鍋爐中硫煙煤煙氣濕式石灰法脫硫系統(tǒng)設計

1、1 設計任務1.1 設計題目QXS65-39型鍋爐中硫煙煤煙氣濕式石灰法脫硫系統(tǒng)設計1.2 設計原始數(shù)據(jù)鍋爐型號：QXS65-39 即，強制循環(huán)室燃爐（煤粉爐），蒸發(fā)量65t/h，出口蒸汽壓力39MPa設計耗煤量：8.5t/h設計煤成分：CY=64.5% HY=4% OY=3% NY=1% SY=1.5% AY=13% WY=13%；VY15；屬于中硫煙煤排煙溫度：160空氣過剩系數(shù)1.25飛灰率29煙氣在鍋爐出口前阻力900Pa污染物排放按照鍋爐大氣污染物排放標準中2類區(qū)新建排污項目執(zhí)行。連接鍋爐、凈化設備及煙囪等凈化系統(tǒng)的管道假設長度250m，90°彎頭50個。1.3 設計內(nèi)容及

2、要求（1）根據(jù)燃煤的原始數(shù)據(jù)計算鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣量，煙塵和二氧化硫濃度。（2）凈化系統(tǒng)設計方案的分析，包括凈化設備的工作原理及特點；運行參數(shù)的選擇與設計；凈化效率的影響因素等。（3）除塵設備結(jié)構(gòu)設計計算（4）脫硫設備結(jié)構(gòu)設計計算（5）煙囪設計計算（6）管道系統(tǒng)設計，阻力計算，風機電機的選擇（7）根據(jù)計算結(jié)果繪制設計圖，系統(tǒng)圖要標出設備、管件編號、并附明細表；除塵系統(tǒng)、脫硫設備平面、剖面布置圖若干張，以解釋清楚為宜，最少4張A4圖，并包括系統(tǒng)流程圖一張。2 設計計算2.1 燃煤鍋爐煙氣量、煙塵及二氧化硫的濃度計算2.1.1 理論空氣量設有1000g該成份的煤，假設N的產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化生成N2，S全

3、部轉(zhuǎn)化生成SO2。由質(zhì)量百分比組成確定其摩爾組成表2.1 以1kg煤計算成分質(zhì)量/g物質(zhì)的量/mol(分子）需氧量/molC64553.7553.75H402010O300.94-0.94N100.36S150.470.47灰分130H2O1307.22所以理論需氧量為： 假定干空氣中氮和氧的摩爾比為3.78，則1kg中硫煤完全燃燒所需要的理論空氣量為： 2.1.2 理論煙氣量 2.1.3 實際煙氣量空氣過剩系數(shù)時，實際煙氣量為：即煙氣流量Q應以m3/h計，設計耗煤量為m=8500kg，所以標況下實際煙氣量：2.1.4 煙氣含塵濃度煙氣含塵濃度：式中： V 飛灰率A 灰分標準狀態(tài)下實際煙氣量，

4、m3/kg。2.1.5 二氧化硫濃度2.2 除塵設備的設計與計算2.2.1 袋式除塵器的概念過濾式除塵器，又稱為空氣過濾器，是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等填充層作濾料的空氣過濾器，主要用于通風及空氣調(diào)節(jié)方面的氣體凈化。袋式除塵器是采用纖維織物做濾料的過濾式除塵器，在工業(yè)尾氣的除塵方面應用較廣1。袋式除塵器的除塵效率一般可達99%以上。雖然它是最古老的除塵方法之一，但由于它效率高，性能穩(wěn)定可靠、操作簡單，因而獲得越來越廣泛的應用。同時，在結(jié)構(gòu)形式、濾料、清灰方式和運行方式等方面也都得到了不斷的發(fā)展。濾袋形狀傳統(tǒng)上為圓形，后來又出現(xiàn)了扁形，扁袋在相同過濾面積下體

5、積更小，具有較好的應用價值1。2.2.2 袋式除塵器的工作原理含塵氣流從下部孔板進入圓筒形濾袋內(nèi)，在通過了濾料的孔隙時，粉塵被捕集于濾料上，透過濾料的清潔氣體由排出口排出。沉積在濾料上的粉塵，可在機械振動的作用下從濾料表面脫落，落入灰斗中，常用濾料由棉、毛、人造纖維等加工而成，濾料本身網(wǎng)孔較大，孔徑一般為2050um，表面起絨的濾料為510um，因而新鮮濾料的除塵效率較低。顆粒因截留、慣性碰撞、靜電和擴散等作用，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骨架作用，但隨著顆粒在濾袋上積聚，濾袋兩側(cè)的壓力

