大气污染控制课程设计——钙基脱硫工艺

目目 录录 第一章 大气污染控制工程课程设计任务与指导书任务与指导书.3 1.1 设计任务与目的3 1.2 设计内容和步骤3 1.3 设计成果 4 1.4 设计基础资料 .5 1.5 主要参考资料 .5 1.6 湿法钙基烟气脱硫课程设计报告要求 5 第二章 烟气脱硫工艺主要设备吸收塔设计和选型烟气脱硫工艺主要设备吸收塔设计和选型.7 2.0 工艺简介 7 2.1 吸收塔的设计 8 2.2 烟气脱硫吸收塔工艺技术要求.8 2.3 喷淋吸收空塔主要工艺设计参数 .9 (1)烟气流速 9 (2)喷淋塔吸收区高度（h1）.10 (3)喷淋塔除雾区高度（h3）.12 (4)喷淋塔浆液池高度设计（h2）.14 (5)喷淋塔烟气进口高度设计（h4） .14 (6)喷淋塔的直径设计 15 (7)吸收塔喷淋系统的设计.17 2.4 配套设施设计计算 .18 （1）增压风机的选型18 （2）烟气换热器的选型18 （3）浆液循环泵的选型18 （4）氧化风机的选型19 （5）氧化吸收池搅拌机的选型19 （6）石灰石浆液制备系统20 第三章 总图设计.21 3.1 一般规定21 3.2 总平面布置 .22 3.3 交通运输.23 3.4 综合管线布置23 第四章 致谢23 第五章 参考文献.24 第六章 附录24 环境学院 07 级大气污染控制工程课程设计 3 第一章 大气污染控制工程课程设计任务与指导书任务与指导书 1.1 设计任务与目的 任务：完成某电厂湿法钙基烟气脱硫工艺流程中吸收塔设计。 目的：通过该设计，使学生能够综合运用课堂上学过的理论知识和专业知 识。以巩固和深化课程内容；熟悉使用规范、设计手册和查阅参考资料，培养 学生分析问题、解决问题和独立工作的能力；进一步提高学生计算、绘图和编 写说明书的基本技能。 1.2 设计内容和步骤 某电厂地处东南季风区，四季分明，温暖湿润，春季温暖雨连绵，夏季炎 热雨量大，秋季凉爽干燥，冬季低温，少雨雪。 根据当地气象台多年气象资料统计，其特征值如下： 累年平均气压： 1011.0hPa 累年最高气压： 1038.9hPa 累年最低气压： 986.6hPa 累年平均气温： 17.6 极端最高气温： 40.9 极端最低气温： -9.9 厂址处全年北(N)风出现频率为 20.0%，西北 (NW)风 出现频率为 14.7%， 西(W)风出现频率 13.1%，南(S)风出现频率 6.0%，东北(WE)风出现频率 9.6%， 东(E)风出现频率 8.3%，东南(SE)风出现频率 8.0%，西南(SW)风出现频率 7.2%， 静风出现频率为 13.1%。 电厂有 4 台 60MW 的发电机组，占地面积 25000m2。电厂所用煤的组成成 分：C 70.7%；灰分 12.1%；S 2.7%；H 3.2%；水分 9.0%； O 2.3%，每小时煤的 用量 90t，采用石灰石石膏脱硫工艺流程，脱硫率要求为 85-90%。 1. 根据上述资料，确定烟气量(锅炉燃烧的过剩空气系数取 a=1.05-1.2,锅炉 每小时用煤 90t)、烟气中 SO2浓度和每天石灰石（其纯度为 90%）的消耗量(设 系统钙硫比为 1.1-1.2 时，脱硫率达到 85-90%)；(过剩空气系数系数、钙硫比和 脱硫率在给的范围内自定，希望不要雷同) 2. 计算和设计各处理构筑物。 （1）吸收喷淋塔）吸收喷淋塔 确定吸收塔的大小，塔内气流速度以及停留时间； 根据烟气量确定循环浆液喷淋层数，除雾器层数（不超过 4 层） ； 绘制 1：501：200 的吸收塔草图，标上各部分尺寸； 要有详细的技术和说明 （2）总平面图设计）总平面图设计 根据前述条件，绘制湿法烟气脱硫电厂的平面布置图(1：2001：2000)： 包括处理构筑物的平面布置及输配水管线的布置。生产性辅助建筑物（鼓风机 房、浆液泵房、配电间、锅炉房、机修间、化验室、仓库等） ，环保设施（脱硫 设备、污水处理厂及灰场等） 、以及生活福利建筑（办公室、车库、宿舍、食堂、 传达室等）的布置。 具体要求： 平面布置应尽量紧凑，在规定的范围内结合远期发展布置，并应考虑施 工上的方便。 平面布置中应考虑事故排除和超越管。 厂内应有道路通向各构筑物，以便运输；合理布置上、下水管、空气管、 蒸气管、电缆等管线。 厂内应充分绿化，以改善卫生条件和美化环境。 4 台发电机组以及与其配套的实施在图中均要绘出。 