大氣脫硫除塵設(shè)計(jì)

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1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)院（系）： 能動(dòng)學(xué)院 課程名稱：大氣污染控制工程 指導(dǎo)教師（簽名）： 專業(yè)班級(jí)： 環(huán)工11 （1、2組） 學(xué)生姓名： 王浩 學(xué)號(hào)： 201120303044 一、課程設(shè)計(jì)題目 某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、課程設(shè)計(jì)的目的 通過本課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的進(jìn)行，目的是使學(xué)生對(duì)大氣污染控制工程課程中的理論基礎(chǔ)知識(shí)有更深入的理解，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，具備分析問題和解決問題的實(shí)踐能力，能夠所學(xué)知識(shí)進(jìn)行工程實(shí)踐。掌握基本的設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)查閱技術(shù)資料，樹立正確的設(shè)計(jì)思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。

2、三、課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求、工作量要求等） 一.設(shè)計(jì)原始資料 1.鍋爐設(shè)備的主要參數(shù) 表一 鍋爐設(shè)備的主要參數(shù) 額定蒸發(fā)量（t/h）（2臺(tái)） 主蒸汽壓力（MPa） 主蒸汽溫度（℃） 燃煤量（t/h） 排煙量（m3/h） 排煙溫度（℃） 220 10 500 40 450000 145 2.煙氣密度（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：1.34㎏/m3 空氣含水（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：0.01296㎏/m3 煙氣在鍋爐出口的阻力：800Pa

3、 排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：15% 當(dāng)?shù)卮髿鈮海?7.86KPa 冬季室外空氣溫度：-20℃ 空氣過剩系數(shù)：a=1.3 3.煤的工業(yè)分析值：C=68%；H=4%；S=1.5%；N=1%；W=6%；A=15%；V=13% 應(yīng)用基灰分：13.38%；應(yīng)用基水分：16.32%；可燃基揮發(fā)分：41.98%；應(yīng)用基低位發(fā)熱量：16768Kj/kg 二、設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn) 煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：200㎎/ m3 二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：900㎎/ m3 三、設(shè)計(jì)要求 按鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13271-20

4、01）中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行 凈化系統(tǒng)布置場(chǎng)地在鍋爐房北側(cè)20米以內(nèi) 一組設(shè)計(jì)除塵系統(tǒng) 二組設(shè)計(jì)脫硫系統(tǒng) 圖1-1.鍋爐房平面布置圖 四、工作進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)期限：2周 五、主要參考文獻(xiàn) [1]大氣污染控制工程》郝吉明，馬廣大主編高等教育出版社 [2]《工業(yè)鍋爐除塵設(shè)備》 國(guó)家環(huán)保局支持中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社 [3]《除塵設(shè)備設(shè)計(jì)》化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書編輯委員會(huì)編著上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 [4]《鍋爐房工藝與設(shè)備》 劉新旺主編

5、科學(xué)出版社出版社 [5]《環(huán)保設(shè)備原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用》鄭銘主編，陳萬(wàn)金副主編；化學(xué)工業(yè)出版社 [6]《環(huán)保工作者實(shí)用手冊(cè)》楊麗芬，李友琥主編科學(xué)出版社 審核批準(zhǔn)意見 系（教研室）主任（簽字） 目 錄 前 言 2 1設(shè)計(jì)任務(wù)書 3 1.1課程設(shè)計(jì)題目 3 1.2設(shè)計(jì)原始材料 3 2 設(shè)計(jì)方案的選擇確定 3 2.1標(biāo)態(tài)下實(shí)際煙氣量的計(jì)算 4 2.2二氧化硫濃度的計(jì)算 5 2.3工況流量及去除效率的計(jì)算 6

