燃煤锅炉脱硫系统设计

1、环境工程综合实验 课程设计 专 业 : 环境工程 姓 名 : 学 号 :1课程设计题目2设计依据2.1技术标准及依据2.2设计参数及参数范围 2.3 设计原则及设计目标 3污染源强分析3.1污染物浓度的计算3.2烟气中SQ的浓度计算3.3烟气SQ排放量的计算 4工艺设计4.1工艺选择4.2吸收设备的选择4.3工艺原理4.4脱硫系统工艺流程 4.5 工艺组成 5相关的设计计算5.1 脱硫剂液箱容量与设计 5.2 增压风机5.3 SO 2吸收系统塔径及底面积计算5.3.2 脱硫塔高度计算 6附图附图1双碱法烟气脱硫工艺流程图 附图2吸收塔系统附图3 吸收塔平面图1课程设计题目四川省某火电厂 30t

2、/h燃煤锅炉烟气的脱硫系统设计2设计依据2.1技术标准及依据(1) 大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)(2) 工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范(HJ462 2009)(3) 大气污染防治手册(4) 锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2001 )(5) 环境空气质量标准(GB3095-1996 )(6) 四川省大气污染物排放标准2.2设计参数及参数范围(1) 根据技术标准与排放标准，确定设计参数及设计范围。 锅炉型号：30 t/h锅炉一台烟气排放量：19000m3/h燃料种类：无烟煤燃煤量：2.237152t/h炉内温度：700 °C锅炉排烟温度：155 C

3、烟气含氧量：60.2605mol/kg (燃煤)目前SO2排放浓度：1353mg/ mN含硫率：1.1%锅炉热效率：75%空气过剩系数：1.2HJ 462 2009)，故有(2) 拟用双碱法，据工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范( 液气比(G/L )为2钙硫比(Ca/S)为1.1净化效率n不小于95%可用率为95%2.3设计原则及设计目标设计原则：(1) 设计中为将来更加严格的排放标准及规模扩大留有余地。(2) 因地制宜，节省场地。(3)严禁转移污染物，全面防治二次污染。设计目标：(1) 根据四川省大气污染物排放标准标准，该火电厂标准状态下(2) 为保证电厂周围居民区空气质量，同时执行环境

4、空气质量标准即小于居民区大气中 SO2最高允许的日平均浓度0.15mg/m3(3) 总量控制指标达标SO2排放浓度应小于300 mg/m 3(GB3095 1996)的二级标准,3污染源强分析3.1污染物浓度的计算含硫率为1.1%，选择煤种为无烟煤 以1kg无烟煤为基础，则：成分质量/g物质的量/mol理论需氧量/molC649.57254.13154.131H25.30812.654（分子）6.327O14.060.879-0.4395N6.3270.226 （分子）S7.7330.2420.242H0754.17灰分222（1）理论需氧量为（54.131+6.327-0.4395+0.24

5、2）mol/kg = 60.2605mol/kg（燃煤）假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78，则1kg燃煤完全燃烧所需要的理论空气量为:60.2605 （4+3.78） mol/kg =288.0452 mol/kg（燃煤）即标况下（燃煤） 理论烟气量（按照标准状况换算体积，下同） 理论上烟气的组成为CO?54.131mol/kgH2O288.0452m3N /kg = 6.452 mN /kg12.654+4.17=16.824 mol/kg;N60.2605 X.78+0.226=228.01mol/kg ;SO0.242mol/kg ;灰分 222mol/kg故理论干烟气量为：（54.1

6、31+228.01+0.242） mol/kg=282.383mol/kg （燃煤）QQ A282.383 X2為 mN /kg = 6.325 m 3n /kg （燃煤）理论湿烟气量为：（282.383+16.824） mol/kg=299.207mol/kg （燃煤）mN /kg （燃煤）299.207 X00 m3N /kg = 6.702（3）实际烟气量空气过剩系数为1.2，可求: 实际干烟气量Vfg =理论干烟气量+理论空气量X （空气过剩系数-1 ）实际湿烟气量=6.325+ 6.4520.2 = 7.6154mN /kg （燃煤）Vfg =理论湿烟气量+理论空气量X （空气过剩系

