大气污染控制工程课程设计

课程设计说明书课程设计说明书 题目：焦化厂焦炉废气的处理 院、院、 系：系： 材料与化工学院材料与化工学院 学科专业：学科专业： 环境工程环境工程 学学 生：生： 李姣李姣 学学 号：号： 100314124100314124 指导教师：指导教师： 郑先俊郑先俊 2013 年 12 月 大气污染控制工程课程设计大气污染控制工程课程设计 焦化厂除尘脱硫工艺设计焦化厂除尘脱硫工艺设计 在炼焦过程中会产生大量的焦炉废气，主要含有二氧化硫和粉尘，二氧化 硫的变化浓度大，水分含量大，如果不进行处理就直接排入大气，不仅会污染 周围的环境，而且会浪费许多可以回收利用的材料，所以必须进行除尘脱硫处 理。将焦炉烟气经管道汇集在一起后通过风机进入到除尘脱硫设备系统中。 1 设计任务设计任务 某焦化厂生产时间为 6:0022:00，生产工艺中将产生焦炉废气。每日生产 中最大排放废气量为 5500m3N/h。焦炉废气中含焦炉粉尘浓度为 15g/m3，粉尘 粒径比较均匀，平均分布大致在 185m。初始废气中 SO2浓度为 5.2g/m3，初 始废气温度为 393K，烟气其余性质近似于空气。请设计该生产废气的治理方案， 并提交完整的工业废气治理方案报告书。 2 设计依据设计依据 2.1 设计原则设计原则 1 采用简单成熟、稳定合理的处理工艺保证处理效果，并节省投资和运行 管 理费用； 2 设备选型应兼顾通用性和先进性，运行稳定可靠、效率高、管理操作方 便、 维修维护工作量少、价格合适； 3 工艺设备的布置合理紧凑、节约用地； 4 系统的抗腐蚀性能良好； 5 严格控制二次污染的产生。 2.2 设计范围设计范围 从烟气汇集后出口开始，景装置入口至排风机出口之间，所有工艺设备、 连接管道、管件、阀门、风机、电气装置、自动控制设备等。 2.3 处理后气体排放标准处理后气体排放标准 1 处理后 SO2气体的排放浓度见表 2.31。 表表 2.3.1 SO2气体的排放标准气体的排放标准 污染物名称取值时间浓度限值（二级标准） 年平均0.06mg/m3 日平均0.15mg/m3 二氧化硫 SO2 1h 平均0.50mg/m3 2 在工业企业设计卫生标准（TJ36-79）中，车间空气卫生标准 SO2最高允 许浓度为 15mg/m3。 3 根据大气污染综合排放标准 （GB16297-1996）得出 SO2 最高排放浓 度 及允许排放速率见表 2.3.2。 表表 2.3.2 SO2最高排放浓度及允许排放速率最高排放浓度及允许排放速率 最高排放浓度 （mg/m3） 最高允许排放速率（kg/h） 烟尘1506.9 SO21200 烟囱高度（20m） 5.1 注：SO2与烟尘最高允许排放浓度采用的是大气污染物综合排放标准中现有污 染源大气污染排放限值的国家二级排放标准。 4 根据炼焦炉大气污染物排放标准 （GB16171-2012）得出现有炼焦炉 排 放标准见表 2.3.3。 表表 2.3.3 炼焦炉允许排放标准炼焦炉允许排放标准 SO2排放标准200mg/m3 烟尘排放标准400mg/m3 综合以上，得出 SO2排放浓度200mg/m3，粉尘排放浓度150mg/m3。 3 工艺设计概述工艺设计概述 3.1 相关参数的计算相关参数的计算 有相关设计参数可以得出脱硫效率： %100 i oi C CC）（ %100 5200 200-5200 ）（ % 2 . 96 %100 )( 0 i i C CC %100 15000 150-15000 ）（ %99 Ci-吸收塔进口处 SO2的含量。 Co-吸收塔出口处 SO2的含量。 