6、3脫硫工藝的選擇 7 4相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 4.1.1脫硫塔設(shè)計(jì)計(jì)算 10 4.1.2塔徑及底面積計(jì)算 12 4.1.3漿液池 12 4.1.5煙氣進(jìn)出口的設(shè)計(jì) 13 4.1.6除霧區(qū)高度計(jì)算 14 4.1.7脫硫塔總高度 4.2 5 小結(jié) 15 參考文獻(xiàn) 16 前 言 二氧化硫是大氣中主要污染物之一，是衡量大氣是否遭到污染的重要標(biāo)志。世界上有很多城市發(fā)生過二氧化硫危害的嚴(yán)重事件，使很多人中毒或死亡。在我國(guó)的一些城鎮(zhèn)，大氣中二氧化硫的危害較為普遍而又嚴(yán)重。因?yàn)槊禾吭谖覈?guó)的能源結(jié)構(gòu)中依舊占據(jù)重要的地位，所以我國(guó)的大氣污

7、染以煤煙型污染為主，這就直接導(dǎo)致了我國(guó)的SO2排放量連年增長(zhǎng)，SO2的排放已導(dǎo)致許多地區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重的酸雨現(xiàn)象，由此引起我國(guó)酸雨區(qū)不斷擴(kuò)大，造成全國(guó)每年經(jīng)濟(jì)損失1000億元以上，接近當(dāng)年國(guó)民生產(chǎn)總值的2.4%。我國(guó)目前許多中小型燃煤工業(yè)鍋爐，這成為我國(guó)SO2排放的主要來源之一。而在這些鍋爐中，大部分沒有安裝脫硫設(shè)備,致使許多地區(qū)酸雨頻頻發(fā)生,嚴(yán)重危害了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康。 目前世界上減少二氧化硫排放量的主要措施有三種: 　　1.原煤脫硫技術(shù)，可以除去燃煤中大約40％一60％的無機(jī)硫。優(yōu)先使用低硫燃料，如含硫較低的低硫煤和天然氣等。 2.改進(jìn)燃煤技術(shù)，減少燃煤過程中二氧化硫和氮

8、氧化物的排放量。例如，液態(tài)化燃煤技術(shù)是受到各國(guó)歡迎的新技術(shù)之一。它主要是利用加進(jìn)石灰石和白云石，與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鈣隨灰渣排出。對(duì)煤燃燒后形成的煙氣在排放到大氣中之前進(jìn)行煙氣脫硫。 3.目前主要用石灰法，可以除去煙氣中85％一90％的二氧化硫氣體。不過，脫硫效果雖好但十分費(fèi)錢。例如，在火力發(fā)電廠安裝煙氣脫硫裝置的費(fèi)用，要達(dá)電廠總投資的25％之多。這也是治理酸雨的主要困難之一。。 本設(shè)計(jì)是某燃煤采暖鍋爐房煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要目的就是脫硫，以達(dá)到污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。燃煤鍋爐燃燒過程排放的煙氣中含有大量的二氧化硫污染物，若不采取措施，將會(huì)對(duì)周圍大氣環(huán)境及居民造成嚴(yán)重的影響與危害

9、。 通過本課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的進(jìn)行，目的是使學(xué)生對(duì)大氣污染物控制工程中的理論基礎(chǔ)知識(shí)有更加深入的理解，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，具備分析問題和解決問題的實(shí)踐能力。 1 設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.1課程設(shè)計(jì)題目 某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.2設(shè)計(jì)原始材料 1. 煤的工業(yè)分析如下表（質(zhì)量比，含N量不計(jì)）： 表1 低位發(fā)熱量 C H S W A V 16768kj/kg 68% 4% 1.5% 6% 15% 13% 2.空氣過剩系數(shù)：1.3 3.排煙溫度：145℃ 4.煙氣密度：1.34kg/m3 5.按鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB1321

