環(huán)境工程綜合設(shè)計(jì)大作業(yè)20th燃煤鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

科技學(xué)院《環(huán)境工程綜合設(shè)計(jì)》大作業(yè)(--第一學(xué)期)名稱(chēng)：20t/h燃煤鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系：班級(jí)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：成績(jī)：日期：12月

目錄一、設(shè)計(jì)資料和依據(jù) 4（一）設(shè)計(jì)參數(shù) 4（二）設(shè)計(jì)依據(jù) 4（三）排放要求 4二、脫硫方式 4（一）脫硫工藝 4（二）脫硫裝置 6三、脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6（一）脫硫劑制備系統(tǒng) 61.脫硫劑的選擇 62.脫硫劑消耗量 73.脫硫劑液箱容量與設(shè)計(jì) 7（二）煙氣系統(tǒng) 81.增壓風(fēng)機(jī) 82.煙氣加熱設(shè)計(jì) 8（三）二氧化硫吸收系統(tǒng) 81.塔內(nèi)流量計(jì)算 82.塔徑的計(jì)算 83.脫硫塔高度計(jì)算 9（四）.煙囪直徑的計(jì)算 10（五）.管網(wǎng)布置 12（六）.系統(tǒng)阻力計(jì)算 131.摩擦阻力損失 133.系統(tǒng)總阻力 14（七）風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的計(jì)算 141.風(fēng)機(jī)風(fēng)量 142.風(fēng)機(jī)風(fēng)壓 143.電動(dòng)機(jī)功率 16四、工藝流程圖和主要構(gòu)筑物簡(jiǎn)圖 171.脫硫系統(tǒng)工藝流程圖 172.噴淋塔 17五、投資估算 18雙減法投資估算 18六、效益評(píng)估和主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析 181、運(yùn)行費(fèi)用估算 182、經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估 20七、附錄 21一、設(shè)計(jì)資料和根據(jù)（一）設(shè)計(jì)參數(shù)（1）額定蒸發(fā)量：20t/h（2）鍋爐煙氣量：60000Nm3/h（3）鍋爐煙氣出口溫度：150℃（4）煙氣中SO2濃度：mg/Nm3；（5）鍋爐出口負(fù)壓：-1800Pa；（二）設(shè)計(jì)根據(jù)《鍋爐大氣污染物排放原則》GB13271-《大氣污染物綜合排放原則》GB16297-1996（三）排放規(guī)定煙氣SO2脫除率：≥90%，凈煙氣SO2排放濃度≤200mg/m3；漏風(fēng)率≤1.5%。二、脫硫方式（一）脫硫工藝目前，脫硫工藝基本可以分為三類(lèi):濕法、干法、半干法。如下表有某些常用的煙氣脫硫工藝：表一常用的煙氣脫硫工藝脫硫工藝濕法半干法干法石灰石/石膏法鈉法雙減法氧化鎂氨法海水法噴霧干燥法爐內(nèi)噴鈣法循環(huán)流化床等離子體脫硫效率90～9890～9890～9890～9890～9870～9070～8560～7560～90≥90吸取劑CaCO3NaOHNa2CO3NaOHMg（OH）2CaOMgONH3海水CaOCaOCaONH3可靠性高高高高一般高一般一般高高結(jié)垢大大中小大中中中中中運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高很高一般低高低一般一般一般一般投資大小較小小大較小較小小小大相對(duì)于半干法和干法脫硫工藝，濕法脫硫工藝具有脫硫效率高、工藝成熟、可靠性高等長(zhǎng)處。因此選擇濕法脫硫。