1.3 设计成果 1.设计说明书 环境学院 07 级大气污染控制工程课程设计 5 整理后的说明书应编有章节目录，设计任务来源，原始资料和设计要求 放在最前，分组表随其后，各人在分组表中划定自己的设计条件。 处理构筑物的设计与计算应按流程的先后次序分章节编写。 对所采用的设计数据（反映了设计者的设计思想及设计原则）应做必要 的说明。 1 说明书要求 A4 开纸，用钢笔书写或打印（正文宋体、小四号字，1.5行 距） ，草图要求按比例. 2.设计计算书各构筑物的计算过程、主要设备（如吸收塔、等）的选取 等； 3.图纸要求 总平面图比例 1：2001：2000，并附有图例，建筑物名称及必要的说 明。 其他图按已有说明给出。 1.4 设计基础资料 各小组及个人任务见分组表。 1.5 主要参考资料 1 郝吉明, 马广大. 大气污染控制工程(第二版). 北京: 高等教育出版社, 2002. 2 吴忠标. 大气污染控制工程. 杭州: 浙江大学出版社, 2001. 3 魏先勋等. 环境工程设计手册(修订版). 长沙: 湖南科学技术出版社, 2002. 4 刘天齐. 三废处理工程技术手册(废气卷). 北京: 化学工业出版社，1999. 1.6 湿法钙基烟气脱硫课程设计报告要求 （一）课程设计文本结构 1、课程设计任务书 2、课程设计目录 3、课程设计正文 4、致谢 5、附录 6、参考文献 (二)对以上内容的要求 1第 1 条的要求由指导教师把关 2文本每页右下角必须有页码，目录中必须标明页码。 3课程设计正文内容序号为：一、二、三、；、；(1)、(2)、 (3)、.。 湿法钙基烟气脱硫课程设计要求表述详细和计算精确。要求论理正确、论据确凿、逻 辑性强、层次分明、表达确切。 对设计过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。 4致谢：简述自己通过湿法烟气脱硫课程设计报告的体会，并对指导教师 以及协助完成报告的有关人员表示谢意。 5参考文献：为了反映文稿的科学依据和作者尊重他人研究成果的严肃态 度以及向读者提出有关信息的出处，正文中应按顺序在引用参考文献处的文字 右上角用标明， 中序号应与“参考文献”中序号一致，正文之后则应刊 出参考文献，并列出只限于作者亲自阅读过的最主要的发表在公开出版物上的 文献。 参考文献的著录，按著录/题名/出版事项顺序排列： 期刊著者，题名，期刊名称，出版年，卷号(期号)，起始页码。 书籍著者，书名、版次(第一版不标注)，出版地，出版者，出版年，起 始页码。 7文字要求：文字通顺，语言流畅，无错别字，一般情况下应采用计算机 打印成文。 8、图纸要求：图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸 标注规范，使用计算机绘图。 环境学院 07 级大气污染控制工程课程设计 7 第二章 烟气脱硫工艺主要设备吸收塔设计和选型烟气脱硫工艺主要设备吸收塔设计和选型 2.02.0 工艺简介工艺简介 锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、GGH(可选)降温后进入吸收塔。 在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液 则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除 SO2、SO3、HCL 和 HF， 与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏 （CaSO42H2O） ，并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输 送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通 常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。 在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏 浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器（作为一 级脱水设备） 、浆液分配器和真空皮带脱水机。 