大气污染脱硫除尘课程设计

1、目 录第一章 绪论1第二章 设计概述22.1 设计任务22.2 相关排放标准22.3设计依据3第三章 工艺设计概述43.1 方案比选与确定43.1.1 除尘方案的比选与确定43.1.2脱硫方案比选和确定53.2 工艺流程介绍10第四章 工艺系统说明114.1 袋式除尘系统114.1.1 袋式除尘器的种类114.1.2 滤料的选择114.2 脱硫系统114.2.1 石灰石-石膏法114.2.2石灰石、石灰浆液制备系统124.2.3 脱硫液循环系统124.2.4 固液分离系统12第五章 主要设备设计135.1 袋式除尘器设计计算135.1.1 过滤气速的选择135.1.2 过滤面积A135.1.3

2、 滤袋袋数确定n135.1.4 除尘室的尺寸135.1.5 灰斗的计算135.1.6 滤袋清灰时间的计算145.2 脱硫设计计算145.2.1浆液制备系统主要设备145.2.2脱硫塔设计155.2.3浆液制备中所需石灰的量155.2.3浆液制备中所需水的量155.2.4浆液制备所需乙二酸的量165.2.5脱硫液循环槽（浆液槽）体积计算165.2.6石灰贮仓体积计算16第一章 绪论 随着经济和社会的发展，燃煤锅炉排放的二氧化硫严重的污染了我们赖以生存的环境。由于中国燃料以煤为主的特点，致使中国目前大气污染仍以煤烟型为主，其中尘和酸雨危害最大。随着环保要求的提高，焦化厂脱硫工艺急需完善。焦化厂焦炉

3、煤气中SO2及其粉尘对大气环境的污染问题日趋严重，甚至影响到我国焦化行业的可持续发展。因此，对焦炉煤气进行脱硫除尘的净化处理势在必行。炼焦技术是将煤配合好装入炼焦炉的炭化室，在隔绝空气的条件下通过两侧燃烧室加热干馏，经过一段时间后形成焦炭。由此可以看出，在炼焦过程中将产生大量含有二氧化硫和粉尘的烟气，该废气若不经过处理直接排入大气中，不仅会对周围环境产生极大影响，而且导致了原物料的浪费，同时有损企业的形象，所以必须进行脱硫除尘处理。因此将从炼焦炉出来的烟气经过管道收集，通过风机将其引入到脱硫除尘系统中去。焦化厂生产工艺中产生焦炉废气，焦炉废气中主要含有二氧化硫和粉尘。焦化厂烟气具有二氧化硫浓度

4、变化大，温度变化大，水分含量大的特征，从而使焦炉烟气处理难度加大。第2章 设计概述2.1 设计任务某焦化厂生产时间为6:0022:00，生产工艺中将产生焦炉废气。每日生产中最大排放废气量为10000m3N/h。焦炉废气中含有焦炉粉尘浓度为15g/m3，粉尘粒径比较均匀，平均分布大致为18-5m。初始废气中SO2浓度为7g/m3，初始废气温度为393K，烟气其余性质近似空气。请设计该生产废气的治理方案，并提交完整的工业废气治理方案报告书。2.2 相关排放标准根据大气污染物综合排放标准GB 16297-1996表中的标准得出表2.1的数据。表2.1 污染物最高排放浓度和最大允许排放速率最高排放浓度

5、mg/m3最高允许排放速率kg/h烟尘150烟囱高度20m6.9二氧化硫12005.1注：以上采用大气污染物综合排放标准中的二级标准根据炼焦炉大气污染物排放标准GB16171-2012，二氧化硫与烟气的排放限值见表2.2表2.2炼焦炉允许排放标准二氧化硫排放标准200mg/m3烟尘排放标准400mg/m3综上，粉尘排放浓度为150mg/m3；二氧化硫排放浓度为200mg/m3。总除尘效率计算：式中 G1，G2：分别为除尘器入口和出口的粉尘浓度，mg/m3。带入G1=15000mg/m3；G2=150mg/m3计算：总脱硫效率计算：式中 C1，C2：分别为吸收塔进口和出口处的二氧化硫浓度，mg/

