SHP10-25型鍋爐低硫煙煤煙氣袋式除塵濕式脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、大氣污染控制工程1引言隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)化和現(xiàn)代化不斷的推進(jìn)，這樣就給環(huán)境帶來了前所未有的壓力。工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生了大量的廢氣排放到大氣中，給環(huán)境，人和動(dòng)物下帶來了很大的威脅。人類的生活水平的不斷提高，對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求不斷提高，特別是對(duì)于環(huán)境空氣質(zhì)量的要求提高，于是對(duì)環(huán)境空氣污染的控制成為了當(dāng)前的一個(gè)重要的問題也是一個(gè)難題。在大氣污染控制中，除塵，脫硫也是個(gè)重要的控制過程。過濾式除塵器，又稱空氣過濾器，使含塵氣流通過過濾材料將粉塵分離捕集的裝置，采用濾紙或玻璃纖維，填充層做濾料的空氣過濾器，主要用于通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)等方面的氣體凈化。采用纖維織物做濾料的袋式除塵器，在工業(yè)尾氣除塵等方面應(yīng)用較廣。

2、2設(shè)計(jì)概況2.1袋式除塵器袋式除塵器的除塵效率一般可達(dá)99%以上。雖然它是最古老的除塵方式之一，但是由于它效率高，性能穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)單，因而獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。同時(shí)在結(jié)構(gòu)形式，濾料，清灰方式和運(yùn)行方式等方面也都得到了不斷的發(fā)展。濾袋形狀傳統(tǒng)上是圓形，后來出現(xiàn)了扁形，扁袋在相同的過濾面積下的體積更小，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。2.1.1袋式除塵器工作原理含塵氣流從下部的孔板進(jìn)入圓筒形濾袋內(nèi)，在通過濾料的孔隙時(shí)，粉塵被捕集與濾料上，透過濾料的清潔空氣有排出口排出。沉積在濾料上的粉塵，可在機(jī)械振動(dòng)作用下從濾料表面脫落，落入灰斗中。常用的濾料由棉，毛，人造纖維等加工而成，濾料本身網(wǎng)孔較大，孔徑一般為2

3、050m，表面起絨的濾料，為510m，因而新鮮的濾料的除塵效率較低。顆粒因截留，慣性碰撞，靜電和擴(kuò)散等作用，逐漸在濾袋表面形成粉塵層，常稱為粉塵初層。初層形成后，它成為袋式除塵器的主要過濾層，提高了除塵效率，濾布只不過起著形成粉塵初層和支撐它的作用，但隨著顆粒在濾袋上積聚，濾袋兩側(cè)的壓力差增大，會(huì)把有些已附在濾料上的細(xì)小粉塵擠壓下去，使除塵效率下降。另外若除塵器壓力過高，還會(huì)使除塵系統(tǒng)的處理氣體量顯著下降，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的排風(fēng)效果，因此除塵器阻力達(dá)到一定的數(shù)值以后，要及時(shí)的清灰。清灰不能過分，即不破壞粉塵初層，否則會(huì)引起除塵效率顯著降低。影響袋式除塵器的除塵效率的另一個(gè)因素是過濾速度。它定義為煙

4、氣實(shí)際體積流量與濾布面積之比，所以也稱為氣布比，過濾速度的一個(gè)很重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從經(jīng)濟(jì)上考慮，選用高的過濾速度，處理相應(yīng)體積煙氣所需要的濾布面積小，則除塵器體積占地面積和一次投資等都會(huì)減小，但除塵器的壓力損失卻加大。從除塵機(jī)理看，過濾速度主要影響慣性碰撞和擴(kuò)散作用。選取過濾速度時(shí)還應(yīng)考慮欲捕集粉塵的粒徑及分布。一般來講，除塵效率隨過濾速度的增加而下降。另外過濾速度的選取還與濾料種類而后清灰方式有關(guān)。12.1.2袋式除塵器的清灰方式 (1)機(jī)械振動(dòng)清灰：含塵氣體通過除塵器底部的花板進(jìn)入濾袋內(nèi)部，當(dāng)氣體通過濾料時(shí)，粉塵顆粒沉積在濾袋內(nèi)部，凈化后的氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)由煙囪排出。振動(dòng)方式大致有三種：濾袋沿