经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的 浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾 器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定 吸收塔液位。 在吸收塔出口，烟气一般被冷却到 4655左右，且为水蒸气所饱和。通 过 GGH 将烟气加热到 80以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。 最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。 脱硫过程主反应由以下几个： SO2 + H2O H2SO3 (吸收) CaCO3 + H2SO3 CaSO3 + CO2 + H2O (中和) CaSO3 + 1/2 O2 CaSO4 (氧化) CaSO3 + 1/2 H2O CaSO31/2H2O (结晶) CaSO4 + 2H2O CaSO42H2O (结晶) CaSO3 + H2SO3 Ca(HSO3)2 (pH 控制) 同时烟气中的 HCL、HF 与 CaCO3 的反应，生成 CaCl2或 CaF2。吸收塔中的 pH 值通过注入石灰石浆液进行调节与控制，一般 pH 值在 5.56.2 之间。 主要工艺流程如图 2.12.1 吸收塔的设计 吸收塔是脱硫装置的核心，是利用石灰石和亚硫酸钙来脱去烟气中二氧化硫 气体的主要设备，要保证较高的脱硫效率，必须对吸收塔系统进行详细的计算， 包括吸收塔的尺寸设计，塔内喷嘴的配置，吸收塔底部搅拌装置的形式的选择、 吸收塔材料的选择以及配套结构的选择（包括法兰、人孔等） 。 2.22.2 烟气脱硫吸收塔工艺技术要求 电厂所用煤的组成成分：C 70.7%；灰分 12.1%；S 2.7%；H 3.2%；水分 9.0%； O 2.3%，每小时煤的用量 90t，采用石灰石石膏脱硫工艺流程，脱 环境学院 07 级大气污染控制工程课程设计 9 硫率要求为 88%。其中锅炉燃烧的过剩空气系数取 a=1.1、设系统钙硫比 1.2、 脱硫率 88%。 以 1000g 干燥煤为基准。那么每种组分的摩尔分数分别为： 、 molnC92.58 12 707 molnS8438 . 0 32 27 molnH422 18 90 1 32 。生成物的摩尔分数分别是 molnO4375. 6 18 90 16 23 2 、 2、2 。molmolmol438.8021 2 42 92.58、 燃烧需要的量：，锅 2 O煤 化学计量 kgmol n n n nn O S H C /045.67 24 炉燃烧的过剩空气系数取。1 . 1a 所需空气量所需空气量：煤 化学计量 kgmol /9.1351 1.20 E1 nn 即：煤kgm /78 . 7 1000 4 . 22n v 3 烟气量：烟气量： 即： 煤kgm /18.8 1000 4.22n v 3 标况烟气流量： 其中体积为： 2 煤kg/0.0189m22.4/10000.8438 3 烟气中浓度为： 2 ppm SO 5 . 2310 1018 . 8 0189. 0 P 62 即： 33 /106 . 6 18 . 8 1000/648438 . 0 2 mkgP SO V 按照的排放标准，则脱硫率至少为，本设 700/3 %39.89%100 6 . 6 70 . 0 6 . 6 计方案取 90%，设系统钙硫比 1.2，则 一天内石灰石的消耗量石灰石的消耗量为：t01.24390 . 0 /242 . 11008438 . 0 1090 3 煤kgmol nnnnnn ONOHSC /58.36521.01.019.35179.019.351 2 42 8438.092.58 222 smhmQV/ 7 . 204/1037 . 7 1000/100090 4 . 2258.365 335 2.3 喷淋吸收空塔主要工艺设计参数喷淋吸收空塔主要工艺设计参数 (1)(1)烟气流速烟气流速 在保证除雾器对烟气中所携带水滴的去除效率及吸收系统压降允许的条件 下，适当提高烟气流速，可加剧烟气和浆液液滴之间的湍流强度，从而增加两 者之间的接触面积。同时，较高的烟气流速还可持托下落的液滴，延长其在吸 收区的停留时间，从而提高脱硫效率。 