SHF3539型锅炉低硫烟煤烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计说明书

1、SHF35-39型锅炉低硫烟煤烟气 旋风除尘湿式脱硫系统设计说 明书L设计题目SHF35-39型锅炉低硫烟煤烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计2 .设计原始资料锅炉型岩:SHF35-39即，双锅筒横置式沸腾炉，蒸发量35t/h ,出口蒸汽压力39MPa设计耗煤量：4.2t/h设计煤成分：Cy=55.2% HY=8% 0=4%NY=1% Sy=0.8% AY=16% Wv=15% ;U = 18%;属于低硫烟煤排烟温度：160空气过剩系数二L2飞灰率=35%烟气在锅炉出口前阻力820Pa污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。连接锅炉,净化设备及烟囱等净化系统的管道 假设长度20

2、0m , 90。穹头40个。3 .设计内容及要求(1)根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量，烟尘和二氧化硫浓度。(2)净化系统设计方案的分析，包括净化设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计； 净化效率的影响因素等。(3)除尘设备结构设计计算(4)脱硫设备结构设计计算(5 )烟囱设计计算(6)管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择(7)根据计算结果绘制设计图，系统图要标出设备.管件编号,并附明细表；除尘系统脱 硫设备平面.剖面布置图若干张，以解释清楚为 宜，最少4张A4图，并包括系统流程图一张。中北大学课程设计任务书2009/2010 学年第二 学期学 院：化工与环境学院专 业：环境工

3、程学生姓名：学号： 课程设计题目：起迄日期： 月 日 月 日课程设计地点：指导教师：系主任：下达任务书日期：年 月曰课程设计任务书1 .设计目的：通过本课程设计，掌握大污染控制工程课程要求的基本设计方法，掌握大3 污染控制工程设计要点及其相关工程设计要点，具备初步的大与污染控制工程方案及设 备的独立设计能力；培养环境工程专业学生综合运用所学的理论知识独立分析和解决大 】污染控制工程实际问题的实践能力。2 .设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1.设计题目DZL2-13型燃煤锅炉烟气袋式除尘系统设计2 .设计原始资料锅炉型号：DZL2-13即，单锅筒纵置式链条炉, 蒸发量

4、2Vh ,出口蒸汽压力13MPa设计耗煤量：350kg/h设计煤成分：CY=76%HY=2%OY=4%NY=1% Sy=3% AY=10% Wy=4% ;V = 8%属于无烟煤排烟温度：I6(rc空气过剩系数=1.3飞灰率=16%烟气在锅炉出口前阻力700Pa污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中二类 区新建排污项目执行。连接锅炉.净化设备及烟囱等净化系统的管道假设 长度50m , 90。穹头10个。3 .设计内容及要求(1)根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的力气量，烟尘和二氧化硫浓度。(2)净化系统设计方案的分析确定，包括除尘器的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；除尘效率的影响因素等。

5、(3)除尘设备结构设计计算(4)烟囱设计计算(5)管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择(6 )根据计算结果绘制设计图，最少三张A4图,并包括系统流程图一张。3 .设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、 实物样品等：课程设计计算说明书一份，并按照规定格式打印装订;课程设计所需若干图纸，要求作图规范，A4纸打印。课程设计任务书4 .主要参考文献：1 .郝吉明，马广大.大写污染控制工程.第二版.北京：高等教育出版社，20022 .黄学敏，张承中.大】污染控制工程实践教程.北京：高等教育出版社，20033 .刘天齐.三废处理工程技术手册废G卷.北京：化学工业出版社，1999