6、m3。带入C1=7000mg/m3；C2=200mg/m3计算：2.3设计依据二氧化硫排放浓度200mg/m3，脱硫效率97.1%；烟尘排放浓度150mg/m3，除尘效率99.0%；处理烟气量1000010000m3N/h；工厂主要设备应能连续工作16h。第3章 工艺设计概述3.1 方案比选与确定3.1.1 除尘方案的比选与确定除尘器可分为两大类：干式和湿式。干式包括重力沉降室、惯性除尘室、电除尘器、袋式除尘器、旋风除尘器；湿式除尘器包括喷淋塔、冲击式除尘器、文丘里洗涤剂、泡沫除尘器和水膜除尘器。目前，常见的是机械除尘器、旋风除尘器、多管除尘器、水膜除尘器、袋式除尘器、电除尘器。近几年国内外几

7、种烟气除尘技术主要性能参数比较见表3.1表3.1 几种烟气除尘技术的主要相关性能参数除尘装置类别型 式处理的粒度（um）压力损失(Pa)集尘率(%)优 点缺 点重力除尘沉降室10050981474060价廉,易维护不能处理微粒惯性除尘通风型100502946865070价廉,易维护,可以处理高温气体不能处理微粒离心除尘旋风小型53大型5以上490147010405080不占场地,可以处理高温气体,适合含尘浓度较高的气体压力损失大,不适于湿尘,粘着性大、腐蚀性大洗涤除尘文丘里洗涤器小型1以下大型1以上245078408090集尘率高,占地少,在含尘率低时效率也高需大量水,烟囱下部需用花岗石砌过滤

8、除尘袋式除尘器200.198019609099集尘率高,操作简单,含尘率低时效率也高占地大,布耗大,不宜高温气体静电除尘科特雷尔型200.05981968099集尘率高,可处理高温气,含尘率低时效率也高占地大,投资大易老化,受粉尘电性影响声波除尘5889808095运行费用少设备费用较高根据上表和设计任务可以得出，在效率上只有袋式除尘器和电除尘器能够达到，而电除尘器电消耗大，成本高，大多是发电厂除尘采用，袋式除尘器去除效率高，市场拥有率大，运行稳定，适应能力强，被广泛使用于各种工矿企业的除尘净化设备。故本设计采用袋式除尘器。3.1.2脱硫方案比选和确定（1）石灰石石膏法烟气脱硫工艺将石灰石粉加

9、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，钙硫比较低，脱硫效率可大于95% 。（2）旋转喷雾干燥烟气脱硫工艺 喷雾干燥法脱硫工艺以石灰为脱硫吸收剂，石灰经消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小

10、液滴的吸收剂与烟气混合接触，与烟气中的SO2发生化学反应生成CaSO3,烟气中的SO2被脱除。与此同时，吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥，烟气温度随之降低。脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放。为了提高脱硫吸收剂的利用率，一般将部分除尘器收集物加入制浆系统进行循环利用。该工艺有两种不同的雾化形式可供选择，一种为旋转喷雾轮雾化，另一种为气液两相流。 喷雾干燥法脱硫工艺具有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点，脱硫率可达到85%以上。（3） 磷铵肥法烟气脱硫工艺磷铵肥法烟气脱硫技术属于回收法，以其副产品为磷

11、铵而命名。该工艺过程主要由吸附（活性炭脱硫制酸）、萃取（稀硫酸分解磷矿萃取磷酸）、中和（磷铵中和液制备）、吸收（ 磷铵液脱硫制肥）、氧化（亚硫酸铵氧化）、浓缩干燥（固体肥料制备）等单元组成。它分为两个系统：烟气脱硫系统烟气经高效除尘器后使含尘量小于200mg/Nm3，用风机将烟压升高到7000Pa，先经文氏管喷水降温调湿，然后进入四塔并列的活性炭脱硫塔组（其中一只塔周期性切换再生），控制一级脱硫率大于或等于70%，并制得30%左右浓度的硫酸，一级脱硫后的烟气进入二级脱硫塔用磷铵浆液洗涤脱硫，净化后的烟气经分离雾沫后排放。肥料制备系统在常规单槽多浆萃取槽中，同一级脱硫制得的稀硫酸分解磷矿粉（P2