6、差增大，會把有些已附在濾料上的細小粉塵擠壓過去，使除塵效率下降。另外，若除塵器壓力過高，還會使除塵系統(tǒng)的處理氣體量顯著下降，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的排風效果。因此，除塵器阻力達到一定的數(shù)值之后，要及時清灰。清灰不能過分，即不應破壞粉塵初層，否則會引起除塵效率顯著降低。對于粒徑0.10.5um的粒子清灰后濾料的除塵效率在90%以下；對于1um以上的粒子，效率在98%以上。當形成顆粒層后，對所有的粒子的效率都在95%以上，對于1um以上的粒子效率都高于99.6%。另一個影響袋式除塵器效率的因素是過濾速度。它定義為煙氣實際體積流量與濾布面積之比，也稱為氣布比。其大小直接影響到袋式除塵器的一次性投資、運行費用、

7、除塵效率等。過濾速度太高會造成壓力損失過大，降低除塵效率，使濾袋堵塞以至快速損壞。但是，提高過濾速度可以減少過濾面積，以較小的設備來處理同樣流量的氣體。過濾速度小會提高除塵效率，延長濾袋使用壽命，但會造成除塵器過于龐大，一次性投資加大。它與粉塵性質(zhì)、氣體含塵濃度、濾袋材質(zhì)和清灰方式等因素有關。一般若含塵濃度高、粉塵顆粒小，過濾速度應取小值，反之則取高值。 2.2.3 袋式除塵器的濾料濾料是組成袋式除塵器的核心部分，其性能對袋式除塵器操作有很大的影響。選擇濾料時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、粒徑和含塵濃度等）。性能良好的濾料應容量大、吸濕性小、效率高、阻力低，使用壽命長

8、，同時具備耐溫、耐磨、耐腐蝕、機械強度高等優(yōu)點。濾料特征除與纖維本身的性質(zhì)有關外，還與濾料表面結(jié)構(gòu)有很大關系。表面光滑的濾料容塵量小，清灰方便，適于含塵濃度低、黏性大的粉塵，采用的過濾速度不宜過高。表面起絨的濾料容塵量大，顆粒能深入濾料內(nèi)部，可以采用較高的過濾速度，但必須及時清灰。袋式除塵器的濾料種類較多。按濾料材質(zhì)分，有天然纖維、無機纖維和合成纖維等；按濾料結(jié)構(gòu)分，有濾布和毛氈兩類。棉毛織物屬天然纖維，價格較低，適用于凈化沒有腐蝕性、溫度在350360K以下的含塵氣體。無機纖維濾料主要指玻璃纖維濾料，具有過濾性能好、阻力低、化學穩(wěn)定性好、價格便宜等優(yōu)點。用硅酮樹脂處理玻璃纖維濾料能提高其耐磨

9、性、疏水性和柔軟性，還可以使其表面光滑易于清灰，可在523K以下長期使用。玻璃纖維較脆，經(jīng)不起揉折和摩擦，使用上有一定的局限性。尼龍織布的最高使用溫度可達368K，耐酸性不如毛織物，但耐磨性好。奧綸的耐酸性好，耐磨性差，使用溫度答423K。滌綸的耐熱、耐酸性能較好，耐磨性也僅次于尼龍，可長期在413K下使用，滌綸絨布在我國是性能較好的一種濾料。2.2.4 袋式除塵器的清灰方式（1）機械振動清灰：機械振打式清灰式最早出現(xiàn)的清灰方式，它的結(jié)構(gòu)一般是使用某些裝置來對濾袋的框架結(jié)構(gòu)進行振打或搖晃，通過濾袋的振動來達到清落灰塵的目的。這種清灰方式結(jié)構(gòu)非常簡單，甚至人工都可以完成，一般高頻率振動清灰和機械

10、振打比較常見，機械振打式清灰的幾種操作方式，第一種是沿水平方向的，下部較為固定，上部搖晃，水平振打的部位主要是濾袋的上部和中部。第二種是沿豎直方向振打，這種方式對于濾袋的損害比較大，尤其是袋口處，容易出現(xiàn)損壞。所以常常利用一個高速旋轉(zhuǎn)地偏心輪來讓濾袋產(chǎn)生頻率很高的振動，從而實現(xiàn)清灰，這樣對濾袋損害較小，但清灰效果也較差。第三種是利用振動來實現(xiàn)清灰，振動的頻率一般比較高。或者綜合前兩種方式，疊加在一起。第四種是利用偏心軸上的搖桿，這個偏心軸是不停轉(zhuǎn)動的。這樣通過振動圓管，濾袋就會在各個方向上產(chǎn)生搖動，使沉積于濾袋的顆粒層破碎而落入灰斗中。（2）逆氣流清灰：所謂逆氣流清灰指清灰時氣流方向與正常過濾

