《大气污染控制工程》课程设计说明书 5

1、大气污染控制工程课程设计说明书（论文）成 绩南京工程学院课程设计说明书（论文）题 目 石灰石湿法烟气脱硫（喷淋塔）课程名称 大气污染控制工程 院（系、部） 环境工程学院 专 业 环境工程 班 级 环境111 学 号 216110115 姓 名 丁文文 起止日期 2014-05-262013-06-06 指导教师 张东平 目录前言3第一章 设计概论31.1 设计任务31.1.1 设计原始资料31.1.2 设计内容4第二章 设计计算52.1 烟量气、烟尘和二氧化硫浓度的计算52.1.1 标准状态下理论空气量52.1.3 标准状态下实际烟气量52.1.4 标准状态下烟气含尘浓度6 2.1.5 标准状

2、态下烟气中二氧化硫浓度的计算72.1.7石灰石耗量和石膏产量的计算82.1.9 烟气体积的流量9 2.1.10 烟气质量流量92.1.14 废水流量的计算122.1.15 工艺水消耗量132.1.16 石膏脱水132.1.17 石膏浆液密度计算132.1.18 旋流器底流密度计算132.1.19 旋流器顶流密度计算142.1.22 石灰石浆液供给152.1.24 石灰石浆液密度152.1.26 浆液池尺寸设计162.1.27 滤池箱尺寸设计162.1.30 吸收塔尺寸的设计172.1.30.1循环浆液流量172.1.31 喷淋层设计202.1.32 烟道尺寸设计222.1.34 增压风机总压损

3、232.1.36 三台循环泵轴功率计算232.1.37 电机参数24第三章 总结与致谢25主要参考文献26前言我国是世界上最大的煤炭消费国，煤炭占一次能源消费总量的 70%左右。随着经济的迅猛发展，电力需求日益增加，煤炭消耗量亦迅速攀升，连续多年二氧化硫年排放量居世界首位。二氧化硫形成的酸雨覆盖了 40%以上的国土面积，全国 50%以上的城市遭受酸雨的影响，其中尤以西南、华中、华南、福建、上海、山东、山西等地区更为严重。酸雨严重的地方森林枯死、草地变黄、庄稼减产，建材腐蚀，严重危害人类生存环境。目前，我国已把解决烟气脱硫问题纳入国家大政方针并成为治理火电行业和化工行业首要解决的问题。 目前，全

4、世界烟气脱硫工艺共有200多种经过几十年不断的探索和实践，在火电厂上应用的脱硫工艺仅在10种左右，主要包括有：石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺；旋转喷雾半干法烟气脱硫工艺；炉内喷钙加尾部烟道增湿活化脱硫工艺；循环流化床锅炉脱硫工艺；海水脱硫烟气工艺；电子束烟气脱硫工艺以及荷电子束烟气脱硫工艺；电干式喷射法烟气脱硫工艺等。其中，应用最广泛的是石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺，湿式石灰石石膏法脱硫工业化装置已有四十余年的历史，经过多年不断改进发展与完善，目前已成为世界上技术最为成熟、应用最为广泛的脱硫工艺。 本文主要是火电厂湿式石灰石石膏法烟气脱硫系统设计，其主要包括：烟气脱硫工艺的选择、燃煤锅炉排烟量及烟尘

5、和二氧化硫浓度的计算、石灰石的消耗量和石膏产量及水平衡的计算、吸收塔尺寸及喷淋系统的计算、除雾器和浆液系统及石膏脱水系统的计算、风机及电机的选择设计等。第1章 设计概论1.1 设计任务1.1.1 设计原始资料 假定燃煤热值20.6000 kJ/kg ,全厂效率41.3%，含硫量0.79% 装机容量：200 MW 发电效率：41.3% 除尘器出口排烟温度：135 烟气密度（标准状态）：1.34 kg/m3 空气过剩系数:=1.3 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：16% 烟气在锅炉在出口前阻力：800Pa 当地大气压力：97.86kPa 冬季室内空气温度：-1 空气含水（标准状态下）按0.012

6、93kg/m3 烟气其他性质按空气计算 煤的工业分析元素分析值：Var表1-1煤的工业分析元素分析值组分CarHarSarOarNarWarAar Var %6450.66.4181615按锅炉大气污染物排放标准（GB132223-2011）中标准执行烟尘浓度排放标准（标准状态下）：30mg/m3二氧化硫排放标准（标准状态下）：200mg/m3基准氧含量按6%计算。 1.1.2 设计内容 （1） 燃烧锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算。 （2） 采用石灰石石膏法烟气脱硫。 （3）计算石灰石消耗量、石膏产量，并进行水平衡算的计算。 （4）选择合适的液气比和空塔气速计算吸收塔塔径、塔高并对喷淋系

