锅炉中硫烟煤烟气湿式石灰法脱硫系统设计

1、1 设计任务1.1 设计题目QXS65-39型锅炉中硫烟煤烟气湿式石灰法脱硫系统设计1.2 设计原始数据锅炉型号：QXS65-39 即，强制循环室燃炉（煤粉炉），蒸发量65t/h，出口蒸汽压力39MPa设计耗煤量：8.5t/h设计煤成分：CY=64.5% HY=4% OY=3% NY=1% SY=1.5% AY=13% WY=13%；VY15；属于中硫烟煤排烟温度：160空气过剩系数1.25飞灰率29烟气在锅炉出口前阻力900Pa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250m，90°弯头50个。1.3 设计内容及

2、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。2 设计计算2.1 燃煤锅炉烟气量、烟尘及二氧化硫的浓度计算2.1.1 理论空气量设有1000g该成份的煤，假设N的产物全部转化生成N2，S全

3、部转化生成SO2。由质量百分比组成确定其摩尔组成表2.1 以1kg煤计算成分质量/g物质的量/mol(分子）需氧量/molC64553.7553.75H402010O300.94-0.94N100.36S150.470.47灰分130H2O1307.22所以理论需氧量为： 假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78，则1kg中硫煤完全燃烧所需要的理论空气量为： 2.1.2 理论烟气量 2.1.3 实际烟气量空气过剩系数时，实际烟气量为：即烟气流量Q应以m3/h计，设计耗煤量为m=8500kg，所以标况下实际烟气量：2.1.4 烟气含尘浓度烟气含尘浓度：式中： V 飞灰率A 灰分标准状态下实际烟气量，

4、m3/kg。2.1.5 二氧化硫浓度2.2 除尘设备的设计与计算2.2.1 袋式除尘器的概念过滤式除尘器，又称为空气过滤器，是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置，采用滤纸或玻璃纤维等填充层作滤料的空气过滤器，主要用于通风及空气调节方面的气体净化。袋式除尘器是采用纤维织物做滤料的过滤式除尘器，在工业尾气的除尘方面应用较广1。袋式除尘器的除尘效率一般可达99%以上。虽然它是最古老的除尘方法之一，但由于它效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。同时，在结构形式、滤料、清灰方式和运行方式等方面也都得到了不断的发展。滤袋形状传统上为圆形，后来又出现了扁形，扁袋在相同过滤面积下体

5、积更小，具有较好的应用价值1。2.2.2 袋式除尘器的工作原理含尘气流从下部孔板进入圆筒形滤袋内，在通过了滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体由排出口排出。沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中，常用滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成，滤料本身网孔较大，孔径一般为2050um，表面起绒的滤料为510um，因而新鲜滤料的除尘效率较低。颗粒因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，逐渐在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉尘初层。初层形成后，它成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率。滤布只不过起着形成粉尘初层和支撑它的骨架作用，但随着颗粒在滤袋上积聚，滤袋两侧的压力

6、差增大，会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降。另外，若除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，影响生产系统的排风效果。因此，除尘器阻力达到一定的数值之后，要及时清灰。清灰不能过分，即不应破坏粉尘初层，否则会引起除尘效率显著降低。对于粒径0.10.5um的粒子清灰后滤料的除尘效率在90%以下；对于1um以上的粒子，效率在98%以上。当形成颗粒层后，对所有的粒子的效率都在95%以上，对于1um以上的粒子效率都高于99.6%。另一个影响袋式除尘器效率的因素是过滤速度。它定义为烟气实际体积流量与滤布面积之比，也称为气布比。其大小直接影响到袋式除尘器的一次性投资、运行费用、

7、除尘效率等。过滤速度太高会造成压力损失过大，降低除尘效率，使滤袋堵塞以至快速损坏。但是，提高过滤速度可以减少过滤面积，以较小的设备来处理同样流量的气体。过滤速度小会提高除尘效率，延长滤袋使用寿命，但会造成除尘器过于庞大，一次性投资加大。它与粉尘性质、气体含尘浓度、滤袋材质和清灰方式等因素有关。一般若含尘浓度高、粉尘颗粒小，过滤速度应取小值，反之则取高值。 2.2.3 袋式除尘器的滤料滤料是组成袋式除尘器的核心部分，其性能对袋式除尘器操作有很大的影响。选择滤料时必须考虑含尘气体的特征，如颗粒和气体的性质（温度、湿度、粒径和含尘浓度等）。性能良好的滤料应容量大、吸湿性小、效率高、阻力低，使用寿命长