鈉法由于脫硫劑較貴，因而運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高；氧化鎂法的脫硫劑氧化鎂不僅價(jià)格較貴，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本高昂；氨法存在氨泄漏問(wèn)題，容易導(dǎo)致二次污染，并且脫硫劑價(jià)格高，因而在中小型鍋爐中應(yīng)用不多。海水法對(duì)地理位置規(guī)定較高，一般只合用于沿海地區(qū)。相對(duì)于以上工藝，雙堿法消耗的脫硫劑重要是價(jià)廉的石灰。吸取液中的鈉堿通過(guò)再生，大部分可循環(huán)回用，減少了運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，具有投資少、占地面積較小、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低等長(zhǎng)處，符合中小型鍋爐煙氣脫硫因此本方案采用雙堿法脫硫工藝。（二）脫硫裝置脫硫吸取器的選擇原則，重要是看其液氣接觸條件、設(shè)備阻力以及吸取液循環(huán)量，因此選用氣相為持續(xù)相、湍流限度高、相界面較大的吸取塔作為脫硫塔比較合適。一般，噴淋塔、填料塔、板式塔、文丘里吸取塔等能滿足這些規(guī)定。多種吸取塔的性能比較見(jiàn)表二。表二常用吸取塔性能比較吸取器類(lèi)持液量逆流接觸防堵性能操作彈性設(shè)備阻力除塵性能?chē)娏芩褪侵休^好低差填料塔高是差較好中中湍球塔中是好中中較好篩板塔中是中中中較好文丘里低否較好差高好由表中可知，噴淋塔持液低，逆流接觸，操作彈性較好，設(shè)備阻力低。因此選擇噴淋塔。三、脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）脫硫劑制備系統(tǒng)1.脫硫劑的選擇為保證脫硫石膏的綜合運(yùn)用及減少?gòu)U水排放量，用于脫硫的生石灰的純度宜高于90%，漿液細(xì)度應(yīng)至少保證200目90%的過(guò)篩率。碳酸鈣選用市場(chǎng)上純的最高的。2.脫硫劑消耗量2.2生石灰消耗量1）鈣硫比（Ca/S）為1：1；2）脫硫裝置入口煙氣中的SO2質(zhì)量流量：M（SO2）=鍋爐煙氣量×煙氣中SO2濃度代入數(shù)據(jù):M(SO2)=60000×=120kg/h3)生石灰中CaO的含量為90%，生石灰質(zhì)量流量為：m=2.2鈉堿消耗量Na2CO3在吸取液循環(huán)過(guò)程中有少量損耗，因此應(yīng)當(dāng)在脫硫液池內(nèi)補(bǔ)充少量純堿，按照0.05mol（Na2CO3）/1mol（SO2）補(bǔ)充量，則m鈉堿=128.3364×0.05×1063.脫硫劑液箱容量與設(shè)計(jì)3.1石灰消化池采用化灰池?cái)嚢杵?，得含固率?5%的石灰漿液，其密度為1.2t/m3，熟石灰質(zhì)量流量為128.3356×78=V漿液箱=178.74因此漿液箱取整后容積為2m3（二）煙氣系統(tǒng)1.增壓風(fēng)機(jī)增壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量：Q=60000×110%=660002.煙氣加熱設(shè)計(jì)將部分未解決的原煙氣與低溫凈煙氣混合，達(dá)到加熱目的。使通過(guò)煙氣換熱器的煙氣溫度不低于150度，漏風(fēng)率≤1.5%。（三）二氧化硫吸取系統(tǒng)1.塔內(nèi)流量計(jì)算假設(shè)噴淋塔內(nèi)平均溫度為60℃，壓力為1800KPa，則噴淋塔內(nèi)煙氣流量為：式中：——噴淋塔內(nèi)煙氣流量，；——標(biāo)況下煙氣流量，；——除塵前漏氣系數(shù)，0～0.1。代入公式得：QV=×273+602732.塔徑的計(jì)算取噴淋塔內(nèi)煙氣流速，則噴淋塔截面A為：則塔徑d為：取整則D=3m3.脫硫塔高度計(jì)算噴淋塔可看做由三部分構(gòu)成，提成為吸取區(qū)、除霧區(qū)和漿池。