12、O5 含量大于26%），过滤后获得稀磷酸（其浓度大于10%），加氨中和后制得磷氨，作为二级脱硫剂，二级脱硫后的料浆经浓缩干燥制成磷铵复合肥料。（4）炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫工艺炉内喷钙加尾部烟气增湿活化脱硫工艺是在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾部增设了增湿段，以提高脱硫效率。该工艺多以石灰石粉为吸收剂，石灰石粉由气力喷入炉膛8501150温度区，石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳，氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙。由于反应在气固两相之间进行，受到传质过程的影响，反应速度较慢，吸收剂利用率较低。在尾部增湿活化反应器内，增湿水以雾状喷入，与未反应的氧化钙接触生成氢氧化钙进而与烟气中的二氧化

13、硫反应。当钙硫比控制在2.02.5时，系统脱硫率可达到6580%。由于增湿水的加入使烟气温度下降，一般控制出口烟气温度高于露点温度1015，增湿水由于烟温加热被迅速蒸发，未反应的吸收剂、反应产物呈干燥态随烟气排出，被除尘器收集下来。（5）烟气循环流化床脱硫工艺烟气循环流化床脱硫工艺由吸收剂制备、吸收塔、脱硫灰再循环、除尘器及控制系统等部分组成。该工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂，也可采用其它对二氧化硫有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。 由锅炉排出的未经处理的烟气从吸收塔（即流化床）底部进入。吸收塔底部为一个文丘里装置，烟气流经文丘里管后速度加快，并在此与很细的吸收剂粉末互相混合，颗粒之

14、间、气体与颗粒之间剧烈摩擦，形成流化床，在喷入均匀水雾降低烟温的条件下，吸收剂与烟气中的二氧化硫反应生成CaSO3 和CaSO4。脱硫后携带大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出，进入再循环除尘器，被分离出来的颗粒经中间灰仓返回吸收塔，由于固体颗粒反复循环达百次之多，故吸收剂利用率较高。此工艺所产生的副产物呈干粉状，其化学成分与喷雾干燥法脱硫工艺类似，主要由飞灰、CaSO3、CaSO4和未反应完的吸收剂Ca(OH)2等组成，适合作废矿井回填、道路基础等。典型的烟气循环流化床脱硫工艺，当燃煤含硫量为2%左右，钙硫比不大于1.3时，脱硫率可达90%以上，排烟温度约70。（6）海水脱硫工艺 海水脱硫工艺

15、是利用海水的碱度达到脱除烟气中二氧化硫的一种脱硫方法。在脱硫吸收塔内，大量海水喷淋洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气，烟气中的二氧化硫被海水吸收而除去，净化后的烟气经除雾器除雾、经烟气换热器加热后排放。吸收二氧化硫后的海水与大量未脱硫的海水混合后，经曝气池曝气处理，使其中的SO32-被氧化成为稳定的SO42-，并使海水的pH值与COD调整达到排放标准后排放大海。海水脱硫工艺一般适用于靠海边、扩散条件较好、用海水作为冷却水、燃用低硫煤的电厂。此种工艺最大问题是烟气脱硫后可能产生的重金属沉积和对海洋环境的影响需要长时间的观察才能得出结论，因此在环境质量比较敏感和环保要求较高的区域需慎重考虑。（7） 电子束

16、法脱硫工艺 该工艺流程有排烟预除尘、烟气冷却、氨的充入、电子束照射和副产品捕集等工序所组成。锅炉所排出的烟气，经过除尘器的粗滤处理之后进入冷却塔，在冷却塔内喷射冷却水，将烟气冷却到适合于脱硫、脱硝处理的温度（约70）。烟气的露点通常约为50，被喷射呈雾状的冷却水在冷却塔内完全得到蒸发，因此，不产生废水。通过冷却塔后的烟气流进反应器，在反应器进口处将一定的氨水、压缩空气和软水混合喷入，加入氨的量取决于SOx浓度和NOx浓度，经过电子束照射后，SOx和NOx在自由基作用下生成中间生成物硫酸（H2SO4）和硝酸（HNO3）。然后硫酸和硝酸与共存的氨进行中和反应，生成粉状微粒（硫酸氨(NH4)2SO4