6、4 .张殿印.除尘工程设计手册.北京：化学工业出版社，20035 .童志权.工业废3净化与利用.北京：化学工业出版社，20036 .周兴求，叶代启.环保设备设计手册一大G污染控制设备，北京:化学工业出版社,20037 .罗辉.环保设备设计与应用.北京：高等教育出版社，20035 .设计成果形式及要求：一、说明书装订顺序：说明书封面，任务书，目录，正文、参考文献、附图。二、说明书格式(1)用1 1.1 1.1.1做标题，标题左顶格，不留空格。(2 ) 一级标题3号宋体加黑；二级标题4号宋体加黑；三级标题小4号宋体加黑；(3)“目录居中，用小4号宋体加黑，1.5倍行距；(4)正文小4号宋体，1.5

7、倍行距。(5 )“参考文献”标题格式同一级标题，内容格式同正文小4号宋体，1.5倍行距。(6 )页码排序从正文开始，用“第页”形式，居中。三、设计图A4纸规范打印，包括图框、明细表，平面布置图中要有方位标志(指北针16 .工作计划及进度：日答辩或成绩考核系主任审查意见:年 月日请同学们注意要求: 一.装订顺序:说明书封面，任务书，目录，正文.参考文献,附图。二.格式(1)用 11.1-1做标题，标题左顶格，不留空格。(2 ) 一级标题3号宋体加黑；二级标题4年宋体加黑；三级标 题小4号宋体加黑；(3 ) 目录居中，用小4号宋体加黑，L5倍行距;(4)正文小4号宋体，L5倍行距。(5) 参考文献

8、“同一级标题，参考文献内容格式同正文。(6)页码排序从正文开始，用第页”形式，居中。1燃烧计算1.1 实际耗空3量的计算表1-1 lKg应用煤的相关计算质量 摩尔数燃烧耗氧量生成体量生成体体积 成分(g) (mol) (mol)(mol)(L)C70058.358.358.31305.92H2010510224401.2528N 100360.368.064300.93750.93750.93752149.728水分402.22灰分160IKg该煤完全燃烧时所需要标准状况下的氧G的体积匕为:% =(58.3 + 5 + 0.9375-1.25)x224 = 141 Q92LIKg煤完全燃烧时所

9、需要的理论空G量体积匕为：V. =141092xl00/21 = 67187L %实际消耗空量体积匕为：匕=1.2x67187 =806244L1.2 产生烟q量的计算IKg该煤完全燃烧后生成的烟气量匕为：V,=匕3+匕八。+匕(入 + VV1 +匕阈=130592+ 224+ 21 + 49.728+ 67187 x 79/100+ 67187 x 0.2= 8252L = 8.25/则，在16CFC时的实际烟1体积为匕为：V； = (160+ 27315) X 8.25/ 27315 = 13.0该锅炉一小时产生的烟气流量。为:Q = V. X4.2X103 =5.49x104nr !h

10、= 5.25w /s1.3 灰分浓度及二氧化硫浓度的计算 烟气中灰分的浓度g为:CA =160x35%/13.08 = 4.28x烟气中sq的浓度为:Csa = 0.9375x 64/13.08 = 4.59x 1 Omg/m32净化系统设计方案分析2.1 旋风除尘器的设计方案分析及参数选择2.1.1 旋风除尘器的工作原理旋风除尘器一般有带有一锥形的外圆筒，进气管，排气管，圆锥观和贮灰箱 的排G阀组成。当含尘气流以一定的速度（一般在14 25m/s之间，最大不超过35m/s）由进或管进入旋风除尘器后，或流由直线运动变为圆周运动。由于 受到外圆筒上盖及圆筒壁的限流，迫使G流作自上而下的旋转运动。

11、旋转过程中 产生较大的离心力，尘粒在离心力的作用下，被甩向外筒壁，失去惯性后在重力 的作用下，落入贮灰箱中，与气体分离。而旋转下降的G流到达锥体时，因锥体 收缩的影响，而向除尘器中心汇集，根据“旋转矩”不变理论，其切向速度不断 升高，G流下降到一定程度时，开始方向上升，经排管排出。研究表明，在旋风除尘器内-外旋流逐渐向下旋转，内旋G流逐渐向上 旋转，向上和向下旋转流分界面上各点的轴向速度为零，分界面以外的气流切 向速度随与轴心距离的减小而增大，越接近轴心切线速度越大，分界面以内的G 流切向速度随其与轴心的距离的减小而降低。值得注意的是，旋风除尘器内G流 径向速度方向与尘粒的径向速度方向相反，尘