10、7-2001）中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行： 煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn) (標(biāo)準(zhǔn)狀況下）： 200mg/m3 二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn) (標(biāo)準(zhǔn)狀況下）： 900mg/m3 2 設(shè)計(jì)方案的選擇確定 2.1標(biāo)態(tài)下實(shí)際煙氣量的計(jì)算 燃燒單位質(zhì)量煤所需理論空氣量： 表3 樣煤成分表 重量(g) 摩爾數(shù)(mol) 需氧數(shù)(mol) C 680 56.67 56.67 H 40 40 10 S 15 0.47 0.47 H2O 60 3.33 以1kg燃煤燃燒為基礎(chǔ)，則由上樣煤成分表得 理論需氧量為56.67+10

11、+0.47=67.14mol/kg 假定干空氣中氮和氧的摩爾比（體積比）為3.78，則1kg煤完全燃燒所需要的理論空氣量為： 67.14（3.78+1）22.4/1000=7.19m3/kg 理論空氣量條件下煙氣組成（mol）為： CO2：56.67 H2O：20+3.33 SOx：0.47 N2：67.143.78 理論煙氣量為 即 空氣過剩系數(shù)時(shí)，實(shí)際煙氣量為 2.2二氧化硫濃度的計(jì)算 煙氣中SO2濃度： V——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實(shí)際煙氣量， 2.3工況流量及去除

12、效率的計(jì)算 工況流量 式中 Q——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量， ——工況下煙氣溫度，K ——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度，273K 二氧化硫去除率： = 式中C、含義類上。 3.脫硫工藝的選擇 3.1 脫硫工藝比較 表5 幾種脫硫工藝比較 石灰石石膏法 簡(jiǎn)易氨法 噴霧干燥法 LIFAC 電子束法 新氨法 磷氨肥法 環(huán)境性能 很好 好 好 好 很好 好 好 工藝流程簡(jiǎn)易情況 石灰漿制備要求較高，流程也復(fù)雜 流程較簡(jiǎn)單 流程較簡(jiǎn)單 流程簡(jiǎn)單 流程簡(jiǎn)單，為干法過程 流程復(fù)雜，要求

13、電廠和化肥廠聯(lián)合實(shí)現(xiàn) 脫硫流程簡(jiǎn)單，制肥部分復(fù)雜 工藝技術(shù)指標(biāo) 脫硫率95%，鈣硫比1.1，利用率90% 脫硫率70%，鈣硫比1.1，利用率90% 脫硫率80%，鈣硫比2，利用率50% 脫硫率80%，鈣硫比2，利用率50% 脫硫率可達(dá)90%以上，并可脫一部分氮 脫硫率85%-90%，利用率大于90% 脫硫率95%以上 吸收劑獲得 容易 容易 較易 較易 一般 一般 一般 脫硫副產(chǎn)品 脫硫渣為CaSO4及少量煙塵，可以綜合利用，或送堆渣場(chǎng)堆放 脫硫渣為CaSO4及少量煙塵，可以綜合利用，或送堆渣場(chǎng)堆放 脫硫渣為煙塵、CaSO4、CaSO3、Ca(OH)2

14、的混合物，目前尚不能利用 脫硫渣為煙塵、CaSO4、CaSO3、CaO的混合物，目前尚不能利用 副產(chǎn)品為硫銨和硝銨混合物，含氮量20%以上，可作氮肥或復(fù)合肥料，無二次污染 副產(chǎn)品為磷酸銨和高濃度二氧化硫氣體（7%-11%），可直接用于工業(yè)硫酸生產(chǎn) 脫硫產(chǎn)品為含N+P2O5%以上的氮磷復(fù)合料 適用情況或應(yīng)用前景 燃高中硫煤鍋爐，當(dāng)?shù)匾延惺沂V 燃燒高中硫煤鍋爐，當(dāng)?shù)赜惺沂V 燃燒中、低硫煤鍋爐 燃燒中、低硫煤鍋爐 燃燒高中硫煤鍋爐，附近有液氨供應(yīng) 燃高中硫煤鍋爐，附近有聯(lián)合化肥廠和液氨 燃燒高硫煤鍋爐，附近有磷礦 對(duì)鍋爐及煙道的負(fù)面影響 腐蝕出口煙囪 腐蝕出口煙