17、与硝酸氨NH4NO3的混合粉体）。这些粉状微粒一部分沉淀到反应器底部，通过输送机排出，其余被副产品除尘器所分离和捕集，经过造粒处理后被送到副产品仓库储藏。净化后的烟气经脱硫风机由烟囱向大气排放。（8）氨水洗涤法脱硫工艺 该脱硫工艺以氨水为吸收剂，副产硫酸铵化肥。锅炉排出的烟气经烟气换热器冷却至90100，进入预洗涤器经洗涤后除去HCI和HF，洗涤后的烟气经过液滴分离器除去水滴进入前置洗涤器中。在前置洗涤器中，氨水自塔顶喷淋洗涤烟气，烟气中的SO2被洗涤吸收除去，经洗涤的烟气排出后经液滴分离器除去携带的水滴，进入脱硫洗涤器。在该洗涤器中烟气进一步被洗涤，经洗涤塔顶的除雾器除去雾滴，进入脱硫洗涤器

18、。再经烟气换热器加热后经烟囱排放。洗涤工艺中产生的浓度约30%的硫酸铵溶液排出洗涤塔，可以送到化肥厂进一步处理或直接作为液体氮肥出售，也可以把这种溶液进一步浓缩蒸发干燥加工成颗粒、晶体或块状化肥出售。 脱硫工艺综合比对见表3.2：表3.2 烟气脱硫技术综合评价石灰石石膏法简易湿法喷雾干燥法LIFAC电子束法新氨法磷铵肥法工艺流程简易情况制浆要求较高，流程复杂流程较简单流程较简单流程较简单流程简单，为干法过程流程复杂，要求电厂和化肥厂联合实现脱硫流程简单，制肥部分复杂工艺技术指标脱硫率95%，Ca/S比1.1，利用率90%脱硫率70%，钙硫比1.1，利用率90%脱硫率80%，钙硫比1.5，利用率

19、50%脱硫率80%，钙硫比2，利用率50%脱硫率90%以上，并可脱一部分氮脱硫率85%-90%，利用率大于90%脱硫率95%以上吸收剂获得容易容易较易较易一般一般一般脱硫副产品脱硫渣为CaSO4及少量烟尘，可以综合利用，或送堆渣场堆放脱硫渣为CaSO4及少量烟尘，可以综合利用，或送堆渣场堆放脱硫渣为烟尘、CaSO4、CaSO3、Ca（OH）2的混合物，目前尚不能利用脱硫渣为烟尘、CaSO4、CaSO3、Ca（OH）2的混合物目前尚不能利用副产品为硫铵和硝铵混合物，含氮量20%以上，可用作氮肥或复合肥料，无二次污染副产品为磷酸铵和高浓度SO2气体（7%11%），可直接用于工业硫酸生产脱硫产品为含

20、N+P2O535%以上的氮磷复合肥料占地面积/m2300050002000 35002000 350015002000600070001000 200030005000技术成熟度商业化国内已工业示范商业化商业化国内已工业示范国内已工业示范国内已中试脱硫成本元/吨10001400800 1000900 12008001000140016001000120014002000 石灰石无毒无害，在处置和使用过程中很安全，是FGD理想的吸收剂。它脱硫效率高，节省吸附剂，能耗低，性能可靠，生成稳定商用石膏。综合考虑技术成熟度和费用因素,石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术具有较大优势。因此我们选择石灰石-石膏法脱

21、硫作为本设计的处理工艺。3.2 工艺流程介绍根据焦化厂的实际情况，需对其排放的烟气进行二氧化硫和粉尘的处理，首先进行烟气的除尘工艺，然后再进行烟气的脱硫工艺。最后采用适当的方法对有用的物质进行回收。第4章 工艺系统说明4.1 袋式除尘系统4.1.1 袋式除尘器的种类 袋式除尘器的种类很多，本设计根据粉尘的性质，浓度，除尘效率要求等选择脉冲喷吹袋式除尘器。4.1.2 滤料的选择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影响。性能良好的滤料应容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低、使用寿命长，同时具备耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。滤料种类较多，按材质分为天然纤维、无机纤维和合