7、数-1 ）=6.702+ 6.4520.2 = 7.9924mN /kg （燃煤）（4）锅炉燃煤量：式中：D锅炉每小时的产汽量（kg/ h）Q：煤的低位发热量（kcal/kg ） n :锅炉的热效率（% ;kcal/kg ） ; 1.25MPa 时为 1400.4kJ/kg i 1：般给水温度取20C，贝V i1=84.80kJ/kg ,i 2：锅炉在某工作压力下的饱和蒸汽热焓（ 锅炉给水热焓（kcal/kg ）,则:（5） 标准状态下的总干烟气量 标准状态下的总湿烟气量:取设计烟气量为19000 mN /kg3.2烟气中SO2的浓度计算(1) SO2产污系数及其质量流量 二氧化硫产污系数：Y

8、Gso2 =2 1000 S P (Kg/t)式中：SY-燃煤应用基含硫量，%P-燃煤中硫的转化率(煤粉炉一般取0.9)，%YGso2 =2 1000 S P =2 1000 (70.3 1.1%) 0.9 =1391.94 Kg/t脱硫装置入口烟气中的SO2质量流量可根据下面公式估算：式中：M(SO2脱硫装置入口烟气中的SO2质量流量，t/hK染料燃烧中硫的转化率(煤粉炉一般取0.9)Bg锅炉最大连续工况负荷时的燃煤量，t/hq锅炉机械未完全燃烧的热损失，%S燃料的收到基硫分，% 所以：烟气中SO2的实测浓度为：根据锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2001 )的相关规定，需将实物浓度

9、折算，规定说明燃煤锅炉,折算项目为烟尘，SO2，NOX排放浓度时，过量空气折算系数:-=1.8锅炉大气污染物过量空气系数折算排放浓度按下式计算：式中C折算后的烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度，g/ mNC实测的烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度，g/ mNa'实测的过量空气系数a 定的过量空气系数已知a =1.2，燃煤锅炉的过量空气折算系数a =1.8所以折算后烟气中 SO2的浓度：3.3烟气SO2排放量的计算工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范(HJ 462 2009)对于65t/h以下工业锅炉脱硫装置的设计脱硫效率不宜小于 80%的标准。则每小时去除SO2的量为：岀口烟气中SO2的

10、排放量为：取烟囱岀口处平均风速u为5.0m/s ;烟囱岀口处烟气流速不应低于该高度处平均风速的1.5倍，故取烟囱岀口流速v为9.0m/s ;取为0.5;烟气岀口处烟流温度Ts为155 C；烟囱高度取 60m;烟囱岀口内径 D为2m根据霍兰德(Holla nd )公式得烟气抬升高度:总高度 H=60+11.53=71.53m2 3298 0.53地面取大浓度:max牙=0.0151mg/mne汇 5汉71.53脱硫结果满足四川省大气污染物排放标准，亦满足环境空气质量标准的二级标准，即小于居民区大 气中SO2最高允许的日平均浓度0.15mg/m3，脱硫效果良好。4工艺设计4.1工艺选择钠法由于脱硫

11、剂较贵，因而运行费用高；氧化镁法的脱硫剂氧化镁不仅价格较贵，而且广东地区镁源不 足，造成运行成本高昂；氨法存在氨泄漏问题，容易造成二次污染，而且脱硫剂价格高，因而在中小型锅炉 中应用不多。相对于以上三种工艺，双碱法消耗的脱硫剂主要是价廉的石灰。吸收液中的钠碱通过再生，大部分可循 环回用，减少了运行费用，具有投资少、占地面积较小、运行费用低等优点，符合中小型锅炉烟气脱硫工艺 选择的 技术成熟、经济合理、工程可行 三统一原则，因此本方案采用双碱法脱硫工艺。4.2吸收设备的选择SO2吸收净化过程，处理的是低浓度SO2烟气，烟气量相当可观，要求瞬间内连续不断地高效净化烟气，脱硫吸收器的选择原则，主要是

12、看其液气接触条件、设备阻力以及吸收液循环量，因此选用气相为连续 相、湍流程度高、相界面较大的吸收塔作为脱硫塔比较合适。通常，喷淋塔、填料塔、板式塔、文丘里吸收 塔等能满足这些要求。吸收设备中，喷淋塔液气比高，水消耗量大；筛板塔阻力较大，防堵性能差；填料塔防堵性能差，易结 垢、黏结、堵塞，阻力也较大；湍球塔气液接触面积虽然较大，但易结垢堵塞，阻力较大；文丘里阻力大。 相比之下，旋流板塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点，适用于快速吸收过程，且除尘脱硫效率 高。因此，选用旋流板塔脱硫除尘器。4.3工艺原理(1)吸收反应洗涤过程的主要反应式:+ a + f 2洗涤液内含有再生后返回的及系统补充