另外，较高的烟气流速还可适当减少吸收塔和塔内件的几何尺寸，提高吸 收塔的性价比。在吸收塔中，烟气流速通常为 34.5m/s。许多工程实践表明， 3.5m/s烟气流速(110%过负荷)4.2m/s 是性价比较高的流速区域。综合考量， 本设计烟气流速烟气流速取 3.5m/s。 (2)(2)喷淋塔吸收区高度（喷淋塔吸收区高度（h h1 1） 含有二氧化硫的烟气通过喷淋塔将此过程中塔内总的二氧化硫吸收量平均 到吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收塔的平均容积负荷平均容积吸收率， 以表示。 (1) h C K V Q 0 其中 C 为标准状态下进口烟气的质量浓度，kg/m3,本设计为 6.6g/m3； 为给定的二氧化硫吸收率,;本设计方案为 90； h 为吸收塔内吸收区高度，m； K0为常数，其数值取决于烟气流速 u(m/s)和操作温度()； K0=3600u273/(273+t) 由于传质方程可得喷淋塔内单位横截面面积上吸收二氧化硫的量为： （2） my yhakyyG)( 21 其中: G 为载气流量(二氧化硫浓度比较低，可以近似看作烟气流量)， 环境学院 07 级大气污染控制工程课程设计 11 kmol/( m2.s)； y1,y2 分别为、进塔出塔气体中二氧化硫的摩尔分数（标准状态下 的体积分数） ； ky 单位体积内二氧化硫以气相摩尔差为推动力的总传质系数， kg/(m3s)； a 为单位体积内的有效传质面积，m2/m3； 为平均推动力，即塔底推动力， m y ；)ln(/)( 2121 yyyyym 所以 (3)hyyG/)( 21 吸收效率，所以 21/ 1yy%0203 . 0 11 yy 又因为 )(273/)273(4.22流速utG 将式子（3）的单位换算成,可以写成)/(kg 2 sm (4) huy t / 273 273 4 . 22 64 3600 1 在喷淋塔操作温度下、烟气流速为 u=3.5m/s、脱硫效率 C 75 2 50100 ，前面已经求得原来烟气二氧化硫质量浓度为90 . 0 2 SO 33 /106 . 6mmga 而原来烟气的流量（标准状态时）为smhm/7 .204/1037 . 7 335 故在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为 gmmgmSO02.1351/106 . 6 7 . 204 33 2 smsLmolL molg g VSO/47 . 0 /857.472/ 4 . 22 /64 02.1351 3 2 则根据理想气体状态方程，在标准状况下，体积分数和摩尔分数比值相等 故，又烟气流速,%23 . 0 %100 /7 .204 /47 . 0 3 3 1 sm sm ysmu/5 . 3%23 . 0 1 y Ct 75,90 . 0 由已经有的经验，吸收率范围在之间，取)/(5 . 65 . 5 3 smkg ；)/(6 3 smkg 代入（4）式可得h/90 . 0 0023 . 0 5 . 3 75273 273 4 . 22 64 36006 故吸收区高度：吸收区高度： (3)(3)喷淋塔除雾区高度（喷淋塔除雾区高度（h h3 3） 吸收塔均应装备除雾器，在正常运行状态下除雾器出口烟气中的雾滴浓度应 该不大于 75mg/m3。 除雾器一般设置在吸收塔顶部（低流速烟气垂直布置）或出口烟道（高流速 烟气水平布置),通常为二级除雾器二级除雾器。除雾器设置冲洗水，间歇冲洗冲洗除雾器。 湿法烟气脱硫采用的主要是折流板除雾器，其次是旋流板除雾器。 除雾器的选型 折流板除雾器 折流板除雾器是利用液滴与某种固体表面相撞击而将液滴 凝聚并捕集的，气体通过曲折的挡板，流线多次偏转，液滴则由于惯性而撞击 在挡板被捕集下来。通常，折流板除雾器中两板之间的距离为 20-30mm，对于 垂直安置，气体平均流速为 23m/s；对于水平放置，气体流速一般为 610m/s。气体流速过高会引起二次夹带。 旋流板除雾器 气流在穿过除雾器板片间隙时变成旋转气流，其中的液滴 在惯性作用下以一定的仰角射出作螺旋运动而被甩向外侧，汇集流到溢流槽内， 达到除雾的目的，除雾率可达 9099。 