5、水平方向擺動(dòng)，或沿垂直方向振動(dòng)，或靠機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)定期將濾袋扭轉(zhuǎn)一定角度，使沉積于濾袋的顆粒層破碎而落入灰斗中。 機(jī)械振動(dòng)清灰袋式除塵器的過濾風(fēng)速一般取1.02.0m/min，壓力損失為8001200Pa，該類型的袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)是工作性能穩(wěn)定，清灰效果較好。但濾袋常受機(jī)械力作用，損壞較快，濾袋檢修和更換工作量較大。(2)逆氣流清灰：逆氣流清灰是指清灰的氣流方向與正常過濾時(shí)方向相反，其形式有反吹風(fēng)和反吸風(fēng)兩種。過濾操作過程與機(jī)械清灰方式相同，但是清灰是，要關(guān)閉含塵氣流，開啟逆氣流進(jìn)行反吹風(fēng)，此時(shí)濾袋變形，沉積在濾袋表面的灰層破壞脫落，通過花板落入灰斗。逆氣流清灰方式的過濾風(fēng)速一般為0.31.2m/m

6、in，壓力損失控制范圍一般為10001500Pa。(3)脈沖噴吹清灰：脈沖噴吹清灰也包括逆流反吹過程。這種清灰方式是利用47個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓縮空氣反吹，產(chǎn)生較大的清灰效果。壓縮空氣的脈沖產(chǎn)生沖擊波，使濾袋振動(dòng)，導(dǎo)致積附在濾袋上的灰層脫落。這種清灰方式有可能濾袋清灰過度，繼而使粉塵通過率上升，因此選擇適當(dāng)壓力的壓縮空氣，和適當(dāng)?shù)拿}沖持續(xù)時(shí)間很重要。脈沖清灰方式的控制參數(shù)為脈沖壓力，頻率，脈沖持續(xù)時(shí)間，清灰次序。2.1.3袋式除塵器的濾料濾料是組成袋式除塵器的核心部分，其性能對(duì)袋式除塵器的影響很大。選擇濾料時(shí)必須考慮含塵氣體的特征，如顆粒和氣體的性質(zhì)（溫度，濕度，粒度和含塵濃度等）。性能良好的濾料

7、應(yīng)容塵量大，吸濕性小，效率高，阻力低，使用壽命長(zhǎng)，同時(shí)具備耐溫，耐磨，耐腐蝕，機(jī)械程度高等特點(diǎn)。濾料特性除了和纖維本身的性質(zhì)有關(guān)外，還與濾料的結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系。表面光滑的濾料容塵小，清灰方便，適用于含塵濃度較低的，粘性較大的粉塵，采用的過濾速度不宜過高。表面起毛的濾料內(nèi)部，可以采用較高的過濾速度，但必須及時(shí)清灰。2.1.4袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)(1 )除塵效率高，可捕集粒徑大于0.3微米的細(xì)小粉塵，除塵效率可達(dá)99%以上。 (2 )使用靈活，處理風(fēng)量可由每小時(shí)數(shù)百立方米到每小時(shí)數(shù)十萬立方米，可以作為直接設(shè)于室內(nèi)，機(jī)床附近的小型機(jī)組，也可作成大型的除塵室，即“袋房”。 (3 )結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行比較穩(wěn)

8、定，初投資較少（與電除塵器比較而言）,維護(hù)方便。 所以，袋式除塵器廣泛應(yīng)用于消除粉塵污染，改善環(huán)境，回收物料等。2.2濕式脫硫石灰石/石灰法濕式煙氣脫硫技術(shù)是采用石灰石或石灰漿液脫除煙氣中的SO2的方法，開發(fā)較早，工藝成熟，吸收劑廉價(jià)易得，該法具有脫硫反應(yīng)速度快、設(shè)備簡(jiǎn)單、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，但普遍存在腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高及易造成二次污染等問題。石灰石/石灰法脫硫工藝是世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)，日本、德國(guó)、美國(guó)的火力發(fā)電廠采用的煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝。2.2.1石灰石/石灰法脫硫原理及工藝流程化學(xué)反應(yīng)原理：用石灰石或石灰漿液吸收煙氣中的SO2,是首先生成亞硫酸鈣：石灰石：CaC