11、時相反。過濾過程與機械振動清灰方式相同，但在清灰時，要關閉含塵氣流，開啟逆氣流進行反吹風。此時濾袋變形，沉積在濾袋內(nèi)表面的灰塵破壞、脫落。通過花板落入灰斗。安裝在濾袋內(nèi)的支撐環(huán)可以防止濾袋完全被壓扁。逆氣流清灰袋式除塵器的過濾風速一般為0.31.2m/min，壓力損失控制范圍為10001500Pa。與機械振打式類似，逆氣流清灰的袋式除塵器一般也是劃分成多個袋室的，并且通過使用閥門，來對袋室進行逐個的提供反向的氣流。這個反向氣流既可以由專門的風機來提供，也可以由系統(tǒng)的主風機來提供。為了增強逆氣流清灰裝置的清灰效果，常常會通過安裝一些自動閥門來使反向氣流產(chǎn)生脈沖。逆氣流清灰式的清灰效果必須在過濾的

12、氣流速度較低時才會體現(xiàn)出來，因為它本身的清灰作用就比較弱。但是它的優(yōu)點是清灰比較均勻，對濾袋的損壞比較小，而且也不會產(chǎn)生劇烈的振動。（3）脈沖噴吹清灰：利用47個標準大氣壓的壓縮空氣反吹，產(chǎn)生強度較大的清灰效果。當進行清灰操作時，將壓縮空氣噴射入濾袋，氣流的速度非常高，而且持續(xù)的時間非常短，一般不超過0.2秒，于此同時，引導大量的空氣進入濾袋，這樣就會使濾袋產(chǎn)生急劇的膨脹并發(fā)生振動，從而使粘附在濾袋上的粉塵脫離并清落下去。每清灰一次，稱為一個脈沖，全部濾袋完成一個清灰循環(huán)的時間稱為脈沖周期，通常為60s2。2.2.5 袋式除塵器的設計和計算（1）選擇袋式除塵器的濾料及清灰形式由于煙氣的溫度為1

13、60，可以選擇玻璃纖維濾袋，選用的清灰方式為逆氣流清灰，根據(jù)表2.2選擇過濾氣速VF=1.0m/min。表2.2 清灰方式與過濾速度粉塵種類纖維種類清灰方式過濾氣速/(m/min)飛灰（煤）玻璃、逆氣流0.581.8飛灰（油）玻璃逆氣流1.982.35飛灰（焚燒）玻璃逆氣流0.76進口粉塵濃度為： 出口粉塵濃度為：設計的袋式除塵器的除塵效率為：（2）計算過濾面積160下的煙氣流量為：式中：Q標準狀態(tài)下實際煙氣量，m3/h PN當?shù)貙嶋H大氣壓，取一個標準大氣壓，即PN=P=101.325KPa TN排煙溫度所以總過濾面積：（3）確定過濾袋數(shù)設計袋的直徑為：d=0.30m=300mm設計袋的高度為

14、：L=5.4m=5400mm則可得每條濾袋的面積為： 所需濾袋的條數(shù)為： （4）校核取濾袋400條，則校核實際過濾速度：（5）濾袋的排列和間距將濾室分為4組，每組有100條濾袋，采用正方形排列，每組10×10排列，袋與袋之間的距離取60mm。為了便于安裝和檢修，組與組之間留有400mm寬的檢修通道，邊排濾袋與殼體間留出距離為200mm寬的檢修人行道。由以上設計可得濾室的總長為（長寬相等）（6）灰斗高度灰斗的最小錐角根據(jù)粉塵性質(zhì)取35°，4個濾室，每個濾室1組，每個組一個灰斗，則用4個灰斗，每個灰斗的高度為：（7）支架的高度為了便于粉塵的運輸，應該設置灰斗到地面的距離為2.5

15、m，便于汽車進出，則實際支架的高度=灰斗到地面的距離+灰斗的高度，即：支架高度H=1.38+2.5=3.88m2.3 脫硫設備的設計與計算2.3.1 石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術的原理將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進行氧化反應生成硫酸鈣，硫酸鈣達到一定飽和度后，結(jié)晶形成二水石膏。經(jīng)吸收塔排出的石膏漿液經(jīng)濃縮、脫水，使其含水量小于10%，然后用輸送機送至石膏貯倉堆放，脫硫后的煙氣經(jīng)過除霧器除去霧滴，再經(jīng)過換熱器加熱升溫后，由煙囪排入大氣。由于吸收塔內(nèi)吸收劑漿液通過循環(huán)泵反復循環(huán)與煙氣接觸，吸收劑利用率很高，鈣