15、囪 增加除塵器除灰量，塔壁易積灰 影響鍋爐和除塵器效率 腐蝕煙道 腐蝕煙道 3.2 煙氣脫硫（FGD）工藝經(jīng)濟(jì)性能比較 表6 幾種煙氣脫硫（FGD）工藝經(jīng)濟(jì)性能比較 工藝流程 濕式石灰石-石膏法 噴霧干燥法 LIFAC法 CDSI 法 適用煤種含硫量(%) ＞1.5 1-3 ＜2 ＜2 Ca/S 1.1 1.5 2.0 1.5 鈣的利用率(%) ＞90 40-45 35-40 4-45 脫硫成效(%) ＞90 80-85 70-75 60-70 投資占電廠投資比例(%) 13-19 8-12

16、 3-5 2-4 脫硫費(fèi)用(元/tSO2脫除) 900-1250 750-1050 600-900 600-800 設(shè)備占地面積 大 中 小 極小 灰渣狀態(tài) 濕 干 干 干 煙氣再熱 需 無需 無需 無需 3.3 脫硫方案的確定 目前, 燃煤企業(yè)脫硫技術(shù)大體可概括為干法、半干法和濕法, 而技術(shù)比較成熟、應(yīng)用最廣泛的是濕法石灰石/石膏法, 但是該工藝存在投資運(yùn)行費(fèi)用高、易結(jié)垢、易腐蝕等問題, 造成設(shè)備腐蝕快、維護(hù)費(fèi)用高, 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用也受到一定限制。 3.4 脫硫塔類型選擇 目前較常用的吸收塔主要有噴淋塔、填料塔、噴射鼓泡塔和道爾頓型塔四

17、類 。噴淋塔是濕法脫硫工藝的主流塔型，而填料塔作為氣液兩相在塔內(nèi)連續(xù)接觸的典型形式。 3.5 噴淋塔 含塵空氣進(jìn)氣口進(jìn)入除塵箱，因氣體突然擴(kuò)張，流速驟然降低，顆料較粗的粉塵，靠其自重力向下沉降，落入灰斗。細(xì)小粉塵通過各種效應(yīng)被吸附在濾袋外壁，經(jīng)濾袋過濾后的凈化空氣，通過文氏管進(jìn)入上箱體，從出氣口排出，被吸附在濾袋外壁的粉塵，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，越積越厚，除塵器阻力逐漸上升，處理的氣體量不斷減少，為了使除塵器經(jīng)常保持有效狀態(tài)，設(shè)備阻力穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，就需要清除吸附在濾袋外面的積灰。 3.6 填料塔 填料塔內(nèi)氣液兩相連續(xù)接觸，清灰方式作用強(qiáng)度很大，而且其強(qiáng)度和頻率都可以調(diào)節(jié)，所以清

18、灰效果好。 本設(shè)計(jì)采用噴淋塔。 4 相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1.1 脫硫塔設(shè)計(jì)計(jì)算 吸收塔是脫硫裝置的核心設(shè)備，采用集冷卻、吸收、除霧于一體的噴淋空塔。脫硫塔由塔筒體、吸收器、除霧器、沖洗系統(tǒng)等組成。 由前面計(jì)算得鍋爐在標(biāo)準(zhǔn)狀況下煙氣流量為： 4.1.2 塔徑及底面積計(jì)算 塔內(nèi)流速：取 煙氣中SO2的產(chǎn)生量為0.4722.4/100040000=421.12m3/h=0.117m3/s 煙氣的體積流量（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）Q1=（9.64740000）/3600=107m3/s 設(shè)塔內(nèi)操作溫度為50℃，此條件下煙氣流量為: Q2=107(50+273)/(