喷淋塔除雾区分成两段，每层喷淋塔除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层 冲洗喷嘴距最上层喷淋层（3-3.5）m，距离最上层冲洗喷嘴（3.4-32）m。 除雾器的主要设计指标 a.冲洗覆盖率：冲洗覆盖率是指冲洗水对除雾器断面的覆盖程度。冲洗覆 盖率一般可以选在 100 %300 %之间。 mmh7 . 974 . 9 1 环境学院 07 级大气污染控制工程课程设计 13 %203%100 15 15.0020 %100 tan 2222 A hn 所以冲洗覆盖率 式中：n 为喷嘴数量，20 个； 为喷射扩散角，90； A 为除雾器有效通流面积 ,15 m2； h 为冲洗喷嘴距除雾器表面的垂直距离,0.05m； b.除雾器冲洗周期：冲洗周期是指除雾器每次冲洗的时间间隔。由于除雾 器冲洗期间会导致烟气带水量加大。所以冲洗不宜过于频繁,但也不能间隔太长,否 则易产生结垢现象,除雾器的冲洗周期主要根据烟气特征及吸收剂确定。 c.除雾效率。指除雾器在单位时间内捕集到的液滴质量与进入除雾器液滴 质量的比值。影响除雾效率的因素很多,主要包括:烟气流速、通过除雾器断面 气流分布的均匀性、叶片结构、叶片之间的距离及除雾器布置形式等。 d.系统压力降。指烟气通过除雾器通道时所产生的压力损失 ,系统压力降 越大 ,能耗就越高。除雾系统压降的大小主要与烟气流速、叶片结构、叶片间 距及烟气带水负荷等因素有关。当除雾器叶片上结垢严重时系统压力降会明显 提高 ,所以通过监测压力降的变化有助把握系统的状行状态 ,及时发现问题 , 并进行处理。 e.烟气流速。通过除雾器断面的烟气流速过高或过低都不利于除雾器的正 常运行 ,烟气流速过高易造成烟气二次带水,从而降低除雾效率,同时流速高、 系统阻力大,能耗高。通过除雾器断面的流速过低,不利于气液分离,同样不利于 提高除雾效率。设计烟气流速应接近于临界流速。根据不同除雾器叶片结构及 布置形式,设计流速一般选定在 3.55.5m/ s 之间。本方案的烟气设计流速为 3.5m/s。 f.除雾器叶片间距。除雾器叶片间距的选取对保证除雾效率 ,维持除雾系 统稳定运行至关重要。叶片间距大 ,除雾效率低 ,烟气带水严重 ,易造成风机 故障 ,导致整个系统非正常停运。叶片间距选取过小,除加大能耗外 ,冲洗的效 %100 tan % 22 A hn 冲洗覆盖率 果也有所下降 ,叶片上易结垢、堵塞 ,最终也会造成系统停运。叶片间距一般 设计在 2095mm。目前脱硫系统中最常用的除雾器叶片间距大多在 3050mm。 g.除雾器冲洗水压。除雾器水压一般根据冲洗喷嘴的特征及喷嘴与除雾器 之间的距离等因素确定，喷嘴与除雾器之间距离一般小于 1m ,冲洗水压低时, 冲洗效果差,冲洗水压过高则易增加烟气带水,同时降低叶片使用寿命。 h.除雾器冲洗水量。选择除雾器冲水量除了需满足除雾器自身的要求外， 还需考虑系统水平衡的要求,有些条件下需采用大水量短时间冲洗,有时则采用 小水量长时间冲洗,具体冲水量需由工况条件确定,一般情况下除雾器断面上瞬 时冲洗耗水量约为hmm 23 /41 综上所述，除雾区的最终高度确定为 3.5m，即mh5 . 3 3 (4)(4)喷淋塔浆液池高度设计（喷淋塔浆液池高度设计（h2） 浆液池容量 V1按照液气比 L/G 和浆液停留时间来确定，计算式子如下： 11N L VVt G 其中：L/G 为液气比,12.2L/m3； VN为烟气标准状态湿态容积，VN=Vg=204.7m3/s； t1=2-6 min,取 t1=5min=300s。 由上式可得喷淋塔浆液池体积 33 11 749202.74930047.2020.12mmtV G L V N 吸收塔内径 mm u V D g i 0 . 997. 8 5 . 314 . 3 221 22 选取浆液池内径大于吸收区内径 1m，内径 D2= Di+1m=10.0m 而 2 2 2 2 21 0 . 1014 . 3 25. 014 . 3 25 . 0 hhDV 环境学院 07 级大气污染控制工程课程设计 15 所以浆液池高度mh5 . 9 2 (5)(5)喷淋塔烟气进口高度设计（喷淋塔烟气进口高度设计（h h4 4） 根据工艺要求，进出口流速（一般为 12m/s-30m/s）确定进出口面积，一 般希望进气在塔内能够分布均匀，且烟道呈正方形，故高度尺寸取得较小，但 宽度不宜过大，否则影响稳定性. 