9、O3+SO2+0.5H2OCaSO30.5 H2O+CO2石灰：CaO+ SO2+0.5H2OCaSO30.5 H2O然后亞硫酸鈣被氧化成硫酸鈣：2CaSO30.5 H2O+O2+3 H2O2CaSO42 H2O工藝流程為：煙氣經(jīng)除塵，冷卻后送入吸收塔，吸收塔內(nèi)用配制好的石灰石或石灰漿液洗滌含有SO2的煙氣，洗滌凈化后的煙氣經(jīng)除霧器和再熱器排放。吸收塔內(nèi)排出的吸收液流入循環(huán)槽，加入新鮮的石灰石或者石灰漿液進(jìn)行再生。石灰石/石灰法脫硫工藝采用廉價(jià)易得的石灰石或石灰作脫硫吸收劑，石灰石經(jīng)破碎磨細(xì)成粉狀與水混合攪拌成吸收漿液，當(dāng)采用石灰為吸收劑時(shí)石灰粉經(jīng)消化處理后加水制成吸收劑漿液。在吸收塔內(nèi)，吸收

10、漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)從而被脫硫，最終反應(yīng)產(chǎn)物為石膏。吸收塔內(nèi)的反應(yīng)、傳遞也極為復(fù)雜，脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器除去攜帶的細(xì)小液滴，經(jīng)煙囪排入大氣，脫硫石膏漿液經(jīng)脫水裝置脫水后回收利用。剩余漿液與新加入的石灰石漿液一起循環(huán)，這樣就可以使加入的吸收劑充分被利用，并確保石膏晶體的增長(zhǎng)。石膏晶體的正常增長(zhǎng)是最終產(chǎn)品處理比較簡(jiǎn)單的先決條件。新鮮的吸收劑石灰石漿液根據(jù)pH值和分離SO2量按一定比例直接加入吸收塔。2.2.2濕法脫硫存在的問題（1）設(shè)備腐蝕：化石燃料燃燒的排煙中含有多種微量的化學(xué)成分，如氯化物。再酸性環(huán)境下，它們對(duì)金屬（不包括不銹鋼）的

11、腐蝕性相當(dāng)強(qiáng)。（2）結(jié)垢和堵塞：固體沉積主要以三種方式出現(xiàn)：濕干結(jié)垢，即因溶液或料漿中的水分蒸發(fā)而使固體沉積；Ca(OH)2或CaCO3沉積或者結(jié)晶析出；CaSO3或CaSO4從溶液中析出。其后者是硫酸塔結(jié)垢的主要原因，特別是硫酸鈣結(jié)垢堅(jiān)硬，板結(jié)，一旦結(jié)垢難以去除，影響到所有與硫酸液接觸的閥門，水泵，控制儀器和管道等。（3）除霧器堵塞：再吸收塔中，霧化噴嘴并不能產(chǎn)生尺寸完全均一的霧滴，霧滴的大小存在尺寸的分布。較小的霧滴會(huì)被氣流所夾帶，如果不進(jìn)行除霧，霧滴將進(jìn)入煙道，造成煙道的腐蝕和堵塞。（4）電化學(xué)腐蝕。2.2.3濕法脫硫的主要工藝參數(shù)影響石灰石/石灰法濕法脫硫的主要工藝參數(shù)包括PH，石灰石

12、粒度，液氣比，鈣硫比，氣體流速，漿液的固體含量，氣體中SO2的濃度，以及吸收塔結(jié)垢等。（1）漿液的pH:由于Ca2+的形成機(jī)理不同，石灰石和石灰法脫硫的pH也不同。此外pH的變化對(duì)CaSO3和CaSO4的溶解度有重要的影響。pH值較高時(shí)，CaSO3的溶解度明顯下降，但是CaSO4的溶解度變化不大，因此，當(dāng)pH降低時(shí)，溶液中存在的較多的CaSO3，又由于石灰石粒子表面形成一層液膜，其中溶解的CaSO3使液膜的pH上升，這就造成CaSO3沉積在石灰石粒子的表面，即所謂粒子的包固現(xiàn)象。由于包固現(xiàn)象的出現(xiàn)，使石灰石粒子表面鈍化，抑制化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)造成結(jié)垢和堵塞。（2）石灰石的粒度：石灰石的顆粒的

13、大小即石灰石的比表面積的大小對(duì)脫硫效率及石灰石的利用率均有影響。（3）液氣比：液氣比對(duì)于液氣相間傳質(zhì)是一個(gè)重要的影響因素，對(duì)于不同的吸收塔的持液量也有影響。（4）鈣硫比：石灰石法的鈣硫比為1.1時(shí)，SO2的去除率可達(dá)70%，而目前通過技術(shù)改進(jìn)，脫硫率可達(dá)90%以上，與石灰石法脫硫率相當(dāng)。3設(shè)計(jì)條件 鍋爐型號(hào)：SHP10-25 即，雙鍋筒橫置式拋煤機(jī)爐，蒸發(fā)量10t/h，出口蒸汽壓力25MPa排煙溫度：100 空氣過剩系數(shù):=1.35 飛灰率=21%煙氣在鍋爐出口前阻力：750Pa設(shè)計(jì)煤成分：CY=65.2% HY=3% OY=4% NY=1% SY=0.8% AY=16% WY=10%； VY