除尘效率： Ci-除尘器进口处尘量。 Co-除尘器出口处尘量。 处理烟气量为 5500m3N/h，初始废气温度为 393K（120） ，出口烟气温度 为 70-90，脱硫塔入口处 SO2浓度为 5200mg/m3，出口处 SO2浓度为 200mg/m3，脱硫效率96.2%，吸收塔入口处烟尘浓度为 15000mg/m3，出口处 烟尘浓度为 150mg/m3，除尘效率99%。 3.2 工艺设计范围工艺设计范围 整个设计方案包括初沉工程的所有工艺、设备电气、控制，从风机出口烟 道至烟气排放范围内所有工艺系统、电气控制系统。脱硫工程包括烟气系统、 吸收系统、吸收液再生系统、浆液配置系统、污泥处理系统、工艺水系统、集 散控制系统、辅助系统等。 3.3 方案的比选与确定方案的比选与确定 3.3.1 除尘方案的比选与确定除尘方案的比选与确定 除尘器的设计和选型是除尘工程设计中最重要的环节之一。除尘器的选型 包括除尘器类型、容量大小及针对工具具体要求的选择等。选取除尘器的类型 包括机械除尘器、袋式除尘器、电式除尘器、湿式除尘器、空气过滤器等。 除尘工程中常用的除尘器分为四大类，它们的类型与性能见表 3.3.1。 表表 3.3.1 常用除尘器的类型与性能常用除尘器的类型与性能 形式适用范围不同粒径效率% 干式 作用 力 设备 类型 粉尘 粒径 粉尘 浓度 温度 阻力 （pa） 50m5m1m （m）（g/m3） 重力 重力除 尘器 151020100 51000.0530999986 振 打 清 灰 999999 脉 冲 清 灰 1009999 惯性 力、 扩散 力与 筛分 袋 式 除 尘 器 反 吹 清 灰 0.13-2099 99 喷雾式 除尘器 9993 静电 力 湿式电 除尘器 0.05989898 依据上表数据和设计依据，有电除尘器、喷雾式除尘器、文氏管除尘器和 袋式除尘器满足处理条件，且其中袋式除尘器应用最广，主要原因是袋式除尘 器除尘效率高，能满足严格的环保要求，运行稳定，适应能力强，操作简单， 处理器量可达到每小时几百立方米到数十万立方米，所以在此采用袋式除尘器。 3.3.2 脱硫方案的比选与确定脱硫方案的比选与确定 根据国际能源机构煤炭研究所组织的调查结果显示，1992 年末，全世界 17 个国家的燃煤电厂安装了各种烟气脱硫设备 646 套，其中湿式脱硫工艺占 81.8%。 根据我国具体情况，如果不硬性规定排烟温度，就可以减少气-气换热器 （费用约占脱硫设备投资的 15%左右） ，烟气脱硫方法可分为两类：抛弃法和再 生法。抛弃法即在脱硫过程中将形成的固体产物抛弃，这需要连续不断的加入 新鲜的化学吸收剂。再生法即与 SO2反应后吸收剂可连续不断地在一个闭环系 统中再生，再生后的脱硫剂和由于损耗需补充的新鲜吸收剂再回到脱硫系统循 环使用。烟气脱硫按脱硫剂是否以溶液状态进行脱硫而分为湿法和干法脱硫。 湿法系统指利用碱性吸收液或含触媒粒子的溶液，吸收烟气中的 SO2。干法系 统指利用固体吸附剂和催化剂在不降低烟气温度和不增加湿度的条件下，除去 烟气中的 SO2。 烟气脱硫工艺主要分为湿法抛弃系统、湿法回收系统和干法抛弃系统、干 法回收系统。主要烟气脱硫工艺见表 3.3.2。 