因此取进口烟气流速为 20m/s，而烟气流量为 204.7m3/s， 可得 smsmh/ 7 . 204/20 3 2 4 所以 h4=3.20m 23.20=6.40m(包括进口烟气和净化烟气进出口烟道高度) 综上所述，喷淋塔的总高（设为 H,单位 m）等于喷淋塔的浆液池高度 h2 (单位 m)、喷淋塔吸收区高度 h1 (单位 m)和喷淋塔的除雾区高度 h3（单位 m） 相加起来的数值。此外，还要将喷淋塔烟气进口高度 h4（单位 m）计算在内 因此喷淋塔最终的高度为 ,取圆整值 29m。mmmmmhhhhH 1 . 2940 . 6 5 . 95 . 37 . 9 4321 烟气的停留时间=（29.1-9.5-6.4）3.5=3.77s (6)(6)喷淋塔的直径设计喷淋塔的直径设计 根据锅炉排放的烟气，计算运行工况下的塔内烟气体积流量，此时要考虑 以下几种引起烟气体体积流量变化的情况：塔内操作温度低于进口烟气温度， 烟气容积变小；浆液在塔内蒸发水分以及塔下部送入空气的剩余氮气使得烟气 体积流量增大。喷淋塔内径在烟气流速和平均实际总烟气量确定的情况下才能 算出来，而以往的计算都只有考虑烟道气进入脱硫塔的流量，为了更加准确， 本方案将浆液蒸发水分 V2 (m3/s)和氧化风机鼓入空气氧化后剩余空气流量 V3 (m3/s) 均计算在内，以上均表示换算成标准状态时候的流量。 吸收塔进口烟气量 Va (m3/s)计算 该数值已经由设计任务书中给出，烟气进口量为：204.7 m3/s 然而，该计算数值实质上仅仅指烟气在喷淋塔进口处的体积流量，而在喷 淋塔内延期温度会随着停留时间的增大而降低，根据 PVT 气体状态方程，要算 出瞬间数值是不可能的，因此只能算出在喷淋塔内平均温度下的烟气平均体积 流量。 蒸发水分流量 V2 (m3/s)的计算 烟气在喷淋塔内被浆液直接淋洗，温度降低，吸收液蒸发，烟气流速迅速 达到饱和状态，烟气水分由 6%增至 13%，则增加水分的体积流量 V2 (m3/s)为： V2=0.07204.77(m3/s)=14.3(m3/s)（标准状态下） 氧化空气剩余氮气量 V3 (m3/s) 在喷淋塔内部浆液池中鼓入空气，使得氧化成，这部分空气 3 CaSO 4 CaSO 对于喷淋塔内气体流速的影响是不能够忽略的，因此应该将这部分空气计算在 内。 假设空气通过氧化风机进入喷淋塔后，当中的氧气完全用于氧化亚硫酸钙， 即最终这部分空气仅仅剩下氮气、惰性气体组分和水汽。理论上氧化 1 摩尔亚 硫酸钙需要 0.5 摩尔的氧气。(假设空气中每千克含有 0.23 千克的氧气 ) 又质量流率smVSO/472 . 0 3 2 根据物料守衡,总共需要的氧气质量流量 该质量流量的氧气总共需要的空气流量为 标准状态下的空气密度为 1.293kg/ m3 故 综上所述，喷淋塔内实际运行条件下塔内气体流量： 喷淋塔直径的计算 假设喷淋塔截面为圆形，将上述的因素考虑进去以后，可以得到实际运行 skgskgsgGSO/35. 1/348 . 1 /64 4 . 22 1000472. 0 2 skgskgGO/675. 0/5 . 035 . 1 2 skgskgG/21.321.0/675.0 空气 smmkgskgV/49.2/93.21/21.3 33 空气 smsmVV/96.1/49.279.0)21.01( 33 3 空气 smsmVVVV ag /221/96.22096 . 1 3 .14 7 . 204 33 32 环境学院 07 级大气污染控制工程课程设计 17 状态下烟气体积流量 Vg，从而选取烟速 u，则塔径计算公式为： 其中： Vg为实际运行状态下烟气体积流量，22.12 m3/s u 为烟气速度，3.5m/s 因此喷淋塔的内径为 (7)(7)吸收塔喷淋系统的设计吸收塔喷淋系统的设计 在满足吸收二氧化硫所需表面积的同时，应该尽量把喷淋造成的压力损失 降低到最小，喷嘴是净化装置的最关键部分，必须满足以下条件： 能产生实心锥体形状，喷射区为圆形，喷射角度为 60-120； 喷嘴内液体流道大而畅通，具有防止堵塞的功能； 采用特殊的合金材料制作，具有良好的防腐性能和耐磨性能； 喷嘴体积小，安装清洗方便； 喷雾液滴大小均匀，比表面积大而又不容易引起带水。 雾化喷嘴的功能是将大量的石灰石浆液转化为能够提供足够接触面积的雾 化小液滴以有效脱除烟气中二氧化硫。