12、粒由内向外运动体则由外向轴 心运动。由于G流旋转的原因，旋风除尘器内压强越接近轴心处越低，因此，在 排灰管至贮灰箱之间有任何漏风，都会使得旋风除尘器的除尘效率明显降低。2.1.2 旋风除尘器的特点现在的旋风除尘器具有结构简单、应用广泛、种类繁多等特点；具有分离效 率高可以有效地清除微粒；处理片体量大且阻力低；适用于高温和腐蚀性G体; 运行费用低；应用广泛等优点。但由于旋风除尘器内1流和粒子流动状态复杂， 准确测定较困难，至今在理论研究方面仍不够完善，许多关键问题尚需实验确定。2.1.3 运行参数的选择与设计根据相关资料及实际运行情况，本设计中烟餐的入口速度取为% =2。/% 根据国家相关规定及

13、标准确灰分风的最高允许排放浓度为200g3。则本设中 要求达到的除尘效率，7为： =(4280- 200)/4280x 100% = 95.3%2.1.4 除尘器净化效率的影响因素影响旋风除尘器效率的因素有：二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质和操 作变量。二次效应即捕集粒子重新进入G流，在较小粒径区间内，理应逸出的粒子由 于聚集或被较大尘睡向壁面而脱离G流获得捕集，实际效率高于理论效率；在 较大粒径区间，实际效率低于理论效率。通过环状雾化器将水喷淋在旋风除尘器 内壁上，能有效控制二次效应。高效旋风除尘器的各个部件都有一定的比例尺寸，这些比例是基于广泛调查 研究结果，某个比例关系的变动，能影响旋

14、风除尘器的效率和压力损失，G体的密度和粘度、尘粒的大小和相对密度、烟G含尘浓度等都影响旋风除 尘器的除尘效率。操作条件应控制在一个较适宜的范围内，过大会降低设备效率，过小会增加 阻力损失，两种情况均不利于设备的高效运转。2.2 湿式石灰法脱硫将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟1充分接触混 合，烟】中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空G进行氧 化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸 收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10% ,然后用输送机 送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟1经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加 热升温后，由烟囱排入大3。由于

15、吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循 环与烟接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%。2.2.1 湿式石灰法脱硫方法的原理采用石灰/石灰石浆液吸收烟1中的，分为吸收和氧化两个阶段。先吸 收生成的亚硫酸钙，然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙（即石膏）。该方法的实际反应 机理是很复杂的，目前还不能完全了解清芨。这个过程发生的反应如下。a 吸收：CaO + H2O = Ca(OH)2Ca(OH), + SO2 = CaSO-H2O + - H2O 22CaCO3 + SO2+ H2O = CaSO. Hft + CO2 TCaSO H2O + 5O2 +1H2O = Ca(HSO3)2由于烟】

16、中含有R,因此吸收过程中会有氧化副反应发生。b氧化：在氧化过程中，主要是将吸收过程中所生成的Caso,氧化称为 CaSO42H2O ：2CaSO H2O + O2+ 3H2O = 2CaSO2H2O2由于在吸收过程中生成了部分Ca(”SO4)2 ,在氧化过程中，亚硫酸氢钙也被氧化, 分解出少量的SOZ：Ca(HSO3)2+O2 + H2O = CaSO4.2H2O + SO22.2.2 设备运行过程中的问题及出现这种问题的原因(1)设备腐蚀：化石燃料燃烧的排烟中含多种微量的化学成分。在酸性条件下，对金属的腐蚀性相当强，包括吸收塔、言其后续设备。(2 )结垢和堵塞：固体沉积主要以三种方式出现：湿