8、，同时具备耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。滤料特征除与纤维本身的性质有关外，还与滤料表面结构有很大关系。表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适于含尘浓度低、黏性大的粉尘，采用的过滤速度不宜过高。表面起绒的滤料容尘量大，颗粒能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但必须及时清灰。袋式除尘器的滤料种类较多。按滤料材质分，有天然纤维、无机纤维和合成纤维等；按滤料结构分，有滤布和毛毡两类。棉毛织物属天然纤维，价格较低，适用于净化没有腐蚀性、温度在350360K以下的含尘气体。无机纤维滤料主要指玻璃纤维滤料，具有过滤性能好、阻力低、化学稳定性好、价格便宜等优点。用硅酮树脂处理玻璃纤维滤料能提高其耐磨

9、性、疏水性和柔软性，还可以使其表面光滑易于清灰，可在523K以下长期使用。玻璃纤维较脆，经不起揉折和摩擦，使用上有一定的局限性。尼龙织布的最高使用温度可达368K，耐酸性不如毛织物，但耐磨性好。奥纶的耐酸性好，耐磨性差，使用温度答423K。涤纶的耐热、耐酸性能较好，耐磨性也仅次于尼龙，可长期在413K下使用，涤纶绒布在我国是性能较好的一种滤料。2.2.4 袋式除尘器的清灰方式（1）机械振动清灰：机械振打式清灰式最早出现的清灰方式，它的结构一般是使用某些装置来对滤袋的框架结构进行振打或摇晃，通过滤袋的振动来达到清落灰尘的目的。这种清灰方式结构非常简单，甚至人工都可以完成，一般高频率振动清灰和机械

10、振打比较常见，机械振打式清灰的几种操作方式，第一种是沿水平方向的，下部较为固定，上部摇晃，水平振打的部位主要是滤袋的上部和中部。第二种是沿竖直方向振打，这种方式对于滤袋的损害比较大，尤其是袋口处，容易出现损坏。所以常常利用一个高速旋转地偏心轮来让滤袋产生频率很高的振动，从而实现清灰，这样对滤袋损害较小，但清灰效果也较差。第三种是利用振动来实现清灰，振动的频率一般比较高。或者综合前两种方式，叠加在一起。第四种是利用偏心轴上的摇杆，这个偏心轴是不停转动的。这样通过振动圆管，滤袋就会在各个方向上产生摇动，使沉积于滤袋的颗粒层破碎而落入灰斗中。（2）逆气流清灰：所谓逆气流清灰指清灰时气流方向与正常过滤

11、时相反。过滤过程与机械振动清灰方式相同，但在清灰时，要关闭含尘气流，开启逆气流进行反吹风。此时滤袋变形，沉积在滤袋内表面的灰尘破坏、脱落。通过花板落入灰斗。安装在滤袋内的支撑环可以防止滤袋完全被压扁。逆气流清灰袋式除尘器的过滤风速一般为0.31.2m/min，压力损失控制范围为10001500Pa。与机械振打式类似，逆气流清灰的袋式除尘器一般也是划分成多个袋室的，并且通过使用阀门，来对袋室进行逐个的提供反向的气流。这个反向气流既可以由专门的风机来提供，也可以由系统的主风机来提供。为了增强逆气流清灰装置的清灰效果，常常会通过安装一些自动阀门来使反向气流产生脉冲。逆气流清灰式的清灰效果必须在过滤的

12、气流速度较低时才会体现出来，因为它本身的清灰作用就比较弱。但是它的优点是清灰比较均匀，对滤袋的损坏比较小，而且也不会产生剧烈的振动。（3）脉冲喷吹清灰：利用47个标准大气压的压缩空气反吹，产生强度较大的清灰效果。当进行清灰操作时，将压缩空气喷射入滤袋，气流的速度非常高，而且持续的时间非常短，一般不超过0.2秒，于此同时，引导大量的空气进入滤袋，这样就会使滤袋产生急剧的膨胀并发生振动，从而使粘附在滤袋上的粉尘脱离并清落下去。每清灰一次，称为一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期，通常为60s2。2.2.5 袋式除尘器的设计和计算（1）选择袋式除尘器的滤料及清灰形式由于烟气的温度为1