7、统、除雾器、浆液箱、石膏脱水系统进行计算。 （5）风机及电机的选择设计：根据脱硫系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。 （6）编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写、包括方案的确定，设计集散、设备选择和有关设计的简图等内容。课程设计说明书包括封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分，文字应简明、通顺、内容正确完整，书写工整、装订成册。（7）图纸要求：脱硫系统图一张（A3）。系统图应按比例回执、标出设备、关键编号。（8）如果条件允许需附除尘系统平面、剖面布置图23章（A3）。第二章 设计计算2.1 烟量气、烟尘和二氧化硫浓度的计算2.1.

8、1 标准状态下理论空气量 计算得 CY，HY，SY，OY分别为煤中各元素所含的质量分数。2.1.2 标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3） 标准状态下理论空气量，()； WY煤中水分所占质量分数，%； NYN元素在煤中的质量分数，%。计算得： 2.1.3 标准状态下实际烟气量 a空气过剩系数； 标准状态下理论烟气量，； 标准状态下理论空气量，。 （标准状态下烟气流量Q应以计，因此，。） 设计煤耗量： mcoal = 装机容量 发电效率 Hu 燃煤热值（本课设取20.600kJ/kg） 计算得： 所以: 2.1.4 标准状态下烟气含尘浓度 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数(1

9、6%)； AY煤中不可燃成分的含量(16%)； 标准状态下实际烟气量，。 计算得： 2.1.5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 S煤中含可燃硫的质量分数； 标准状态下燃煤产生的实际烟气量，。计算得： SO2的校准：假定干烟气中的氧气含量为7% 除硫效率为： 2.1.6 标准状况下SO2燃烧产量 式中：二氧化硫摩尔质量，g/moL；MS硫的摩尔质量，g/moL；mcoal燃烧耗煤量，t/h。则代入数据有： SO2的脱除量： 2.1.7石灰石耗量和石膏产量的计算由反应式：得：石灰石耗量为：石膏产量为：2.1.8 烟气中水蒸气密度由理想气体状态方程得： 2.1.9 烟气体积的流量 烟气含水率（体

10、积） 2.1.10 烟气质量流量 2.1.11 吸收塔饱和温度计算 假定电除尘器出口温度为135GGH出口温度为108 在h,x图上，108和0.048的交点的焓h=233(kJ/kg)。沿等焓线到饱和线 可得到饱和温度T=53 2.1.12 吸收塔出口净烟气的计算 2.1.13 吸收塔烟气计算结果汇总 吸收塔入口： 吸收塔出口： 2.1.14 废水流量的计算假定烟气中HCl浓度，HCl的去除率为98%废水中 Cl含量保持 2.1.15 工艺水消耗量 2.1.16 石膏脱水 （石膏密度，水的密度） 假定: 吸收塔石膏浓度 Cgvpsum = 13% 旋流器底流石膏密度 Cgvpsum = 50

11、% 真空皮带机石膏浓度 Cgvpsum = 90% 旋流器顶流石膏密度 Cgvpsum = 3%2.1.17 石膏浆液密度计算 2.1.18 旋流器底流密度计算 2.1.19 旋流器顶流密度计算 2.1.20 脱水石膏产量 2.1.21 吸收塔来石膏浆液计算 联立方程组得： 2.1.22 石灰石浆液供给 石灰石耗量 假定石灰石浆液浓度 石灰石固体密度2.1.23 石灰石浆液质量流量 2.1.24 石灰石浆液密度 与石灰石浆液密度经验值1.23（kg/L)接近，计算合理。2.1.25 石灰石浆液体积流量 2.1.26 浆液池尺寸设计 (1)假定浆液停留时间 浆液灌体积 浆液罐直径计算 联立上式得

12、： 2.1.27 滤池箱尺寸设计 假定滤布冲洗水量以50的石膏质量流量作为石膏 冲洗水量 2.1.28 滤液量 2.1.29 滤液箱容积 假定滤液箱停留时间 2.1.30 吸收塔尺寸的设计2.1.30.1循环浆液流量 烟气流量 二氧化硫浓度 二氧化硫脱除率 查资料得: 液气比与煤含硫量和脱硫率关系较大，一般在825L/m3之间。 假定液气比，吸收塔出口净烟气温度T2=53。 循环浆液流量 设计喷淋塔层数为3 每层循环浆液流量 2.1.30.2 吸收塔直径查资料得: 吸收塔烟气流速通常为35m/s，取=4m/s。 2.1.30.3吸收塔循环区体积假定循环浆液停留时间26 min，取 2.1.30