17、干结垢，即因溶液 水分蒸发而使固体沉积；或CaC。、沉积或结晶析出；CaSO、或CaSOj人 溶液中结晶析出。其后是导致脱硫塔内发生结构的主要原因。(3 )除雾器的堵塞：液体中的小液滴，颗粒物进入除雾器，引起堵塞。 解决方法：定期(每小时数次)用高速喷嘴喷清水进行冲洗。其主要原因为：在较高Ph值会发生相关反应生成软垢；石灰系统中,较高Ph值下烟q中二氧化碳的再碳酸化生成沉淀物；在塔壁和部件表面形成很 难处理的硬垢。2.2.3 操作影响因素为了使吸收系统具有较高的so?吸收率，以及减少设备的结垢与堵塞，应注 意以下诸因素的影响。(1)料浆的Ph值料浆的Ph值对SO?的吸收影响很大，一般新配制的浆

18、液Ph值约在89之 间。随着SQ吸收反应的进行，Ph值迅速下降，当Ph值低于6时，这种下降 变得很缓慢，而当PH值小于4时，则几乎不能吸收SQ。Ph值的变化除对SO?的吸收有影响外，还可影响到结垢、腐蚀和石灰石粒 子的表面钝化。用含有石灰石粒子的料浆吸收SQ ,生成圆叫和C.SQ , Ph 值的变化对CaSQ和的溶解度有重要影响，表2.1中数据可以看出，随 Ph值的上升，CoSO,溶解度明显下降，而溶解度则变化不大。随SQ的 吸收，Ph值降低，溶液中溶有较多CaSO一并在石灰石粒子表面形成一层液膜, 而CoSQ得溶解又使液膜的Ph值上升，溶解度变小使液膜中CaS。、析出并沉淀 在石灰石粒子的表

19、面，形成一层外壳，使粒子表面钝化，钝化的外壳阻止了 的继续溶解，抑制了吸收反应的进行，因此浆液的Ph值应控制适当。采用消石 灰浆液时，Ph强制在5到6之间，而采用石灰石浆液，Ph控制为67。(2)石灰石的粒度石灰石粒度的大小，直接影响到有效面积的大小。一般来说，粒度越小，脱硫率及石灰利用率越高。石灰石粒度一般控制在200300目。(3 )吸收温度吸收温度低，有利于吸收，但温度过低会使”2sO,与小。3或)2间的 反应速率降低，因此吸收温度不是一个独立可变的因素。(4)洗涔器的持液量洗涔器的持液量对NO,与Cc/COi的反应时重要的，因为它影响到SO?所接 触的石灰石表面积的数量。只是在洗涤器中

20、与SO2和”。接触，才能大量溶解, 因此洗涤器的持液量大对吸收反应有利。(5 )液比1液比除对吸收推动力存在影响外，对吸收设备的持液量也有影响。增大液 G比对吸收有利，当Ph值为7时,1液比(L/V)值为15时，脱硫率接近100%。(6)防止结垢石灰一石灰石湿式洗涤法的主要缺点是装置容易结垢堵塞。造成固体沉淀 主要以三种方式出现：湿干结垢，即因溶液水分蒸发而使固体沉淀；金。)2或 Cc/CO；沉淀或结垢析出：(6。3或。四。4从溶液中结晶折出。为防止固体结垢， 特别是防止060、的结垢，除使吸收器应满足持液量大，G液相间相对速度高， 有较大的G液接触表面积，内部构件少，压力降低等条件，还可采用