13、60，可以选择玻璃纤维滤袋，选用的清灰方式为逆气流清灰，根据表2.2选择过滤气速VF=1.0m/min。表2.2 清灰方式与过滤速度粉尘种类纤维种类清灰方式过滤气速/(m/min)飞灰（煤）玻璃、逆气流0.581.8飞灰（油）玻璃逆气流1.982.35飞灰（焚烧）玻璃逆气流0.76进口粉尘浓度为： 出口粉尘浓度为：设计的袋式除尘器的除尘效率为：（2）计算过滤面积160下的烟气流量为：式中：Q标准状态下实际烟气量，m3/h PN当地实际大气压，取一个标准大气压，即PN=P=101.325KPa TN排烟温度所以总过滤面积：（3）确定过滤袋数设计袋的直径为：d=0.30m=300mm设计袋的高度为

14、：L=5.4m=5400mm则可得每条滤袋的面积为： 所需滤袋的条数为： （4）校核取滤袋400条，则校核实际过滤速度：（5）滤袋的排列和间距将滤室分为4组，每组有100条滤袋，采用正方形排列，每组10×10排列，袋与袋之间的距离取60mm。为了便于安装和检修，组与组之间留有400mm宽的检修通道，边排滤袋与壳体间留出距离为200mm宽的检修人行道。由以上设计可得滤室的总长为（长宽相等）（6）灰斗高度灰斗的最小锥角根据粉尘性质取35°，4个滤室，每个滤室1组，每个组一个灰斗，则用4个灰斗，每个灰斗的高度为：（7）支架的高度为了便于粉尘的运输，应该设置灰斗到地面的距离为2.5

15、m，便于汽车进出，则实际支架的高度=灰斗到地面的距离+灰斗的高度，即：支架高度H=1.38+2.5=3.88m2.3 脱硫设备的设计与计算2.3.1 石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气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，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙

16、硫比较低，脱硫效率可大于95%4。采用石灰/石灰石浆液吸收烟气中的，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楚。这个过程发生的反应如下。吸收：由于烟气中含有，因此吸收过程中会有氧化副反应发生。氧化：在氧化过程中，主要是将吸收过程中所生成的CaSO3H2O，CaSO3·1/2H2O氧化称为CaSO4·2H2O由于在吸收过程中生成了部分Ca(HSO3)2，在氧化过程中，亚硫酸氢钙也被氧化，分解出少量的SO2： 设备运行过程中的问题及出现这种问题的原因5：（1）设备腐蚀：化石燃料燃烧的

17、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：湿干结垢，即因溶液水分蒸发而使固体沉积；Ca(OH)2或CaCO3沉积或结晶析出；CaSO3或CaSO4从溶液中结晶析出。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。2.3.2 石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程石灰石/石灰法湿式烟气脱硫技术的工艺流程如图1所示。锅炉烟气经除尘、冷却后送入吸收塔，吸收塔内用调配好的石灰石或石灰浆液洗涤含SO2的

18、烟气，洗涤净化后的烟气经除雾和再热后排放。吸收塔内排出的吸收液流入循环槽，加入新鲜的石灰石或石灰浆液进行再生7。图1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程2.3.3 吸收塔内流量计算假设吸收塔内平均温度为80，压力为120KPa，则吸收塔内烟气流量为： 式中：吸收塔内烟气流量，m3/s； 标况下烟气流量，m3/s； K除尘前漏气系数，00.1；2.3.4 吸收塔径计算依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可选择吸收塔内烟气流速v=3m/s，则吸收塔截面A为：则塔径d为：取塔径D0=3200mm2.3.5 吸收塔高度计算吸收塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池6。（1）吸收区高度：依据

19、石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得，设吸收塔喷气液反应时间t=3s，则吸收塔的吸收区高度为： 吸收区一般设置36 个喷淋层，每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴，本设计中设置4 个喷淋层，喷淋层间距为2m，入口烟道到第一层喷淋层的距离为2m， 最后一层喷淋层到除雾器的距离1m。（2）除雾区高度：除雾器用来分离烟气所携带的液滴，在吸收塔中，由上下两极除雾器(水平或菱形) 及冲水系统(包括管道、阀门和喷嘴等) 构成。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴8。最后一层喷淋层到除雾器的距离1m，除雾器的高度为2.5m，除雾器到吸收烟道出口的距离为0.5m。则取除雾区高度为：H2=4m（3）浆池高度：浆池容量V1按液气比浆