湿法脱硫采用的喷嘴一般为离心压力雾 化喷嘴，可粗略分为旋转型和离心型。常用的有空心锥切线型、实心锥切线型、 双空心锥切线型、实心锥型、螺旋型等 5 种。 喷嘴布置分成 2-6 层，一般情况下为 4 层；层数的安排可以根据脱硫效率 的具体要求来增减。底负荷时可以停止使用某一层，层间距 0.8-2 米，离心式 喷嘴 1.7 米。实际上从浆液池液面到除雾器，整个高度都在进行吸收反应。因 而实际吸收区高度要比 h 高 6-8 米。 本方案采用 4 层喷嘴，层间距为 1.5 米。每台吸收塔再循环泵均对应一个 喷淋层，喷淋层上安装空心锥喷嘴，其作用是将石灰石/石膏浆液雾化。浆液由 u V D g i 2 mm u V D g i 997 . 8 5 . 314 . 3 221 22 吸收塔再循环泵输送到喷嘴，喷入烟气中。喷淋系统能使浆液在吸收塔内均匀 分布，流经每个喷淋层的流量相等。一个喷淋层由带连接支管的母管制浆液分 布管道和喷嘴组成，喷淋组件及喷嘴的布置成均匀覆盖吸收塔的横截面，并达 到要求的喷淋浆液覆盖率，使吸收浆液与烟气充分接触，从而保证在适当的液/ 气比（L/G）下可靠地实现至少 95%的脱硫效率，且在吸收塔的内表面不产生结 垢。喷嘴系统管道采用 FRP 玻璃钢，喷嘴采用 SIC,是一种脆性材料，但是特别 耐磨，而且抗化学腐蚀，可以长期运行而无腐蚀、无磨损、无石膏结垢以及堵 塞等问题。 喷管管数的确定：取液气比 15L/m3根据单层浆体总流量 Q l和单个喷嘴流 量 Qs，可得单层喷嘴个数 n： 而单个喷嘴流量为 Qs=0.75L/s，而 所以 N=1105/0.75=1473.3 取整数值 1478。个 2.4 配套设施设计计算配套设施设计计算 （1 1）增压风机的选型）增压风机的选型 根据实际需要，增压风机的位置选在进入 GGH 之前，一方面可以防止防腐 不过关的问题，一方面可以大大降低初期投资。 增压风机的选型，根据需要可以选择离心风机、静叶可调轴流式风机(静调 风机)和动叶可调轴流式风机(动调风机)。离心风机由于存在体积大、占地面积 大及检修吊起困难等弊端，在烟气脱硫工程中较少被采用，增压风机一般选择 轴流风机。 由于静调风机有结构简单、转速较低、可靠性较高、初投资和维修费用低 等优点，同时考虑到本设计中电厂的发电功率不算很大，风机负荷不算重，不 需要用动调风机，故选用静调风机，配 2 台。 sL mLsm Q/1105 3 /15/221 33 1 s Q Q N 1 环境学院 07 级大气污染控制工程课程设计 19 （2 2）烟气换热器的选型）烟气换热器的选型 GGH 的作用是降低进入吸收塔原烟气的温度，使其适合脱硫反应的最佳温 度；提高净烟气温度，避免烟气进入烟囱后发生低温腐蚀并利于排烟。烟气换 热器有回转式、管式换热器 2 种。 针对该工程实际情况，考虑到占地面积尽量小、辅助设备尽量少、设备投 资及运行维护费用尽量少、运行可靠性能尽量高、操作尽量简易等因素，采用 1 台回转式换热器作为该脱硫工程的烟气换热器。 （3 3）浆液循环泵的选型）浆液循环泵的选型 吸收塔再循环泵安装在吸收塔旁，用于吸收塔内石膏浆液的再循环，采用单 流和单级卧式离心泵。由于吸收塔循环液是固液双相流介质，这种高速流动且 成分复杂的介质对循环泵的用材提出了苛刻的要求。浆液循环泵过流部件耐蚀、 耐磨性能是决定泵使用寿命的重要指标。 合金泵具有结构简单、运行可靠、寿命长、维修量小的特点，故选用合金泵 作为本设计的浆液循环泵。 浆液再循环系统采用单元制，每个喷淋层配一台浆液循环泵，共 5 台。 浆液循环量由液气比和烟气流量共同决定。本设计中由于液气比 G L =12.2L/m3，烟气量为 213.56m3/s，因此浆液循环量为 G L hmsLL/6 .9379/4 .260556.213 2 . 12 3 每台浆液循环泵的循环量为 1876m3/h，取为 2000m3/h。 （4 4）氧化风机的选型）氧化风机的选型 亚硫酸钙和亚硫酸氰盐的氧化分为两个部分，一是吸收塔内烟气中氧气进 入浆液液滴的自然氧化，二是空气通过曝气管网进入浆液池的强制氧化3。 氧化风机设在氧化风机房内，其作用是为吸收塔浆池中的浆液提供充足的氧 化空气。风机主要有 3 类：离心风机、轴流风机和罗茨风机。由于罗茨风机为 高压恒流风机，风压最高可达 150KPa，且适合恒流量负载的情况，因此选用罗 茨风机。 