表表 3.3.2 主要烟气脱硫工艺介绍主要烟气脱硫工艺介绍 方法脱硫剂活性组分操作过程主要产物 湿法抛弃系统 石灰石/石灰法CaCO3/CaOCa(OH)2浆液CaSO4、CaSO3 双碱法 Na2SO3、CaCO3或 NaOH、CaO Na2SO3溶液脱硫， 由 CaCO3或 CaO 再 生 CaSO4、CaSO3 加镁的石灰石/石灰法MgSO4或 MgOMgSO3CaSO4、CaSO3 碳酸钠法Na2CO3Na2SO3溶液Na2SO4 海水法海水海水碱性物质镁盐和钙盐 湿法回收系统 氧化镁法MgOMg(OH)2浆液15%SO2 钠碱法Na2SO3Na2SO3溶液90%SO2 柠檬酸盐法柠檬酸钠、H2S 柠檬酸钠脱硫、H2S 回收硫 硫磺 氨法NH3H2O氨水硫磺 碱式硫酸铝法Al2O3Al2O3溶液硫酸或液体 SO2 干法抛弃系统 喷雾干燥法Na2SO3或 Ca(OH)2 Na2CO3溶液或 Ca(OH)2浆液 Na2SO3、Na2SO4或 CaSO4、CaSO3 炉后喷吸附剂增湿活化CaO 或 Ca(OH)2石灰或熟石灰粉CaSO4、CaSO3 循环硫化床法CaO 或 Ca(OH)2石灰或熟石灰粉CaSO4、CaSO3 干法回收系统 活性炭吸附法活性炭、H2S 或水 在 400K 吸附，吸附 浓缩的 SO2与 H2S 反应生成硫，或用水 吸收生成硫酸 硫磺或硫酸 表表 3.3.3 烟气脱硫技术综合评价烟气脱硫技术综合评价 烟气脱硫 技术 石灰石/石灰 法 简易湿法喷雾干燥法 炉内喷钙尾部 增湿法 新氨法 环境性能很好好好好好 工艺流程 简易情况 石灰浆制备 要求较高， 流程也复杂 流程较简单流程较简单流程简单 流程复杂，要求 电厂和化肥厂联 合实现 工艺技术 指标 脱硫率 95%，钙硫 比 1.1，利用 率 90% 脱硫率 70%，钙硫比 1.1，利用率 90% 脱硫率 80%， 钙硫比 1.5， 利用率 50% 脱硫率 80%， 钙硫比 2，利 用率 50% 脱硫率 85%- 90%，利用率大 于 90% 吸收剂获 得 容易容易较易较易一般 脱硫副产 品 脱硫渣为 CaSO4，及 少量烟尘， 可以综合利 用，或送堆 渣场堆放 脱硫渣为 CaSO4，及少 量烟尘，可 以综合利用， 或送堆渣场 堆放 脱硫渣为烟尘、 CaSO4、CaSO 3、Ca(OH)2的 混合物，目前 尚不能利用 脱硫渣为烟尘、 CaSO4、CaSO 3、CaO 的混 合物，目前尚 不能利用 副产品为磷酸铵 和高浓度二氧化 硫气体（体积分 数 7%-11%） ，可 直接用于工业硫 酸生产 使用情况 或使用前 景 燃烧高、中 硫煤锅炉当 地有石灰石 矿 燃烧高、中 硫煤锅炉当 地有石灰石 矿 燃烧高、中、 低硫煤锅炉都 可使用 燃烧中、低硫 煤锅 燃烧高、中硫煤 锅炉，附近有联 合化肥厂和液氨 对锅炉及 烟道的负 腐蚀出口烟 囱 腐蚀出口烟 囱 增加除尘器除 灰量，塔壁易 影响锅炉和除 尘器效率 腐蚀烟道 面影响积灰 电耗占总 发电量的 比例 1.5%-2%1%1%0.5%1.0%-1.5% 技术成熟 度 商业化 国内工业示 范 国内工业示范国内工业示范 国内工业试验 由于 SO2 为酸性气体，几乎所有洗涤过程都采用碱性物质的水溶液或浆液。 综合所有，最终选择湿法石灰石/石灰法脱硫工艺。 3.43.4 工艺流程介绍工艺流程介绍 根据焦化厂的实际情况，需对其排放的烟气进行二氧化硫和粉尘的处理， 首先进行烟气的除尘工艺，在进一步进行烟气的二氧化硫脱硫工艺，最后采用 适当的办法对产生的物质进行回收利用。 3.4.13.4.1 除尘系统的设计除尘系统的设计 除尘系统的设计是关系到除尘效果好坏、运行费用高低、管理是否方便、 排放是否合格的关键。 3.4.23.4.2 除尘系统的组成除尘系统的组成 除尘系统由集气罩、进气管道、除尘器、排灰装置、风机、电机、消声器 和排气烟囱等组成，它是利用风机产生的动力，将含尘气体经抽风管道进入除 尘设备内净化，净化后的气体经排气烟囱排除，回收的粉尘由排灰装置排出。 3.4.