21、控制吸收液 饱和和添加剂等方法。控制吸收液过饱和的最好方法是在吸收液中加入二水硫酸钙晶体或亚硫酸 该晶体，提供足够的沉积表面，使溶解盐优先沉淀在上面，减小固体物向设备表面沉积和增长。向吸收液中加入添加剂也是防止设备结垢的有效方法。目前使用 的添加剂有镁离子、氯化钙、乙二酸等。对现已运行的石灰/石灰石流程，应用 乙二酸时，不需要作任何改动。事实上，它可以在浆液循环回路的任何位置加入。 以乙二酸的加入，大大提高了石灰石利用率。在相同的so2去除率下，无乙二酸 系统的石灰石利用率仅为54%70%，加入乙二酸后，利用率提高到80%以上。 因而减少了固体废物量。克服石灰石结垢和SO?去除率低的另外一个方

22、法是添加 镁离子以改进溶液化学性质，使以可溶性盐形式被吸收，而不是以亚硫酸钙或硫 酸钙形式吸收。加入镁离子增加了吸收5。工的容量，并且消除了洗涤塔内的结垢3除尘设备结构设计与计算3.1 进1口设计计算根据已有经验及实际运行已确定本设计中烟3的入口速度为：%=20m/s。 考虑设备漏风及安全运行等因素，假定实际进入设备的烟G量为1.2Qe则进1 口部分的截面积A为：A = 1.2。/ % = 1.2 x 15.25/ 20 = 0.915?2现有旋风除尘器的进口有三类：直入切向进入式，蜗壳切向进入式，轴向进入反转式（见图3-1 X直入切向进入式蜗壳切向进入轴向进入反转式图3-1现有的几类进气管本

23、设计中采用蜗壳切向进入式，它可减少进口系统对筒体内气流的撞击和干扰，其处理量大，压力损失小。其尺寸一般为高()竟之比，在2 - 3之间。本设计中取。/ = 2。则进口的意度。为：b = 670mm ；进口高 =0915 +。67 = 1.3657 6一般旋风除尘器，其进口高。，室b分别为旋风除尘器外筒直径。的0.40.75 倍和0.20.25倍。本设计中假定金为外筒直径的0.25倍，则高应为0.428 倍，则旋风除尘器的外筒直径。为：D。= 0.67 + 0.25 = 2.6&旋风除尘器的直径越小，旋转半径越小，除尘效率就越高，相应的流体阻力 也越大，工程常用的旋风除尘器的直径在200mm以上

24、，同时，为保证除尘效 率不至降低太大，筒径一般不大于如果处理量大，则考虑采用并联 组合形式的旋风除尘器。所以假设取值筒径=9。? /则Z? = 0.9X0.25 = 0.225m,结合实际，取 =0.23/71h = 0.23x2.5 = 0.575”？，结合实际，取 =0.58/n则实际的高金比：力/ = 0.58/0.23 = 2.52 （在 23 之间）所以 A = bh = OA334n2则每个筒的烟G量Q = A% /1.2 = 2.22m3/5所以，应该并联七个完全相同的旋风除尘器。3.2 旋风除尘器高度的设计计算性能较好的旋风除尘器，其直筒部分高度一般为其外筒直径的1 2倍，椎

25、体部分高度为外筒直径的1 3倍，椎部底角在20。 40。之间。本设计中直筒 部分高度坦,锥体部分高度”2，分别取为旋风除尘器外筒直径的17倍及2倍。 则：Hi =1.7x0.9 = 1.53/nH2 =2x0.9 = 18旋风除尘器的总高度为：H =H+H、=3.33w3.3 旋风除尘器排1管的设计计算现有的排二管有两类：底部收缩式和直管式（见图3-2 1底部收缩式图3-2排气管的类无论哪一类排G管，其管径一般取为旋风除尘器外筒直径的。.30.5倍。本设计采用直管式，其管径取为，则排气管管径：D = O.5Do = 0.5 x 0.9 = 0.45;?3.4 排灰管的设计计算及卸灰装置的选择旋