14、18；屬于低硫煙煤污染物排放按照鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中2類區(qū)新建排污項(xiàng)目執(zhí)行連接鍋爐、凈化設(shè)備及煙囪等凈化系統(tǒng)的管道假設(shè)長(zhǎng)度100m，彎頭20個(gè)。根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定，灰分最高允許排放濃度為200mg/m3。根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定，SO2最高排放標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)700mg/m3。環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定日平均濃度限值為：SO2為0.15mg/m3，煙塵為0.30mg/m3。4燃燒計(jì)算4.1煙氣量的計(jì)算以1kg低硫煤燃燒進(jìn)行計(jì)算，則計(jì)算過程見表4-1。表4-1 低硫煤燃燒計(jì)算過程質(zhì)量/g摩爾數(shù)（原子）/mol需氧量（分子）/mol生成物（分子）/molC65.2652/12=54.3354.3354.33H3030/

15、1=3015/2=7.515O4040/16=2.5-N1010/14=0.71-S88/32=0.250.250.25H2O100100/18=5.56-灰分160-理論需要量：理論空氣量：理論煙氣量：實(shí)際煙氣量：標(biāo)準(zhǔn)狀況下煙氣量：實(shí)際耗煤量為1250kg，這實(shí)際的煙氣流量：4.2煙氣含塵濃度4.3 SO2的濃度5除塵器的選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算5.1除塵器選擇5.1.1除塵效率5.1.2袋式除塵器的選擇工況下煙氣流量： 式中工作狀況下煙氣流量，m3/h； Q實(shí)際煙氣量，m3/h； 排煙的溫度，K； T標(biāo)準(zhǔn)狀況下溫度，K。所以采用袋式除塵器為機(jī)械清灰方式，濾料種類為玻璃纖維。25.2除塵器的設(shè)計(jì)計(jì)算5

16、.2.1過濾面積式中SP過濾面積，m2； 工作狀況下的煙氣流量m3/h； vF過濾速度，m/min，采用機(jī)械清灰方式。取vF=1.5m/min。5.2.2濾袋的尺寸單個(gè)濾袋直徑：，取，單個(gè)濾袋長(zhǎng)度：，取，濾布長(zhǎng)徑比一般為，。5.2.3每條濾袋面積式中S1濾袋的面積，m3； D濾袋的直徑，m; L濾袋的長(zhǎng)度，m。5.2.4濾袋條數(shù)5.2.5濾袋布置 濾袋布置：濾袋的條數(shù)為81條，每個(gè)袋的直徑為200mm，長(zhǎng)度為4m。濾袋分9組;每組9條;組與組之間的距離200mm;組內(nèi)相鄰濾袋的間距80mm;濾袋與外殼的間距200mm。6濕式脫硫設(shè)計(jì)計(jì)算6.1噴淋塔計(jì)算6.1.1噴淋塔內(nèi)流量計(jì)算假設(shè)噴淋塔內(nèi)平均

17、溫度為，壓力為120KPa，則噴淋塔內(nèi)煙氣流量為：式中：Qv噴淋塔內(nèi)煙氣流量，m3/h； 工作狀況下煙氣流量，m3/h； P噴淋塔的壓力，KPa； t煙氣的溫度，。代入公式得：6.1.2噴淋塔徑計(jì)算依據(jù)石灰石煙氣脫硫的操作條件參數(shù)，可選擇噴淋塔內(nèi)煙氣流速v=2m/s，則噴淋塔截面積A： 式中A噴淋塔截面積，m3； v塔內(nèi)煙氣流速，m/s； Qv噴淋塔內(nèi)煙氣流量，m3/h。則塔徑d為：這里取塔徑為2000mm。6.1.3噴淋塔高度計(jì)算噴淋塔由三部分組成，分成為吸收區(qū)、除霧區(qū)和漿池。(1)吸收區(qū)高度依據(jù)石灰石法煙氣脫硫的操作條件參數(shù)得，選擇噴淋塔噴氣液反應(yīng)時(shí)間t=5s，則噴淋塔的吸收區(qū)高度為：式中