13、的，在洗涤过程中生成亚硫酸钠。在洗涤液中还含有Jl'J-4，系烟气中的 自与亚硫酸钠反应而生成。+ 二 f 2(2)再生反应用石灰浆料进行再生时:亚硫酸钙的一般形式为半水亚硫酸钙。用石灰石粉再生时:+ 心 +1/2(3) 硫酸钠的去除硫酸钠用硫酸酸化使其转变为石膏来去除。2+2超过了石膏的溶加酸后，PH下降到2 3,使亚硫酸钙转化为亚硫酸氢钙而溶于溶液中，于是溶液中的度积，使石膏沉淀岀来。(4)氧化反应在回收法中，最终产品是石膏，需将由再生反应应得到的亚硫酸钙氧化为石膏。二二+一4.4脱硫系统工艺流程4.5工艺组成脱硫剂制备系统脱硫剂制备系统主要包括：石灰消化池、钠碱罐、搅拌器及相应的

14、阀门、管道及管件等。由成品石灰(粒径小于10mm ( 90%)的粉状石灰)运至厂里后手工加入石灰消化池进行消化，消化后的石灰 浆液自流至再生池中进行脱硫液再生反应。烟气系统热烟气自锅炉岀来后进入吸收塔，向上流动穿过喷淋层，在此烟气被冷却到饱和温度，烟气中的SO2等污染物被脱硫液吸收。经过喷淋洗涤后的饱和烟气，经除雾器除去水雾后，通过烟道经引风机进入烟囱排 空。从锅炉岀口至脱硫塔进口段的连接烟道采用A3钢制作，并根据需要设置膨胀节。SO2吸收系统在吸收塔内，脱硫液中的氢氧化钠与从烟气中捕获的SO2、SO3等发生化学反应，生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠等物质。脱硫后的净烟气通过除雾器除去气流中夹带的雾滴

15、后排出吸收塔。SO2吸收系统主要由脱硫主塔、连接烟道(副塔)、喷淋层、组合式除雾器、预埋件及外部钢结构、冲洗 系统组成。5相关的设计计算5.1脱硫剂液箱容量与设计(1)石灰消化池本设计采用化灰池搅拌器，得含固率为15%的石灰浆液，其密度为1.2 t m3 ,熟石灰的质量流量为26.46 - 56 X 78=36.86kg/h。按照工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范(HJ 462 2009)，脱硫剂浆液贮罐的容量宜不小于设计工况下2h的浆液消耗量，所以，熟石灰浆液箱容量为所以设计V浆液箱为0.5m3。尺寸：直径 $ =0.85m,高度h=0.86m。(2)钠碱溶解池钠碱溶解池的有效容积取1.

16、5m3。尺寸：直径 $ =1.23m，高度h=1.24m。5.2增压风机30t/h 锅炉相当于24.5MW机组容量，参考HJ/ T 179-2005 经验，机组容量在 300MW以下，脱硫增 压风机可选用高效离心风机，增压风机的风量为满负 30t/h 荷工况下烟气量的110%,增压风机的压头为 脱硫装置在满负荷工况下并考虑 10C温度裕量下阻力的120%。所以增压风机的风量为正常状态下，烟气动过烟气管道、进口挡板、脱硫塔喷淋层、除雾板、烟气管道、出口挡板，整个系统压降为 P=A P管道+ P挡板+ P喷淋+ P除雾 P管道约为210Pa P挡板约为2X 5=10Pa P喷淋约为85 Pa P除雾约为15 Pa所以 P=210+10+85+15=320Pa5.3 SO2吸收系统塔径及底面积计算塔内流速：设v=2m/s底面积S -二=2.9m2脱硫塔咼度计算L Q HG循环水泵流量：c10 043Q = G32.1 2090042.13m3/h1000(L/M3)1000塔底浆液区的高度:塔底浆液区取泵 5min的流量，贝U H1=(42.13“ 60 5) “ 3.8 = 0.924m计算洗涤反应区高度:停留时间取2.