燃煤锅炉房烟气脱硫除尘

1、课程设计说明书燃煤锅炉房烟气脱硫除尘目录1 总 论11.1 概述11.2 烟气脱硫方法分析11.2.1 石灰石石灰法21.2.2 钠碱法31.2.3 双碱法31.2.4 氧化镁法31.2.5 氨法31.3 烟气除尘方法分析41.4设计依据和原则52 除尘脱硫系统62.1 方案的确定及其论证62.2 工艺流程描述72.2.1 烟气脱硫除尘工艺流程72.2.2 烟气脱硫除尘基本原理82.2.3 湿式除尘脱硫的废水处理83 工艺计算103.1 排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算103.1.1 标准状态下理论空气量103.1.2 标准状态下理论烟气量103.1.3 标准状态下的实际烟气量103.1.4

2、标准状态下烟气含尘浓度103.1.4 标准状态下烟气中含二氧化硫浓度113.2 除尘效率123.2.1 除尘效率123.2.2 除尘器的选择123.3 管网阻力及压损的计算14管径的确定143.3.2 摩擦压力损失143.3.3 局部压力损失153.3 烟囱的设计163.3.1 烟囱高度的确定163.3.2 烟囱直径的确定164 主要附属设备的选型及设计184.1 标准状态下风机风量的计算184.2 风机风压的计算184.3 电动机功率的计算194.4 清水池及沉淀池的面积计算20液气比的确定20清水池和沉定池面积计算204.5 设计图纸205 设计体会21参考文献211 总 论1.1 概述随

3、着经济和社会的发展，燃煤锅炉排放的二氧化硫严重地污染了我们赖以生存的环境。由于中国燃料结构以煤为主的特点，致使中国目前大气污染仍以煤烟型污染为主，其中尘和酸雨危害最大，且污染程度还在加剧。因此，控制燃煤烟尘的SO2对改善大气污染状况至关重要。高温气体净化主要包括脱硫和除尘两部分，此外还须脱除HCI、HF和碱金属蒸汽等有害杂质。在常规工艺中，脱硫和除尘作为独立的单元操作分别在各自的装置中完成。而在脱硫除尘一体化工艺过程中，将脱硫和除尘两个单元操作结合起来，即在一个操作单元中既达到除尘的目的又满足脱硫的要求。脱硫除尘一体化操作可以简化工艺流程，节约设备投资。因而，研究开发适合于我国燃煤锅炉烟气脱硫

4、除尘一体化设备具有重要的使用价值。目前烟气脱硫除尘一体化装置主要是通过工艺改造和设备优化组合来实现脱硫除尘的目的，很少有人来通过改良脱硫除尘剂的配方来实现这一目的。假如能够在现有的成熟的高效率脱硫工艺的基础上，在投资成本和运营成本都不高的情况下，通过一些工艺的改良和脱硫药剂的改善来提高其除尘效率，使得该脱硫除尘一体化装置既有良好的脱硫效果，又能获得较高的除尘效率。这种技术的研制和开发一定会有很好的推广价值，产生良好的社会效益和经济效。1.2 烟气脱硫方法分析 在国际上，工业发达国家对二氧化硫的排放有严格的标准，燃煤厂普遍安装了烟气脱硫装置。其中绝大部分脱硫采用的是石灰石石灰法。日本和德国是世界

5、上脱硫石膏的主要生产国和利用国，美国、英国、奥地利、荷兰等国，也均取得了较好的经济和社会效益。 烟气脱硫治理分干法和湿法2种。目前使用范围最广的脱硫方法是湿法脱硫，约占脱硫总量的80以上。常用的湿法脱硫方法，根据其所选用的吸收剂不同，又可分为石灰石石灰法、钠碱法、双碱法、氧化镁法、氨法等。 石灰石石灰法烟气脱硫工艺中的石灰石法，主要采用细度200-300目的石灰石粉与水混合后制成石灰石浆液，然后输送至吸收塔内，再通过喷淋雾化装置使其与烟气接触，并吸收烟气，从而达到脱硫的目的。该工艺需配备石灰石粉碎与化浆系统。由于石灰石活性较低，脱硫过程需通过增大吸收液的喷淋量，提高液气比，以保证达到足够的脱硫