(1)吸取區(qū)高度根據(jù)操作條件參數(shù)得，選擇噴淋塔噴氣液反映時(shí)間t=4s，則噴淋塔的吸取區(qū)高度為：(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(3.4～3.5)m。取除霧區(qū)高度為：(3)漿池高度漿池容量V1按液氣比漿液停留時(shí)間t1擬定：式中：—液氣比，??；—工況下煙氣量，；—漿液停留時(shí)間，；一般t1為，本設(shè)計(jì)中取值為5min，則漿池容積為：選用漿池直徑等于或不小于噴淋塔，本設(shè)計(jì)中選用的漿料池直徑為，然后再根據(jù)計(jì)算漿池高度：式中：—漿池高度，；—漿池容積，；—漿池直徑，。代入數(shù)據(jù)得：h0=1.7m(4)噴淋塔高度噴淋塔高度為：（四）.煙囪直徑的計(jì)算表煙囪出口煙氣流速通風(fēng)方式運(yùn)行情況全負(fù)荷時(shí)最小負(fù)荷機(jī)械通風(fēng)10~204~5自然通風(fēng)6~82．5~3A）煙囪出口內(nèi)徑可按下式計(jì)算：——通過(guò)煙囪的工況總煙氣量，ω——選用的煙囪出口煙氣流速，。根據(jù)表取18求得取整B）煙囪底部直徑：式中——煙囪出口直徑，；——煙囪高度，；——煙囪錐度，一般取i=0.02～0.03。取i=0.022C）.煙囪抽力計(jì)算式中H——煙囪高度，m；——外界空氣溫度，；——煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，；B——本地大氣壓，。根據(jù)《鍋爐大氣污染物排放原則》GB13271-，每個(gè)新建鍋爐房只能設(shè)一根煙囪，煙囪高度應(yīng)根據(jù)鍋爐房裝機(jī)總?cè)萘?，按照表二?guī)定執(zhí)行。表二燃煤鍋爐房煙囪最低容許高度鍋爐房裝機(jī)總?cè)萘縈W＜0.70.7～＜1.41.4～＜2.82.8～＜77～＜14≥14t/h＜11～＜22～＜44～＜1010～＜20≥20煙囪最低容許高度m202530354045選用煙囪高度為50m。D）.煙囪內(nèi)溫降式中：H-煙囪高度，m；D-合用統(tǒng)一煙囪的所有鍋爐額定蒸發(fā)量之和，t/h；A-溫降系數(shù)?？捎杀聿榈模x用A=0.4D,H參看背面分別取20t/h，50（五）.管網(wǎng)布置式中——工況下管道內(nèi)的煙氣流量，；——煙氣流速，m/s，（可查有關(guān)手冊(cè)擬定，對(duì)于鍋爐煙塵=10～15m/s）。取v=13m/s，取整得d=1400mm查手冊(cè)得d1=1400-2×7=1386mm由公式可計(jì)算出實(shí)際煙氣流速：（六）.系統(tǒng)阻力計(jì)算1.摩擦阻力損失式中：——管道長(zhǎng)度，；——管道直徑，；——煙氣密度，；——管中氣流平均速率,m/s；——摩擦阻力系數(shù),是氣體雷諾數(shù)Re和管道相對(duì)粗糙度K/d的函數(shù)。查手冊(cè)得：實(shí)際中對(duì)金屬管道值可取0.02，對(duì)磚砌或混凝土管道可取0.04。代入數(shù)據(jù)得：2.局部阻力損失(Pa)在所設(shè)計(jì)的管路中有10段彎道區(qū)，可求得局部的壓力損失：式中：ξ——異形管件的局部阻力系數(shù)可查到，取v——與ξ像相應(yīng)的斷面平均氣流速率,m/sρ——煙氣密度,3.系統(tǒng)總阻力除塵器的壓力損失在1000～1500Pa之間，取1300Pa因此系統(tǒng)總阻力=1300+70.6754+125.424=1496.0994Pa（七）風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的計(jì)算1.風(fēng)機(jī)風(fēng)量式中:風(fēng)量備用系數(shù)；工狀態(tài)下風(fēng)機(jī)前標(biāo)態(tài)下風(fēng)量，風(fēng)機(jī)前煙氣溫度，本地大氣壓力，。2.