13、.4 吸收塔总高 浆液池位高度 另外考虑到因注入氧化空气引起的吸收塔浆液液位波动，浆液液位高度增加0.5，取H1=10.82；浆液液面距入口烟道高度H2，考虑到浆液鼓入氧化空气和搅拌时液位有所波动；入口烟气温度较高、浆液温度较低可对进口管底部有些降温影响，加之该区间需接近料管，H2一般定位800mm1300mm范围为宜。此处H2取1.2; 进口烟道高度H3=4,进口烟道顶部距底层喷淋层高,H4=2.5m, 喷淋层区域高度H5,设计喷淋层之间的间隔2，喷淋层数3层, H5=22=4 ,除雾区高度H6=4m，出口烟道高度：H7=3。吸收塔总高 2)除雾器的主要设计指标a.冲洗覆盖率：冲洗覆盖率是指

14、冲洗水对除雾器断面的覆盖程度。据经验值5，冲洗覆盖率一般在180200。其可按下式计算：冲洗覆盖率=式中： A某一冲洗面的有效通流面积，取A=100m2； n该冲洗面的喷嘴数，取n=90； 喷射扩散角，一般为90120，取 =90； h喷嘴距除雾器表面的垂直距离，一般为0.6m0.9m，取h=0.8m。代入数据有： 冲洗覆盖率=在180200范围内，设计合理。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

15、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。

16、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35m/ s之间。本方案的烟气设计流速为4m/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

17、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1-4m3/(m2.h)。3)除雾器的最终设计参数本设计中设定最下层冲洗喷嘴距最上层喷淋层3m。距离最上层冲洗喷嘴3.5m。a.数量：1套 1units=套b.类型：V型 级数：2级c.作用：除去吸收塔出口烟气中的水滴，以便减少烟

18、囱出烟口灰尘量。d.选材：外壳：碳钢内衬玻璃鳞片；除雾元件：阻燃聚丙烯材料（PP）；冲洗管道：FRP；冲洗喷嘴：PP。2.1.31 喷淋层设计 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：（1）能产生实心锥体形状，喷射区为圆形，喷射角度为60120；（2）喷嘴内液体流道大而畅通，具有防止堵塞的功能；（3）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；（4）喷嘴体积小，安装清洗方便；（5）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

19、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6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0.82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68米。本方案采用4层喷嘴，层间距为2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

20、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）下可靠地实现较高的脱硫效率，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。单层喷淋层浆液流量 假定喷嘴流量为5 取整得 211 假定单管可选最大直径，喷淋管内最大流速 单喷管最大流量 单喷淋层主喷管数 = 252.1.32 烟道尺寸设计 1、

21、净烟气烟道直径 假定烟气出口流速 2、原烟气烟道直径 由前面计算知：吸收塔入口处烟气流量 ； 除尘器出口温度T=135。 则折合成实际工况下原烟气流量为： 2.1.33 增压风机烟气设计流量计算 假定风机入口烟气温度，100%BMCR工况下风机入口处湿烟气流量 2.1.34 增压风机总压损 假定吸收塔压损10（mbar），GGH压损12（mbar）,烟道压损7（mbar）考虑20%的裕量，取35（mbar）=3500 Pa 2.1.35 电机功率 假定风机效率，电动机效率 增压风机所需功率 2.1.36 三台循环泵轴功率计算 1、有效功率 三台浆液循环泵的扬程分别为， 2、 循环泵的轴功率 假定循环泵的总效率 2.1.37 电机参数 选用循环泵电机额定功率需考虑标准值10%以上裕量 2.1.38 氧化风机 假定吸收塔喷淋区域的氧化率为60% 浆池内氧化量: 假定通氧效率 所需空气流量: 根据经验，考虑溶解盐12.1%，则空气流量为 此处设计选用一台风机，因此风机空气流量5370 第三章 总结与致谢课程设计是一项实践性很强的课程，是培养个人综合运用本课程及有关专业课程的基本知识去解决某一设计任务的一次综合训练。在这两星期的课程设计过程中，锻炼了我们查阅文献资料、搜集有关数据、正确选用公式，反复试算比较、整体规划、综合考虑及主要设备的工艺设计及绘制结构图的综合能力，我受