6、效率，因此，采用该方法脱硫的运行费用较高。石灰法是用石灰粉代替石灰石，石灰粉活性大大高于石灰石，可提高脱硫效率。石灰法存在的主要问题是塔内容易结垢，引起气液接触器(喷头或塔板)的堵塞。流程见图1-2-1 钠碱法 钠碱法采用碳酸钠或氢氧化钠等碱性物质吸收烟气中的SO2，并可副产高浓度SO2气体或Na2SO3，它具有吸收剂不挥发、溶解度大、活性高、吸收系统不堵塞等优点，适合于烟气SO2浓度较高的废气S02吸收处理。但同时也存在副产品回收困难、运行费用高等缺点。1.2.3 双碱法 双碱法Na2CO3/Ca(0H)2是在石灰法基础上结合钠碱法，利用钠盐易溶于水，在吸收塔内部采用钠碱吸收SO2。吸收后的

7、脱硫液在再生池内利用廉价的石灰进行再生，从而使钠离子能循环吸收利用。该工艺是在综合石灰法与钠碱法的特点基础上通过改进的结果。主要解决了石灰法在塔内易结垢的问题，又具备钠碱法吸收效率高的优点。 脱硫副产物主要为亚硫酸钙或硫酸钙(氧化后)。与氧化镁法相比，钙盐不具污染性，因此不产生废渣的二次污染。1.2.4 氧化镁法 氧化镁法采用氧化镁与SO2反应得到亚硫酸镁与硫酸镁，它们通过煅烧可重新分解出氧化镁，同时回收较纯净的SO2气体，脱硫剂可循环使用。由于氧化镁活性比石灰水高，脱硫效率也较石灰法高。它的缺点是氧化镁回收过程需煅烧，工艺较复杂，但若直接采用抛弃法，镁盐会导致二次污染，总体运行费用也较高。

8、氨法 氨法采用氨水作为SO2的吸收剂，SO2与NH3反应可产生亚硫酸氨、亚硫酸氢氨与部分因氧化而产生的硫酸氨。根据吸收液再生方法的不同，氨法可分为氨酸法、氨亚硫酸氨法和氨硫酸氨法。氨法主要优点是脱硫效率高(与钠碱法相似)，副产物可作为农业肥料。 由于氨易挥发，使吸收剂消耗量增加，脱硫剂利用率不高；脱硫对氨水的浓度有一定的要求，若氨水浓度太低，不仅影响脱硫效率，而且水循环系统庞大，使运行费用增大：浓度增大，势必导致蒸发量的增大，对工作环境产生影响。而且氨易与净化后烟气中的SO2反应，形成气溶胶，使得烟气无法达标排放。氨法的回收过程也是较为困难的，投资费用较高，需配备制酸系统或结晶回收装置，如中和

9、器、结晶器、脱水机、干燥机等，系统复杂，设备繁多，管理、维护。1.3 烟气除尘方法分析 通过烟气除尘，对空气中的粉尘颗粒物质进行处理，达到治理和防范粉尘污染的作用，从而改善空气质量，改善人类的生存和发展的环境，对人们生活质量的提高起到了积极的作用。烟气除尘是指利用各种除尘对空气中的粉尘颗粒污染物进行处理的技术。下面主要的工业锅炉烟气除尘方法1.4设计依据和原则锅炉设备是燃料的化学能转化为热能，又将热能传递给水，从而产生一定温度和压力的蒸汽和热水的设备。锅炉型号：SZL61.6型，SZ双锅筒纵置式，L链条炉排，6蒸汽锅炉额定蒸发量为若干t/h 或热水锅炉额定供热量为若干104kcal/h新单位制

10、应为MW。(1)燃料燃烧就是供给足够的氧气，也就是想炉膛内供给足够的空气。(2)冬季室外温度：-1，设备安装在室外，考虑在冬天设备的防冻措施，以及冬季排气冷凝形成的水雾、烟雾等。(3)按锅炉大气污染物排放标准（GB 132712001）中二类区标准执行，故建地应在二类区：城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。(4)在设计过程中要考虑各除尘器的除尘效率，设备用费等各项技术经济条件。通过计算，根据工况下的烟气量、烟气温度及达到的除尘效率选择除尘器。我选择的是XL型旋流式水膜脱硫除尘技术工艺，这是一种非常典型的湿法烟气脱硫除尘工艺，具有结构简单、压力损失小、操作稳

11、定、脱硫除尘效率高等优点。(5)根据气液相对运动的不同，喷雾除尘脱硫装置可以分为逆流型和错流型。逆流型是烟气向上运动，雾滴由喷嘴喷出向下运动，使气液得以充分混合，完成除尘脱硫过程;错流型是雾滴由喷嘴向下喷出，而烟气水平流动。此外，在一些喷雾脱硫塔中，还有采用顺流型的，即烟气向上运动，雾滴由喷嘴向上喷出，与烟气同向流动，来增加气液接触时间，提高传质效果，同时与逆流布置相比可以减小压力损失，但在应用中还是以逆流型更为常2 除尘脱硫系统2.1 方案的确定及其论证脱硫装置按其结构不同分喷淋塔式、水浴式、文丘里式及水膜式等。但基本上都由喷射装置、罐(塔)体、旋流板、灰水池、清水池、循环泵及管路系统等部分