26、风除尘器的排灰管直径0一般取为外筒直径的。25倍，即D)= 0.25)n = 0.225fn底部锥角a为:900 225a = 2arctan 二 21.24(在20 -40之间)2x1000卸灰装置兼有卸灰和密封两种功能，是影响除尘器的关键部件之一。若有漏风现象，不但影响正常排灰，而且严重影响除尘器效率。现有的卸灰装置有两类:二级翻板式和回转式（见图3-3 本设计采用二级翻板式。图3-3现有的两类卸灰装置35流体阻力计算旋风除尘器内的压力损失一般可按下式计算：式中：P烟G密度，约为0.74收/；w,除尘器内含尘G体的流速，m/s ； 流体阻力系数，无量纲；_ .- 16A其中4 =一二式中：

27、A 旋风除尘器的进口截面积，；4排3管直径，机带入相关值，得：V = 4 3 =10.54X 2 X 0.748= 15768& (在500- 200。之励224湿式石灰法脱硫运行参数的选择和设计再热烟G温度大于75。烟流速在1 5m/s，浆液Ph大于9 ,石灰/ 石灰石浆质量浓度在10% 15%之间，液3比在8 25加，1液反应时间 3 5s ,流速度为3.0m/s ,喷嘴出口流速10m/s ,喷淋效率覆盖率200% 300%，脱硫石膏含水率为40% 60% , 一般喷淋层为3 6层，烟G中SQ体 积分数为4000/10，脱硫系统阻力在25003000Pa.4.1 喷淋塔内流量计算假设喷淋塔

28、内平均温度为80C。，压力为120KPa ,则喷淋塔内烟3流量为：Qv=a x273+ /X273101.324Pax(l + K)式中：。一喷淋塔内烟气流量，疗；2一标况下烟气流量，而/h ；K一除尘前漏G系数273 + 80 101.324 八八一核 3,Qv = 15.25xxx(1 + 0.05) = 17.48? Is2731204.2 喷淋塔径计算依据石灰石烟3脱硫的操作条件参数，可选择喷淋塔内烟流速丫 = 4办，则喷淋塔截面A为：A = Q/i，= 17.48/4 = 4.37/则塔径d为：d = J4A/乃=J4x4.37/3.14 = 2.3&取塔径 3。=3000?。4.3

29、 喷淋塔高度计算喷淋塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。(1)吸收区高度依据石灰石法烟脱硫的操作条件参数得，选择喷淋塔喷1液反应时间 t=4s ,则喷淋塔的吸收区高度为：H =v/ = 4x4 = 16/rz(2)除雾区高度除雾器设计成两段。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最 上层(3.43.5)m。则取除雾区高度为：H2 = 35(3)浆池高度浆池容量匕按液G比浆液停留时间4确定：V = L/GxQxf式中：G一液与比，取18评；Q一标况下烟量，叫h ； 乙一浆液停留时间，s ；一般乙为4 min 8 min ,本设计中取值为6 min ,则浆池容积为：匕=18x

30、 10-3 x 5490(k 6/60 = 98.82/zz3选取浆池直径等于或略大于喷淋塔A ,本设计中选取的浆池直径，为 3.5m ,然后再根据匕计算浆池高度：式中：%浆池高度，m ；匕一浆池容积，混；2浆池直径，加。f 4x98.82/% = 10.28/n3.14x3.52从浆池液面到烟1进口底边的高度为。.82m0本设计中取为2m。(4)喷淋塔高度喷淋塔高度为：H, =H+H1+ % =16+3.5 + 10.28 = 29.7 8/775烟囱设计计算具有一定速度的热烟1从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量且温度 高于周围温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。这相对增加了烟囱 的几何高度，因此烟囱的有效高度为：H=HS+H式中：H一烟囱的有效高度，m;、一烟囱的几何高度，m ;H 烟囱抬升高度，m0 参照国家标准，确定烟囱高度为% =655-1烟气释放热计算Q=0.35CxRx 当 式中：。一烟G热释放率，粒；匕一大气压力，取邻近G象站年平均值；35K t 可得式中:一系数/ 1取0.6 ,小取0.4 , %取0.292 ,则：A/7 = 0.292x237