理論干煙氣量+理論空氣量×（空氣過(guò)剩系數(shù)-

7、1） =6.325+ 6.452× 0.2 = 7.6154 /kg （燃煤）實(shí)際濕煙氣量Vfg =理論濕煙氣量+理論空氣量×（空氣過(guò)剩系數(shù)-1） =6.702+ 6.452× 0.2 = 7.9924 /kg （燃煤）(4) 鍋爐燃煤量：式中：D：鍋爐每小時(shí)的產(chǎn)汽量（kgh）；Q低：煤的低位發(fā)熱量（kcal/kg） ：鍋爐的熱效率（%）；i2：鍋爐在某工作壓力下的飽和蒸汽熱焓（kcal/kg）；1.25MPa 時(shí)為1400.4kJ/kg i1：鍋爐給水熱焓（kcal/kg），一般給水溫度取20，則i1=84.80kJ/kg，則:(5) 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的總干煙氣量：

8、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的總濕煙氣量：取設(shè)計(jì)煙氣量為19000 /kg3.2煙氣中SO2的濃度計(jì)算(1) SO2產(chǎn)污系數(shù)及其質(zhì)量流量 二氧化硫產(chǎn)污系數(shù)： (Kg/t)式中：SY-燃煤應(yīng)用基含硫量，%P-燃煤中硫的轉(zhuǎn)化率（煤粉爐一般取0.9），%Kg/t脫硫裝置入口煙氣中的SO2質(zhì)量流量可根據(jù)下面公式估算：式中：M(SO2)脫硫裝置入口煙氣中的SO2質(zhì)量流量，t/hK染料燃燒中硫的轉(zhuǎn)化率（煤粉爐一般取0.9）Bg鍋爐最大連續(xù)工況負(fù)荷時(shí)的燃煤量，t/hq鍋爐機(jī)械未完全燃燒的熱損失，%Sar燃料的收到基硫分，% 所以： 煙氣中SO2 的實(shí)測(cè)濃度為： 根據(jù)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13271-2001）的相關(guān)規(guī)定

9、，需將實(shí)物濃度折算，規(guī)定說(shuō)明燃煤鍋爐，折算項(xiàng)目為煙塵，SO2，NOX排放濃度時(shí)，過(guò)量空氣折算系數(shù)=1.8鍋爐大氣污染物過(guò)量空氣系數(shù)折算排放濃度按下式計(jì)算：式中 C折算后的煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放濃度，g/ 實(shí)測(cè)的煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放濃度，g/ 實(shí)測(cè)的過(guò)量空氣系數(shù) 規(guī)定的過(guò)量空氣系數(shù)已知a =1.2，燃煤鍋爐的過(guò)量空氣折算系數(shù)a =1.8所以折算后煙氣中SO2的濃度：3.3煙氣SO2排放量的計(jì)算工業(yè)鍋爐及爐窯濕法煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范（HJ 4622009）對(duì)于65t/h以下工業(yè)鍋爐脫硫裝置的設(shè)計(jì)脫硫效率不宜小于80%的標(biāo)準(zhǔn)。則每小時(shí)去除SO2的量為：出口煙氣中SO2的排放量為：取煙囪

10、出口處平均風(fēng)速u為5.0m/s；煙囪出口處煙氣流速不應(yīng)低于該高度處平均風(fēng)速的1.5倍，故取煙囪出口流速v為9.0m/s；取為0.5;煙氣出口處煙流溫度Ts為155；煙囪高度取60m;煙囪出口內(nèi)徑D為2m。根據(jù)霍蘭德（Holland）公式得煙氣抬升高度：總高度H=60+11.53=71.53m地面最大濃度 脫硫結(jié)果滿足四川省大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，亦滿足環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即小于居民區(qū)大氣中SO2 最高允許的日平均濃度0.15mg/m3，脫硫效果良好。4 工藝設(shè)計(jì)4.1 工藝選擇鈉法由于脫硫劑較貴，因而運(yùn)行費(fèi)用高；氧化鎂法的脫硫劑氧化鎂不僅價(jià)格較貴，而且廣東地區(qū)鎂源不足，造成運(yùn)行成本高昂；氨

11、法存在氨泄漏問(wèn)題，容易造成二次污染，而且脫硫劑價(jià)格高，因而在中小型鍋爐中應(yīng)用不多。相對(duì)于以上三種工藝，雙堿法消耗的脫硫劑主要是價(jià)廉的石灰。吸收液中的鈉堿通過(guò)再生，大部分可循環(huán)回用，減少了運(yùn)行費(fèi)用，具有投資少、占地面積較小、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，符合中小型鍋爐煙氣脫硫工藝選擇的“技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)合理、工程可行”三統(tǒng)一原則，因此本方案采用雙堿法脫硫工藝。4.2吸收設(shè)備的選擇 SO2吸收凈化過(guò)程，處理的是低濃度SO2煙氣，煙氣量相當(dāng)可觀，要求瞬間內(nèi)連續(xù)不斷地高效凈化煙氣，脫硫吸收器的選擇原則，主要是看其液氣接觸條件、設(shè)備阻力以及吸收液循環(huán)量，因此選用氣相為連續(xù)相、湍流程度高、相界面較大的吸收塔作為脫硫塔比