12、组成。脱硫装置的折算阻力一般300 Pa以下, 根据国家标准规定,除尘器的折算阻力必须小于1 200 Pa,因此在多管除尘器后加装脱硫装置时,首先应对多管除尘器的阻力进行测试,如多管除尘器的阻力小于900 Pa,则可直接串联脱硫装置;如果多管除尘的阻力大于900 Pa,串联脱硫装置后,整个除尘、脱硫系统的总阻力就有可能大于1 200 Pa,原锅炉配套引风机就不能满足正常运行要求,使锅炉易产生正压燃烧,这时只需在原有型号的基础上将引风机的电机功率加大一号,即可满足锅炉运行要求。其次,在脱硫改造时,可根据锅炉除尘室的实际情况,灵活布置脱硫装置,该装置既可安装在多管除尘器与引风机之间(负压段),也可

13、安装在引风机之后(正压段)。安装在负压段的优点是:因脱硫装置进一步去除了烟气中的粉尘,可减轻粉尘对引风机叶轮的磨擦,延长风机使用寿命。安装在正压段的优点为:可避免因脱硫装置脱水不良,引起的风机及烟道腐蚀。两者均有利弊。由于组合式除尘脱硫系统先由多管除尘器去除了大部分粉尘,脱硫装置所需的灰水沉淀池,比其他湿式除尘器的灰水沉淀池小得多,耗水量也比其他湿式除尘器小。因此这种除尘脱硫系统既适合于场地窄小的锅炉房的脱硫改造。也适合新建锅炉房的除尘脱硫。文丘里喷淋装置和XL型旋流式水膜脱硫除尘器的特点：造价低，安装方便，重量轻，降低了设备价格，是用户理想的锅炉配套产品。(1)文丘里雾化装置以文氏管为基础优

14、化改进而成，保留文氏管的优点。(2)文丘里为矩形截面，卧式布置，方便安装。(3)文丘里内的喷淋装置为内喷顺流式，雾化均匀，316L或同等的材料制作。(4)文丘里内烟气流速极高，耐磨材料能保证文丘里的正常使用。采用机械加工的花岗岩，内表面光滑，耐腐蚀，耐磨损，耐高温，降低烟气的摩擦和压力损失。(5)水膜脱硫除尘器烟气进口采用切向进口方式，空气动力场合理，提高除尘脱硫效率和减少系统阻力。(6)筒体采用外部碳钢结构，内衬花岗岩，中间浇注料模具成型，内表面光滑，能承受300以下的高温烟气，设备整体强度大大增加，同时延长了设备的使用寿命。(7)内部水膜系统由环形水管和水槽组成，水槽形成的水膜保证在筒体内

15、壁形成连续不断的水膜层，避免漏膜断膜现象，这是保证除尘脱硫效率的一个主要因素之一。(8)水槽材质为耐酸碱耐高温的陶瓷烧结而成，采用分段溢流结构，水膜均匀，耗水量减少。(9)水槽和筒体制作为整体结构，确保水槽处不漏水漏风，水槽内挡板能更好的防止水膜层被烟气冲击、破坏和带走。(10)水膜脱硫除尘器内部平整光滑，使耗水量降低至原来的2/3，降低了运行成本。(11)安装简单，一般每节1米，现场吊装1天即可安装完成，减少了施工周期。(12)因采用本体每节1米，内部没有接缝，每节接口处有凹凸形接缝，安装时用呋喃树脂胶泥在缝口连接，确保连接处不漏水。(13)由于设备重量轻，从而减少了基础和运输的成本。2.2

16、 工艺流程描述 烟气脱硫除尘工艺流程锅炉烟气由引风机抽出，首先进入文丘里喉管，与雾化的循环脱硫液接触进行降温以吸收长雾滴，从脱硫吸收塔下部切线方向进入旋流塔内，再与水膜接触降温吸收，烟气与脱硫液再次接的是烟气通过旋流板上一定角度的缝隙时所产生的旋流来切割连续的碱性水，使水分散成雾滴与烟气充分接触，液滴中的碱性物质与烟气中的二氧化硫起化学反应，把二氧化硫的生成物由气入液相，完成除尘脱硫过程，含有大量烟气的脱硫液流入塔底液封池，自流出塔进入沉淀池，经过沉降池沉降，清液由循环池被送到旋流塔内循环吸收，经旋流板除尘脱硫之后烟气继续上升进入板，分离下雾滴，再进入除雾塔，经引风机排人烟囱。工艺流程图见2-