18、H1噴淋塔吸收區(qū)高度，m； v塔內(nèi)煙氣流速，m/s； t氣液反應(yīng)時(shí)間，s。(2)除霧區(qū)高度除霧器設(shè)計(jì)成兩段，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(3.43.5)m。則取除霧區(qū)高度(3)漿池高度漿池容量V1按液氣比漿液停留時(shí)間t1確定： 式中： 液氣比，?。?Q標(biāo)況下煙氣量，； t1漿液停留時(shí)間，s；一般t1為，本設(shè)計(jì)中取值為5min，則漿池容積為：選取漿池直徑等于或略大于噴淋塔d，本設(shè)計(jì)中選取的漿料直徑為D0=4m，然后再根據(jù)V1計(jì)算漿池高度： 式中：h0漿池高度，m； V1漿池容積，； D0漿池直徑，m。從漿池液面到煙氣進(jìn)口底邊的高度為0.82m。本設(shè)計(jì)中取為2m。3(4)

19、噴淋塔高度 噴淋塔高度為：7煙囪設(shè)計(jì)計(jì)算7.1煙囪高度計(jì)算7.1.1 煙囪直徑的計(jì)算設(shè)煙氣在煙囪內(nèi)的流速為，則煙囪平均截面積為：則煙囪的平均直徑d為：這里取d=1m。校核流速v得：7.1.2 煙囪的有效高度的計(jì)算具有一定速度的熱煙氣從煙囪出口排除后由于具有一定的初始動(dòng)量,且溫度高于周圍氣溫而產(chǎn)生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。這相對(duì)增加了煙囪的幾何高度，因此煙囪的有效高度為：式中：H煙囪的有效高度，m； Hs煙囪的幾何高度，m； 煙囪抬升高度，m。4查表可知，環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定日平均濃度限值為：SO2為0.15mg/m3，煙塵為0.30mg/m3。則可計(jì)算出煙囪的有效高度H，下面為計(jì)算過

20、程：袋式除塵器除塵效率為99%，則濕式脫硫效率為95%，則煙氣平均溫度為80，壓力為100Pa，則則煙塵和SO2的源強(qiáng)分別為則有效源高分別為 式中H有效源高，m； Q源強(qiáng)，mg/s； 為一個(gè)常數(shù)，一般取，此處取0.7； 平均風(fēng)速，m/s； 最高允許濃度，mg/s。煙囪有效高度取二者最大值，即H=16.8m。7.1.3 煙氣釋放熱計(jì)算 式中：煙氣熱釋放率，kW； 大氣壓力，取鄰近氣象站年平均值，Pa； 實(shí)際排煙量， 煙囪出口處的煙氣溫度，433K； 環(huán)境大氣溫度，K；取環(huán)境大氣溫度=293K，大氣壓力=978.4hPa7.1.4煙氣抬升高度計(jì)算由，可得 式中：vs煙囪出口流速，m/s； D煙囪出

21、口直徑，m； QH煙氣熱釋放率，kW； 煙囪出口處的平均風(fēng)速，m/s。 則煙囪幾何高度 煙囪出口直徑為1m，其錐度為i=0.02，那么7.2煙囪阻力損失計(jì)算煙囪亦采用鋼管，其阻力可按下式計(jì)算： 式中：摩擦阻力系數(shù)，無量綱； 管內(nèi)煙氣平均流速，； 煙氣密度，； 管道長(zhǎng)度，m； 管道直徑，m；已知鋼管的摩擦系數(shù)為0.02，所以煙囪的阻力損失為：8管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算管道采用薄皮鋼管，管內(nèi)煙氣流速為，則管道直徑d為： 式中：Q煙氣流量，； 煙氣流速，； 1.2修正系數(shù)代入相關(guān)值得： 取管道直徑為1m，則實(shí)際煙氣流速為， 9系統(tǒng)阻力的計(jì)算9.1摩擦壓力損失取L=100m，對(duì)于圓管工作狀態(tài)下的煙氣密度：9.2局部壓力損失20個(gè)彎頭，出口前阻力為750Pa，除塵器阻力選1200Pa，脫硫設(shè)備阻力選100Pa10風(fēng)機(jī)的選擇10.1風(fēng)量的計(jì)算風(fēng)量的計(jì)算如下：式中，Qy風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，m3/h; Q標(biāo)準(zhǔn)狀況下風(fēng)機(jī)前風(fēng)量，m3/h; tp風(fēng)機(jī)前溫度，； P當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?，Pa。10.2煙囪抽力的計(jì)算式中Sy煙囪抽力，Pa； H煙囪有效高度，m；