20、液停留时间t1确定：式中：液气比，一般为1525，取15； Q标况下烟气量，m3/h； 浆液停留时间，s，一般为4min8min，本设计中取值为5min； 选取浆池直径等于吸收塔D0，本设计中选取的浆池直径D1为3200mm，然后再根据V1计算浆池高度：式中：浆池高度，m； 浆池容积，；从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.82m。本设计中取为1.5m。（4）喷淋塔烟气进口高度设计：喷淋塔烟气进口高度，烟气出口高度与进口高度相同（5）吸收塔高度： 2.4 烟囱设计计算具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量,且温度高于周围气温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。这相对增加

21、了烟囱的几何高度，因此烟囱的有效高度为： 式中：H烟囱的有效高度，m； 烟囱的几何高度，m； 烟囱抬升高度，m。2.4.1 烟气释放热计算 式中： QH烟气热释放率，kw； Pa大气压力，近似取一个标准大气压101.325kPa； Qv实际排烟量，m3/s Ts烟囱出口处的烟气温度，433； Ta环境大气温度取环境大气温度Ta=293K，大气压力Pa=101.325kPa 环境大气压下的烟气流量： 2.4.2 烟囱直径的计算烟囱平均内径可由下式计算式中：Qv实际烟气流量，m3/s； v烟气在烟囱内的流速，m/s，取20m/s。取烟囱直径为DN1300mm；校核流速。2.4.3 烟气抬升高度计算

22、由QH2100kw，TsTa35K可得式中：n0、n1、n2系数，按表 QH烟气热释放率，kw； 烟囱出口处平均风速，取10m/s.Hs-烟囱几何高度35m 表2.4 系数n0、n1、n2的值QH/kw地表状况n0n1n22100QH<210100农村0.3323/52/5城市0.2923/52/52.4.4 烟囱的几何高度计算本设计的锅炉燃煤量为8.5t/h，根据表2中锅炉总容量与烟囱最低允许高度的关系，取烟囱几何高度为Hs=35m。则烟囱有效高度为：2.4.5 烟囱阻力计算标准状况下的烟气密度为1.34kg/m3，则可得在实际温度下的密度为：烟囱阻力可按下式计算：式中：摩擦阻力系数，

23、无量纲，本处取0.02； 管内烟气平均流速，； 烟气密度，； 烟囱长度，； 烟囱直径，2.4.6 烟囱高度校核假设吸收塔的吸收效率为80%，可得排放烟气中二氧化硫的浓度为： 二氧化硫排放的排放速率： 用下式校核 ： 式中：为一个常数，一般取0.51，此处取0.8； 查得国家环境空气质量二级标准时平均的浓度为,所以设计符合要求。2.5 管道系统设计计算2.5.1 管径的计算假设管道采用薄皮钢管，管内烟气流速为v0=15m/s，则管道直径d为：式中：Q'160时的烟气流量，m3/h； V0烟气流速，m/s； 1.2修正系数代入相关值得： 参照圆形通风管道规格，取为2000mm，则实际烟气流

24、速v0'为2.5.2 摩擦阻力损失计算根据流体力学原理，空气在任何横截面形状不变的管道内流动时，摩擦阻力pm可用下式计算：式中：摩擦阻力系数，无量纲； v管内烟气平均流速，m/s； 烟气密度，kg/m3； l管道长度，m； d管道直径，m；对于薄皮钢管，查阅相关资料的钢管的=0.02。代入相关数值得：2.5.3 局部阻力损失计算烟气管道局部阻力损失可按下式计算：式中：n弯头个数； 局部阻力系数，无量纲； 烟气密度，kg/m3； v管内烟气平均流速，m/s；在烟气管道中一般采用的是二中节二端节型90°弯头，其局部阻力损失系数=0.25，所以感到局部阻力损失为：管道总阻力损失p为：2.5.4 系统总阻力计算系统的总阻力包括烟气在锅炉出口前的阻力、烟囱阻力、管道总阻力与脱硫设备的阻力之和。查相关资料，脱硫设备的阻力为880Pa，则系统的总压力损失为： 2.6 通风机、电动机的选择选择通风机的风量按下式计算：式中：qv管道计算的总风量，m3/h； K1考虑系统漏风所附加的安全系数，取0.1。选择通风机的风压按下式计算：式中：p管道计算的总压力损失，Pa； K2考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数，一般 管道取0.10.15，本设计取0.12； 0标