17、2-1图2-2-1锅炉烟气脱硫除尘工艺流程图脱硫装置内壁以铸石衬里和防腐涂料作耐温耐磨防腐处理,延长了设备的使用寿命。脱硫装置所用吸收(洗涤)液为碱性液体,在脱硫器内捕集灰尘、吸收SO2后,排入灰水池,经沉淀后循环使用。2.2.2 烟气脱硫除尘基本原理由于脱硫除尘一体化，脱硫除尘同时进行，既有化学反应，又有物理过程。湿式烟气脱硫常采用的方法是吸收法。用水或碱溶液作吸收剂吸收烟气中SO2的方法称为湿法脱硫。湿式脱硫的主要作用一般有两个：一是水对SO2的物理吸收，即SO2溶于水，这是一个可逆过程，其脱硫效果受到最大溶解度的限制；二是化学吸收，烟气中的SO2与水中碱性物质发生中和反应。湿式脱硫主要依

18、靠脱硫剂对烟气中的SO2的化学吸收。2.2.3 湿式除尘脱硫的废水处理对于文丘里湿式除尘脱硫塔的废水采用循环处理工艺,即将除尘脱硫后的废水经二级混凝沉淀分离,除去大部分有机物和尘粒,过滤后的清水泵入塔内循环回用,文丘里出口排水pH值在6以上,尾部系统酸性腐蚀明显减轻,且灰管不结垢。该套装置改造后已正常运行一年,脱硫率维持6070%。冲击式除尘脱硫塔的废水也循环使用,当废水中沉淀较多时,排入沉淀池沉淀,澄清后的水泵入塔内继续使用。为了防止脱硫废水对设备的酸性腐蚀,塔内涂防酸防碱防腐涂料,且须经常向水中投加碱性脱硫剂,或将冲灰渣后的碱性水泵入塔内使用。3 工艺计算3.1 排烟量及烟尘和二氧化硫浓度

19、的计算 标准状态下理论空气量 式中 Cy Hy Oy Sy分别为煤中各元素所含的质量分数 =7.0149m3/kg 标准状态下理论烟气量 式中 Qa'标准状态下理论空气量，m3/kgWy煤中水分的质量分数；NyN元素在煤中的质量分数； Qs'=1.867（0.6785+0.3750.0202）+11.20.0412+1.240.103+ 0.027.0149+0.797.0149+0.80.0122 =7.562 m3/kg 标准状态下的实际烟气量 Qs= Qs'+1.061（a-1）Qa'式中a空气过量系数 Qa'标准状态下理论空气量，m3/kg Qs

20、'标准状态下理论烟气量，m3/kg Qs=7.562+1.0160.387.0149=10.270 m3/kg Q=Qs设计耗煤量=10.270940=9653.8 m3/h 标准状态下烟气含尘浓度 C= 式中 dsh排烟中飞灰占煤中不可燃烧成分的质量分数；Ay煤中不可燃烧成分的含量；Qs标准状态下实际烟气量。m3/kg C=0.150.1518/10.27=2.22103mg/m3 标准状态下烟气中含二氧化硫浓度 式中 SY煤中硫的质量分数Qs标准状态下实际烟气含量m3/kg CSO2=3.934103mg/m33.2 除尘效率 除尘效率 =1-Cs/C式中C标准状态下烟气含尘浓度，

21、mg/m3Cs标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m3=1-=90.99%so2=1-=77.12%3.2.2 除尘器的选择 工况下的烟气流量 Q'=QT'/T式中Q标准状态下的烟气流量T'工况下的烟气温度，KT标准状态下温度，273K Q'=9653.8/（273+16）/273=15312 m3/h则烟气流量为Q'/3600=15312/3600=4.25 m3/s根据工况下的烟气量，烟气温度及要求达到的除尘效率确定除尘器；由宜兴市海纳环保有限公司制造的 “XL型旋流式水膜脱硫除尘器”中选取XL6型旋流式水膜脱硫除尘器。产品性能规格见表3-2-

22、1，设备外形结构尺寸见表3-2-2. 图见3-2-3表3-2-1 XL6型旋流式水膜脱硫除尘器产品性能规格型号配套锅容量/（J/H）处理烟气量/ （98）除尘效率/%排烟黑度设备阻力/Pa脱硫效率/% 质量/KgXL-6618000 981700120072896900表3-2-2 XL6型旋流式水膜脱硫除尘器设备外形结构尺寸DD1H4H3H2H1HAA1A21400120015003700100050067006001206=720760BB1B212EFGt1h 15101265=6306707508509003458002000图主塔各尺寸3-2-33.3 管网阻力及压损的计算3.3.1