風(fēng)機(jī)風(fēng)壓對(duì)于除塵器后裝的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓計(jì)算：式中：風(fēng)壓備用系數(shù)；系統(tǒng)總阻力，；煙囪抽力，；風(fēng)機(jī)前煙氣溫度；風(fēng)機(jī)性能表中給出的實(shí)驗(yàn)用氣體溫度；原則狀況下煙氣密度，。常用風(fēng)機(jī)性能及合用范疇型號(hào)名稱(chēng)全壓范疇／風(fēng)量范疇／功率范疇／介質(zhì)最高溫度/℃適應(yīng)范疇Y4-70-11鍋爐引風(fēng)機(jī)670～14102430～143603.0～75250用于1～4t/h蒸汽鍋爐排煙Y9-35鍋爐引風(fēng)機(jī)550～45404430～4730004.5～1050200鍋爐煙道排煙G4-73-12Y4-73-12鍋爐通風(fēng)機(jī)鍋爐引風(fēng)機(jī)553～6541343～402915229～16610015229～1661007.5～3155.5～220802002～75t/h鍋爐通風(fēng)和排煙Y8-39Y9-38鍋爐引風(fēng)機(jī)鍋爐引風(fēng)機(jī)1167～53441327～58053242～1455333295～139712a4.0～2505.5～280250250用于0.5～50t/h蒸汽鍋爐排煙根據(jù)排煙溫度和風(fēng)量范疇，由表中可知選用Y9-35。3.電動(dòng)機(jī)功率式中風(fēng)機(jī)風(fēng)量，；風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，風(fēng)機(jī)在全壓頭時(shí)的效率（一般風(fēng)機(jī)為0.6，高效風(fēng)機(jī)約為0.9，取0.8）；機(jī)械傳動(dòng)效率，當(dāng)風(fēng)機(jī)與電機(jī)直聯(lián)傳動(dòng)時(shí)，用聯(lián)軸器連接時(shí)；電動(dòng)機(jī)備有系數(shù)，對(duì)引風(fēng)機(jī)，四、工藝流程圖和重要構(gòu)筑物簡(jiǎn)圖1.脫硫系統(tǒng)工藝流程圖2.噴淋塔五、投資估算雙減法投資估算序號(hào)項(xiàng)目?jī)r(jià)格（萬(wàn)元）備注一新建脫硫塔及附屬設(shè)備材料費(fèi)256二土建施工費(fèi)外循環(huán)池及脫硫塔、箱、罐基本、業(yè)主負(fù)責(zé)三安裝費(fèi)76.8四設(shè)計(jì)及技術(shù)服務(wù)費(fèi)9.9五調(diào)試及措施費(fèi)16.28六基本預(yù)備費(fèi)9.01七稅收27.6八合計(jì)395.59六、效益評(píng)估和重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析1、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用估算運(yùn)營(yíng)費(fèi)用重要有：電費(fèi)、水費(fèi)、人工費(fèi)、藥劑費(fèi)等。（按8000小時(shí)/年計(jì)算）(1)電耗電費(fèi)的支出項(xiàng)目為脫硫液循環(huán)泵等的耗電，初步估計(jì)值見(jiàn)電流表3-4用電量為95.5kw。按電費(fèi)0.52元/kWh，年運(yùn)營(yíng)8000小時(shí)計(jì)。電費(fèi)共41.6萬(wàn)元。電源采用380V,50Hz交流電。(2)水費(fèi)及人工費(fèi)系統(tǒng)需定期補(bǔ)充水，補(bǔ)充水量按3%×408m3/h×8000h=97920噸，水價(jià)按3.0元/噸，計(jì)年水費(fèi)：29.37萬(wàn)元/年。本脫硫系統(tǒng)由于運(yùn)營(yíng)、維護(hù)管理簡(jiǎn)便，安排人進(jìn)行平常管理、維護(hù)，本脫硫系統(tǒng)設(shè)操作定員3人，年工資1.8萬(wàn)元/人，共需人工費(fèi)5.4萬(wàn)元/年。