19、20+273)=117.9m3/s 取2.89m D=2r=5.78m 即塔徑為5.78米。底面積S=πr2=26.23m2 4.1.3 吸收區(qū)的高度計(jì)算 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=2.5s,則吸收區(qū)的高度為： h1=vt=4.52.5=11.25m 4.1.4漿液池 漿池容量V1=L/GQt 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)石灰石法噴淋塔中液氣比一般為15-25L/m3,本工藝取15L/m3 V─煙氣標(biāo)態(tài)濕態(tài)容積 t―漿液停留時(shí)間 V=15117300=523.5m3 選取漿液池的內(nèi)徑略大于吸收區(qū)內(nèi)徑D2=7m 漿液池高度：h2=

20、4V/(πd22)=4526.5/(π72)=13.6m 煙氣進(jìn)口底部到漿液面距離一般為0.8-1.2m,取h3=1m。 4.1.5煙氣進(jìn)出口的設(shè)計(jì) 取入口寬度與直徑之比0.6，出口寬度與直徑之比取0.7.則入口寬度： L1=9.20.6=5.52m L2=9.20.7=6.44m 一般取吸收入口煙氣溫度為100，出口煙氣溫度為50. V入=117373.15/293.15=148.9m3/s V出=117323.15/293.15=128.9m3/s 進(jìn)出口煙氣流速一般為12-18m/s,取15m/s 則入口高度h入=148.9

21、/(155.52)=1.79m 出口高度h出=128.9/(156.44)=1.33m 4.1.6 除霧區(qū)高度計(jì)算 除霧器設(shè)計(jì)為兩段，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噴淋層3～3. 5m ；距最上層沖洗噴嘴3. 4～3. 5m，這里都取3. 5m，則除霧區(qū)高度 最上層沖洗噴嘴距吸收塔出口的距離為塔直徑的50%～100%，這里取80%，故該距離為 4.1.7 脫硫塔總高度 綜上，噴淋塔總高度 4.2 煙囪的設(shè)計(jì) 4.2.1 煙囪高度的確定 4.2.2煙囪有效源高度 相關(guān)資料可得燃燒鍋爐煙囪最低允許高

22、度設(shè)為Hs=60m 煙氣熱釋放熱計(jì)算 工況下Qv= n1取3/5，n2取2/5，n0取0.292 4.2.3 煙囪直徑的確定 設(shè)煙氣在煙囪內(nèi)流速 V=40m/s，平均截面積為 A=163/40=4.07m2 平均直徑 4.3 系統(tǒng)阻力計(jì)算 4.3.1 摩擦阻力計(jì)算 式中L——管道長(zhǎng)度，m d——管道直徑，m ——煙氣密度， ——管中氣流平均速率 ——摩擦阻力系數(shù) 5．小結(jié) 感謝我的指導(dǎo)老師商老師耐心的看完了我的設(shè)計(jì)。通過本次課程

23、設(shè)計(jì)，我充實(shí)了自己的專業(yè)知識(shí)，了解了很多環(huán)境工程設(shè)計(jì)方面的工藝，結(jié)合了課堂上的理論知識(shí)，熟悉了煙氣脫硫的計(jì)算與設(shè)計(jì)流程、方法與步驟，嘗試了編寫了一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)說明書。 由于大氣設(shè)計(jì)的資料較少，此次設(shè)計(jì)遇到了很多困難，也感謝所有在此次設(shè)計(jì)中給予我?guī)椭慕M員。 參考文獻(xiàn) [1] 郝吉明，馬廣大 大氣污染控制工程 高等教育出版社 2002. [2] 丁承剛. 濕法煙氣脫硫關(guān)鍵參數(shù)簡(jiǎn)析[J ] 國(guó)際電力出版社 2002 [3] 金毓荃 環(huán)境工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M] 北京化學(xué)工業(yè)出版社 2002 [4] 柴曉利等 環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南[M] 化學(xué)工業(yè)出版社 2008 [5] 李喜等 煙氣脫硫技術(shù)研究進(jìn)展[J] 化學(xué)工業(yè)與工程 2006