16、硫比較低，脫硫效率可大于95%4。采用石灰/石灰石漿液吸收煙氣中的，分為吸收和氧化兩個階段。先吸收生成的亞硫酸鈣，然后將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣(即石膏)。該方法的實際反應機理是很復雜的，目前還不能完全了解清楚。這個過程發(fā)生的反應如下。吸收：由于煙氣中含有，因此吸收過程中會有氧化副反應發(fā)生。氧化：在氧化過程中，主要是將吸收過程中所生成的CaSO3H2O，CaSO3·1/2H2O氧化稱為CaSO4·2H2O由于在吸收過程中生成了部分Ca(HSO3)2，在氧化過程中，亞硫酸氫鈣也被氧化，分解出少量的SO2： 設備運行過程中的問題及出現(xiàn)這種問題的原因5：（1）設備腐蝕：化石燃料燃燒的

17、排煙中含多種微量的化學成分。在酸性條件下，對金屬的腐蝕性相當強，包括吸收塔、言其后續(xù)設備。（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，即因溶液水分蒸發(fā)而使固體沉積；Ca(OH)2或CaCO3沉積或結(jié)晶析出；CaSO3或CaSO4從溶液中結(jié)晶析出。其后是導致脫硫塔內(nèi)發(fā)生結(jié)構(gòu)的主要原因。（3）除霧器的堵塞：液體中的小液滴，顆粒物進入除霧器，引起堵塞。解決方法：定期(每小時數(shù)次)用高速噴嘴噴清水進行沖洗。2.3.2 石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術的工藝流程石灰石/石灰法濕式煙氣脫硫技術的工藝流程如圖1所示。鍋爐煙氣經(jīng)除塵、冷卻后送入吸收塔，吸收塔內(nèi)用調(diào)配好的石灰石或石灰漿液洗滌含SO2的

18、煙氣，洗滌凈化后的煙氣經(jīng)除霧和再熱后排放。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石灰漿液進行再生7。圖1石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術的工藝流程2.3.3 吸收塔內(nèi)流量計算假設吸收塔內(nèi)平均溫度為80，壓力為120KPa，則吸收塔內(nèi)煙氣流量為： 式中：吸收塔內(nèi)煙氣流量，m3/s； 標況下煙氣流量，m3/s； K除塵前漏氣系數(shù)，00.1；2.3.4 吸收塔徑計算依據(jù)石灰石煙氣脫硫的操作條件參數(shù)，可選擇吸收塔內(nèi)煙氣流速v=3m/s，則吸收塔截面A為：則塔徑d為：取塔徑D0=3200mm2.3.5 吸收塔高度計算吸收塔可看做由三部分組成，分成為吸收區(qū)、除霧區(qū)和漿池6。（1）吸收區(qū)高度：依據(jù)

19、石灰石法煙氣脫硫的操作條件參數(shù)得，設吸收塔噴氣液反應時間t=3s，則吸收塔的吸收區(qū)高度為： 吸收區(qū)一般設置36 個噴淋層，每個噴淋層都裝有多個霧化噴嘴，本設計中設置4 個噴淋層，噴淋層間距為2m，入口煙道到第一層噴淋層的距離為2m， 最后一層噴淋層到除霧器的距離1m。（2）除霧區(qū)高度：除霧器用來分離煙氣所攜帶的液滴，在吸收塔中，由上下兩極除霧器(水平或菱形) 及沖水系統(tǒng)(包括管道、閥門和噴嘴等) 構(gòu)成。每層除霧器上下各設有沖洗噴嘴8。最后一層噴淋層到除霧器的距離1m，除霧器的高度為2.5m，除霧器到吸收煙道出口的距離為0.5m。則取除霧區(qū)高度為：H2=4m（3）漿池高度：漿池容量V1按液氣比漿

20、液停留時間t1確定：式中：液氣比，一般為1525，取15； Q標況下煙氣量，m3/h； 漿液停留時間，s，一般為4min8min，本設計中取值為5min； 選取漿池直徑等于吸收塔D0，本設計中選取的漿池直徑D1為3200mm，然后再根據(jù)V1計算漿池高度：式中：漿池高度，m； 漿池容積，；從漿池液面到煙氣進口底邊的高度為0.82m。本設計中取為1.5m。（4）噴淋塔煙氣進口高度設計：噴淋塔煙氣進口高度，煙氣出口高度與進口高度相同（5）吸收塔高度： 2.4 煙囪設計計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。這相對增加