(3)脫硫劑費(fèi)用所用煤的含硫量按1%時(shí)運(yùn)營(yíng)成本估算為，可燃硫的轉(zhuǎn)換率為85%來(lái)計(jì)，脫硫率為95%來(lái)計(jì)，2臺(tái)鍋爐耗煤量為22.5t/h計(jì)算：a.鍋爐二氧化硫生成量為：22.5×0.01×85%×2=382.5Kg/hb.二氧化硫脫除量：脫硫效率按90%設(shè)計(jì)，每小時(shí)二氧化硫脫除量為344.25Kg/hc.脫硫劑費(fèi)根據(jù)SO2脫除量、化學(xué)反映式、鈣硫比（1.05），脫硫劑采用95%的粉狀石灰，5%的片狀火堿。每年按300天計(jì)算。石灰費(fèi)用為（CaO純度≥90%，粒度為200目過(guò)篩85%以上，按市場(chǎng)價(jià)250元/噸）394/0.9×24/1000×300天/年=3152t/年3152t/年×500元/噸=78.8萬(wàn)元/年消耗鈉堿的費(fèi)用為（片狀NaOH純度為99%，市場(chǎng)價(jià)格為：2500元/噸）:20.7/0.99×24/1000×300天/年=150.54t/年150.54t/年×2500元/噸=37.63萬(wàn)元/年表5-2藥劑用量和費(fèi)用初步估算表項(xiàng)目用量單價(jià)年藥劑費(fèi)用石灰394(kg/h)250(元/噸)78.8萬(wàn)元鈉堿20.7(kg/h)2500(元/噸)37.63萬(wàn)元(有廢堿液此項(xiàng)費(fèi)用可省)(4)運(yùn)營(yíng)費(fèi)合計(jì)41.6+29.37+5.4+78.8+37.63=192.8萬(wàn)元該脫硫系統(tǒng)全年(按8000小時(shí)計(jì))總運(yùn)營(yíng)費(fèi)用為192.8萬(wàn)元。2、經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估本項(xiàng)目脫硫年脫除量為382.5×8000=3060t/年，按現(xiàn)行環(huán)保政策2元/kg計(jì)算，則本脫硫系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)后，能為公司減少排污罰款、增長(zhǎng)收益:3060t×1000×2/10000-192.8=419.2萬(wàn)元

七、附錄參照文獻(xiàn)：1.《環(huán)境工程設(shè)計(jì)基本》，邱啟華，楊莉編，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，.92.《環(huán)境工程設(shè)計(jì)基本》，金毓荃、李堅(jiān)編，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，.93.《環(huán)境工程設(shè)計(jì)》，趙立軍、陳進(jìn)富編，北京：中國(guó)石化出版社，.14.《環(huán)境工程專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)案例分析》，郝飛麟,陳雪松編著，杭州:浙江大學(xué)出版社,.025.《環(huán)保設(shè)備基本》，李永峰,李巧燕主編，北京:化學(xué)工業(yè)出版社,6.《固體廢物解決工程技術(shù)手冊(cè)》聶永豐主編北京:化學(xué)工業(yè)出版社,7.《工業(yè)脫硫脫硝技術(shù)》李肇全主編北京:化學(xué)工業(yè)出版社,8.《環(huán)境工程工藝設(shè)計(jì)教程》趙玉明編著北京:中國(guó)環(huán)境出版社,9.《HYPERLINK":8080/opac/openlink.php?title=%E5%A4%A7%E6%B0%94%E6%B1%A1%E6%9F%93%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%B7%A5%E7%A8%8B%E6%A1%88%E4%BE%8B%