考虑空气富裕量，氧化所需的氧气量等于 SO2 的产生量，即 0.47m3/s,所以 鼓风风量为 hmsm/8151/26 . 2 )0116 . 0 1 () 21 79 1 (47 . 0 33 选用 2 台 RT-300 的罗茨风机，转速为 1086rpm，功率 37.00kw，一台备用。 （5 5）氧化吸收池搅拌机的选型）氧化吸收池搅拌机的选型 在吸收塔底部，石灰石浆液经过脱硫过程之后，变成了 CaSO3和 ，此时为了使氧化风机鼓入的空气能够充分地和 CaSO3和 OHCaSO 23 2 1 接触，以便充分氧化，需要 CaSO3和的混合溶液内部 OHCaSO 23 2 1 OHCaSO 23 2 1 颗粒分布均匀，在这种情况下，需要使用搅拌器来使溶液悬浮颗粒均匀混合， 同时增大和空气接触的面积。 在吸收塔浆液池的下部，沿塔径向布置四台侧进式搅拌器，其作用是使浆液 的固体维持在悬浮状态，同时分散氧化空气。搅拌器安装有轴承罩、主轴、搅 拌叶片、机械密封。搅拌器叶片安装在吸收塔降池内，与水平线约为 10 度倾角、 与中心线约为-7 度倾角。采用低速搅拌器，有效防止浆液沉降。搅拌桨型式为 三叶螺旋桨，轴的密封形式为机械密封。吸收塔搅拌器的搅拌叶片和主轴的材 质为合金钢。在运行时严禁触摸传动部件及拆下保护罩。向吸收塔加注浆液时， 搅拌器必须不停地运行。 （6 6）石灰石浆液制备系统）石灰石浆液制备系统 石灰石块（粒度20mm）经电厂自备汽车运输卸入卸料斗，再经挡边带式 输送机送入石灰石贮仓。石灰石块通过安装在贮仓下部的皮带称重给料机，将 一定量的石灰石送入湿式球磨机的磨头，并与水混和进入湿式球磨机研磨，研 磨后的半成品从磨尾出来流入石灰石浆液循环池，石灰石浆液循环池上的石灰 石浆液循环泵将石灰石浆液打入石灰石浆液旋流站，石灰石浆液经旋流后，合 格的石灰石浆液溢流进入石灰石浆液箱，不合格的石灰石浆液返回湿式球磨机 环境学院 07 级大气污染控制工程课程设计 21 的除尘设备磨头重新研磨。石灰石浆液循环池、石灰石浆液箱上安装有搅拌器， 以防浆液沉淀。石灰石浆液箱中的浆液再经调浆，达设计要求 1250kg/m3 (含固 量 30)。这样制成的石灰石浆液用石灰石浆液泵打到吸收塔，根据烟气负荷、 脱硫塔烟气入口的 SO2 浓度和 pH 值来控制喷入吸收塔的浆液量，剩余部分返 回制浆。为了防止结块和堵塞, 要使浆液不断地流动循环。 由以上计算知每天所需的石灰石量为 216.74t/d，根据浆液密度 1250kg/m3 (含固量 30)，可以计算出所需浆液量为 hmdm/08.24/97.577 %301250 100074.216 33 选用 2 台流量 40m3/h，扬程 20m 的润神 GMZ 系列石灰石浆液泵，一台备 用。 吸收塔主要设计参数表 项目项目数值数值 入口标况烟气量（湿）/ m3/h7.24105 入口烟气温度/102 入口 SO2/ kg/h1692 出口湿烟气量/ m3/h9.28105 亚硫酸钙氧化停留时间/min4 钙硫摩尔比1.07 脱硫浆液含固量/%30 脱硫效率/%87 氧硫比1.0 浆液 pH 值5.856.15 喷淋区直径/m9.52 浆液池直径/m9.60 塔高/m30.45 第三章 总图设计 3.1 一般规定一般规定 (1) 脱硫装置的总体设计应符合下列要求： 工艺流程合理，烟道短捷； 交通运输便捷； 方便施工，有利于维护检修； 合理利用地形、地质条件； 充分利用厂内公用设施； 节约用地，工程量小，运行费用低； 符合环境保护、劳动安全和工业卫生要求。 (2) 技改工程应避免拆迁运行机组的生产建（构）筑物和地下管线。当不能避免 时，应采取合理的过渡措施。 (3) 吸收剂卸料及贮存场所宜布置在对环境影响较小的区域。 3.2 总平面布置总平面布置 (1) 吸收塔宜布置在烟囱附近，浆液循环泵应紧邻吸收塔布置。吸收剂制备及脱 硫副产品处理场地宜在吸收塔附近集中布置，或结合工艺流程和场地条件因 地制宜布置。 (2) 脱硫装置与主体工程不能同步建设而需要预留脱硫场地时，宜预留在紧邻锅 炉引风机后部烟道及烟囱的外侧区域。场地大小应根据将来可能采用的脱硫 工艺方案确定。在预留场地上不应布置不便拆迁的设施。 (3) 事故浆池或事故浆液箱的位置应考虑多套装置共用的方便。 (4) 脱硫废水处理间宜紧邻石膏脱水车间布置，并有利于废水处理达标后与主体 工程统一复用或排放。紧邻废水处理间的