12、較合適。通常，噴淋塔、填料塔、板式塔、文丘里吸收塔等能滿足這些要求。吸收設(shè)備中，噴淋塔液氣比高，水消耗量大；篩板塔阻力較大，防堵性能差；填料塔防堵性能差，易結(jié)垢、黏結(jié)、堵塞，阻力也較大；湍球塔氣液接觸面積雖然較大，但易結(jié)垢堵塞，阻力較大；文丘里阻力大。相比之下，旋流板塔具有負(fù)荷高、壓降低、不易堵、彈性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于快速吸收過(guò)程，且除塵脫硫效率高。因此，選用旋流板塔脫硫除塵器。4.3 工藝原理（1）吸收反應(yīng)洗滌過(guò)程的主要反應(yīng)式： +2洗滌液內(nèi)含有再生后返回的及系統(tǒng)補(bǔ)充的,在洗滌過(guò)程中生成亞硫酸鈉。 2+在洗滌液中還含有,系煙氣中的與亞硫酸鈉反應(yīng)而生成。 2+2（2）再生反應(yīng)用石灰漿料進(jìn)行再生時(shí)

13、： + +2 + 亞硫酸鈣的一般形式為半水亞硫酸鈣。用石灰石粉再生時(shí)：2 + + +1/2（3） 硫酸鈉的去除 硫酸鈉用硫酸酸化使其轉(zhuǎn)變?yōu)槭鄟?lái)去除。 +2+32+2加酸后，PH 下降到23，使亞硫酸鈣轉(zhuǎn)化為亞硫酸氫鈣而溶于溶液中，于是溶液中的超過(guò)了石膏的溶度積，使石膏沉淀出來(lái)。（4） 氧化反應(yīng)在回收法中，最終產(chǎn)品是石膏，需將由再生反應(yīng)應(yīng)得到的亞硫酸鈣氧化為石膏。 +4.4 脫硫系統(tǒng)工藝流程4.5 工藝組成 脫硫劑制備系統(tǒng) 脫硫劑制備系統(tǒng)主要包括：石灰消化池、鈉堿罐、攪拌器及相應(yīng)的閥門、管道及管件等。 由成品石灰（粒徑小于10mm（90）的粉狀石灰）運(yùn)至廠里后手工加入石灰消化池進(jìn)行消化，消化后

14、的石灰漿液自流至再生池中進(jìn)行脫硫液再生反應(yīng)。 煙氣系統(tǒng) 熱煙氣自鍋爐出來(lái)后進(jìn)入吸收塔，向上流動(dòng)穿過(guò)噴淋層，在此煙氣被冷卻到飽和溫度，煙氣中的SO2等污染物被脫硫液吸收。經(jīng)過(guò)噴淋洗滌后的飽和煙氣，經(jīng)除霧器除去水霧后，通過(guò)煙道經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪排空。 從鍋爐出口至脫硫塔進(jìn)口段的連接煙道采用A3鋼制作，并根據(jù)需要設(shè)置膨脹節(jié)。SO2吸收系統(tǒng) 在吸收塔內(nèi)，脫硫液中的氫氧化鈉與從煙氣中捕獲的SO2、SO3等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉等物質(zhì)。脫硫后的凈煙氣通過(guò)除霧器除去氣流中夾帶的霧滴后排出吸收塔。 SO2吸收系統(tǒng)主要由脫硫主塔、連接煙道（副塔）、噴淋層、組合式除霧器、預(yù)埋件及外部鋼結(jié)構(gòu)、沖洗系統(tǒng)

15、組成。5 相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 脫硫劑液箱容量與設(shè)計(jì) (1)石灰消化池 本設(shè)計(jì)采用化灰池?cái)嚢杵?，得含固率?5%的石灰漿液，其密度為1.2 t/ m3， 熟石灰的質(zhì)量流量為26.46÷56×78=36.86kg/h。按照工業(yè)鍋爐及爐窯濕法煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范（HJ 4622009），脫硫劑漿液貯罐的容量宜不小于設(shè)計(jì)工況下2h的漿液消耗量，所以，熟石灰漿液箱容量為所以設(shè)計(jì)V 漿液箱為0.5m3。尺寸：直徑 =0.85m，高度h=0.86m。(2)鈉堿溶解池鈉堿溶解池的有效容積取1.5m3 。尺寸：直徑 =1.23m，高度h=1.24m。5.2 增壓風(fēng)機(jī) 30t/h 鍋爐相當(dāng)于

16、24.5MW 機(jī)組容量，參考HJ/ T 179-2005 經(jīng)驗(yàn)，機(jī)組容量在300MW 以下，脫硫增壓風(fēng)機(jī)可選用高效離心風(fēng)機(jī)，增壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為滿負(fù)30t/h 荷工況下煙氣量的110%，增壓風(fēng)機(jī)的壓頭為脫硫裝置在滿負(fù)荷工況下并考慮10溫度裕量下阻力的120%。所以增壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為 正常狀態(tài)下，煙氣動(dòng)過(guò)煙氣管道、進(jìn)口擋板、脫硫塔噴淋層、除霧板、煙氣管道、出口擋板，整個(gè)系統(tǒng)壓降為P=P 管道+P 擋板+P 噴淋+ P 除霧P 管道約為210Pa P 擋板約為2×5=10Pa P 噴淋約為85 Pa P 除霧約為15 Pa 所以P=210+10+85+15=320Pa 5.3 SO2吸收系統(tǒng)5.3.1 塔徑及底面積計(jì)算塔內(nèi)流速：設(shè)v=2m/s底面積 5.3.2 脫硫塔高度計(jì)算液氣比取L/G= 2.1，煙氣中水氣含量設(shè)為4% 循環(huán)水泵流量： 塔底漿液區(qū)的高度