21、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； 煙囪的幾何高度，m； 煙囪抬升高度，m。2.4.1 煙氣釋放熱計算 式中： QH煙氣熱釋放率，kw； Pa大氣壓力，近似取一個標準大氣壓101.325kPa； Qv實際排煙量，m3/s Ts煙囪出口處的煙氣溫度，433； Ta環(huán)境大氣溫度取環(huán)境大氣溫度Ta=293K，大氣壓力Pa=101.325kPa 環(huán)境大氣壓下的煙氣流量： 2.4.2 煙囪直徑的計算煙囪平均內(nèi)徑可由下式計算式中：Qv實際煙氣流量，m3/s； v煙氣在煙囪內(nèi)的流速，m/s，取20m/s。取煙囪直徑為DN1300mm；校核流速。2.4.3 煙氣抬升高度計算

22、由QH2100kw，TsTa35K可得式中：n0、n1、n2系數(shù)，按表 QH煙氣熱釋放率，kw； 煙囪出口處平均風速，取10m/s.Hs-煙囪幾何高度35m 表2.4 系數(shù)n0、n1、n2的值QH/kw地表狀況n0n1n22100QH<210100農(nóng)村0.3323/52/5城市0.2923/52/52.4.4 煙囪的幾何高度計算本設計的鍋爐燃煤量為8.5t/h，根據(jù)表2中鍋爐總?cè)萘颗c煙囪最低允許高度的關系，取煙囪幾何高度為Hs=35m。則煙囪有效高度為：2.4.5 煙囪阻力計算標準狀況下的煙氣密度為1.34kg/m3，則可得在實際溫度下的密度為：煙囪阻力可按下式計算：式中：摩擦阻力系數(shù)，

23、無量綱，本處取0.02； 管內(nèi)煙氣平均流速，； 煙氣密度，； 煙囪長度，； 煙囪直徑，2.4.6 煙囪高度校核假設吸收塔的吸收效率為80%，可得排放煙氣中二氧化硫的濃度為： 二氧化硫排放的排放速率： 用下式校核 ： 式中：為一個常數(shù)，一般取0.51，此處取0.8； 查得國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標準時平均的濃度為,所以設計符合要求。2.5 管道系統(tǒng)設計計算2.5.1 管徑的計算假設管道采用薄皮鋼管，管內(nèi)煙氣流速為v0=15m/s，則管道直徑d為：式中：Q'160時的煙氣流量，m3/h； V0煙氣流速，m/s； 1.2修正系數(shù)代入相關值得： 參照圓形通風管道規(guī)格，取為2000mm，則實際煙氣流

24、速v0'為2.5.2 摩擦阻力損失計算根據(jù)流體力學原理，空氣在任何橫截面形狀不變的管道內(nèi)流動時，摩擦阻力pm可用下式計算：式中：摩擦阻力系數(shù)，無量綱； v管內(nèi)煙氣平均流速，m/s； 煙氣密度，kg/m3； l管道長度，m； d管道直徑，m；對于薄皮鋼管，查閱相關資料的鋼管的=0.02。代入相關數(shù)值得：2.5.3 局部阻力損失計算煙氣管道局部阻力損失可按下式計算：式中：n彎頭個數(shù)； 局部阻力系數(shù)，無量綱； 煙氣密度，kg/m3； v管內(nèi)煙氣平均流速，m/s；在煙氣管道中一般采用的是二中節(jié)二端節(jié)型90°彎頭，其局部阻力損失系數(shù)=0.25，所以感到局部阻力損失為：管道總阻力損失p為：2.5.4 系統(tǒng)總阻力計算系統(tǒng)的總阻力包括煙氣在鍋爐出口前的阻力、煙囪阻力、管道總阻力與脫硫設備的阻力之和。查相關資料，脫硫設備的阻力為880Pa，則系統(tǒng)的總壓力損失為： 2.6 通風機、電動機的選擇選擇通風機的風量按下式計算：式中：qv管道計算的總風量，m3/h； K1考慮系統(tǒng)漏風所附加的安全系數(shù)，取0.1。選擇通風機的風壓按下式計算：式中：p管道計算的總壓力損失，Pa； K2考慮管道計算誤差及系統(tǒng)漏風等因素所采用的安全系數(shù)，一般 管道取0.10.15，本設計取0.12； 0標