23、管径的确定 d= 式中 Q工况下管道内的烟气流量 ，m3/s 烟气流速，m/s-1取=21m/s-1 d =0.507mm圆整并选取风道外径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm500±10.75内径=d1=500-20.75=498.5mm由公式可计算出实际烟气流速： =21.8 m/s3.3.2 摩擦压力损失 pL=式中 L管道长度,m d 管道直径，m 烟气密度，kg/m 管中气流的平均速度，m/s摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度K/d的函数。可以查手册得到（实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌或混凝土管道值可取0.04）。（1） 对于500的圆管L=1

24、0m =n273/(273+160)=1.4273/443=0.86 kg/m3pL= （2）对于砖砌拱形烟道 A=2/D2/4=B2+B2/4 故B=450m3.3.3 局部压力损失（1）180°的弯头 D=500mm，取R=D则=1.5 则 P=v2/2=1.50.8621.82/2=306Pa式中 管件的局部阻力系数烟气密度，kg/m3 v管中气流的平均速度，m/s（2）文丘里管喉压力损失 P =v2/2式中烟气密度，kg/m3v管喉气流的速度(一般取v=5080m/s)，m/s管件的局部阻力系数(取=1.190.34，其中=0.150.8 kg/m3) P=0.34/0.8/

25、0.86/702/2=573Pa（3）T型管压力损失P=v2/2 取 =1.3则P=1.30.8621.82/2=267Pa（4）渐缩和渐扩管的压力损失查表可知=0.25P=v2/2=/2=51Pa系统总阻力（其中锅炉出口前阻力损失为800Pa，除尘器阻力1200Pa） h=81.7+306+573+267+51+800+1200=3278.7Pa3.3 烟囱的设计 烟囱高度的确定首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定见表3-3-1确定烟囱的高度。表3-3-1 锅炉烟囱高度锅炉总额定出力/（t/h）1122661010202635烟囱最低高

26、度/m202530354045锅炉总额定出力：3 t/h故选定烟囱高度为40m。3.3.2 烟囱直径的确定烟囱出口内径可按如下公式计算： 式中Q通过烟囱的总烟气量，m3/h 按表3-3-2选取的烟气出口烟气流速表3-3-2出口烟气流速的取值通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风102045自然通风6102.53选定=4m/h圆整取2.3m 烟囱底部直径 式中 d2烟囱出口直径，m H烟囱的高度，m i烟囱锥度（通常取i=0.020.03）取i=0.02， 4 主要附属设备的选型及设计4.1 标准状态下风机风量的计算 式中1.1风量备用系数； Q标准状态下风机前风量，m3/h tp风机前烟气温

27、度，ºC，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度； B当地大气压，kPa。 m3/h4.2 风机风压的计算烟囱抽力：式中H烟囱高度，m t外界空气温度，ºCt烟囱内烟气平均温度，°C B当地大气压，Pa Sy=187Pa 风机风压：Hy=式中1.2风压备用系数 h系统总阻力，Pa Sy烟囱抽力，Pa 风机前烟气温度，ºC t风机性能表中给出的试验用气体温度，ºC y标准状态下烟气密度，kg/m3 根据Qy和Hy选定Y645128C的引风机，性能如下表4-2-1。表4-2-1Y645128C的引风机性能参数机号传动方式转速/（r工况序号流量/全压/

28、Pa全压效率/%有效功率/kw10C220019181353382.618.824.3 电动机功率的计算Ne=式中Qy风机风量， 电动机备用系数，对引风机，=1.3Ne=根据电动机的功率，风机的转速，传动方式选定Y200L4B3型的电动机参数见表4-3-1。表4-3-1Y200L4B3型的电动机性能参数型号转速功率传动皮带（内周长根数）Y200L4B3147030C2794 6 4.4 清水池及沉淀池的面积计算液气比的确定（1）液气比是一个重要的操作参数，在选择液气比时既要满足排放要求，又要考虑系统安全经济运行。（2）理论上液气比可按（3）工程实际中的液气比，应该在计算的基础上综合考虑风机出力，烟气湿度等因素而确定。（4）液气比l、系统运行PH值、脱硫效率相互影响，工程实际中在确定液气比时兼顾其相互作用，协调出处理，共同保证理想脱硫效果和系统的安全经济运行。（5）耗液量