22、成纤维。天然纤维的适用温度太低，不适合本设计，涤纶绒布在我国是性能较好的一种滤料，适合本设计烟气的温度，具有一定的耐酸性，机械强度良好。所以，本设计采用涤纶绒布作为除尘器滤料。4.2 脱硫系统4.2.1 石灰石-石膏法在该工艺中,烟气经过袋式除尘器进行除尘后，再进入脱硫吸收塔，在吸收塔内与20%30%的石灰石粉浆料或20%左右的石灰乳浊液接触，SO2被吸收生成亚硫酸钙，亚硫酸钙被氧化成硫酸钙即石膏。采用CaCO3为脱硫剂其脱硫效率一般在85%以上，适用于SO2浓度为中等偏低的烟气脱硫；采用Ca(OH)2为脱硫剂,脱硫效率可以达到95%，适用于SO2浓度较高的烟气脱硫。通过添加有机酸可使脱硫效率

23、提高到95%以上。表4.1 石灰石-石膏法反应机理脱硫剂石 灰 石石 灰主要反应SO2(g)+H2OH2SO3H2SO3H+HSO3-H+CaCO3Ca2+HCO3-Ca2+HSO3-+2H2OCaSO3·2H2O+ H+H+HCO3-H2CO3H2CO3CO2+H2OSO2(g)+H2OH2SO3H2SO3H+HSO3-CaO+H2OCa(OH)2Ca(OH)2Ca2+2OH-Ca2+HSO3-+2H2OCaSO3·2H2O+H+H+2OH-2H2O总反应CaCO3+SO2+2H2OCaSO3·2H2O+H+CaO+SO2+2H2OCaSO3·2H2O

24、 脱硫系统包括石灰石浆液制备系统、吸收和氧化系统，烟气再热系统、脱硫增压风机、石膏脱水系统、石膏存储系统及废水处理系统。4.2.2石灰石、石灰浆液制备系统 用自卸密封罐车将成品石灰石粉或成品石灰通过管道送入钢制粉仓内，由称重给料机送到石灰石浆液箱或石灰浆液箱内加水与一定比例的乙二酸充分搅拌制成浆液，后送入脱硫液循环槽，最后经浆液提升泵送至顶仓，通过自动控制进料系统进入喷淋塔进行脱硫反应。4.2.3 脱硫液循环系统脱硫浆液与二氧化硫反应后固液产物落入脱硫液循环槽，用提升泵送入氧化塔进行固液分离，为保证效率，进行两次固液分离，液体返回循环槽进行循环利用，在氧化塔内亚硫酸钙被氧化制成石膏产品分离出来

25、。4.2.4 固液分离系统循环槽内的物质经过提升泵进入氧化塔，并向氧化塔内鼓风，生成的石膏经稠厚器使其沉淀，上层液体返回脱硫循环槽继续利用，石膏浆经离心机分离得成品石膏。第5章 主要设备设计5.1 袋式除尘器设计计算5.1.1 过滤气速的选择本设计采用的是脉冲喷吹清灰，所以过滤气速设定为2.0m/min。5.1.2 过滤面积A 式中 Q处理的烟气量，m3/h； F过滤气速，m/min。5.1.3 滤袋袋数确定n n=A/(DL)=83.3/（3.14×0.2×3）45个式中 n滤袋袋数，个； A滤袋过滤面积，m2； D单个滤袋直径,取0.2m； L单个滤袋长度，取3m。 除

26、尘室内滤袋矩形布置，横向9个，纵向5个，相邻滤袋间隔0.05m。5.1.4 除尘室的尺寸长度L=9×0.2+10×0.05=2.3m宽度B=5×0.2+6×0.05=1.3m5.1.5 灰斗的计算参照环境工程设计手册，石灰的堆积密度P=4695kg/m3，含尘气流达到国家标准的排放浓度150mg/m3，去除率99.0%。（1）积灰堆积速度q（2） 灰斗尺寸设计：进灰口和出灰口均为正方形，进灰口边长3m，出灰口边长0.3m，灰斗壁面与出灰口水品夹角为60°。 灰斗高度h：，取2.4m。积灰体积V： 式中 积灰高度，取1m。（3） 排灰时间t 所以

27、每27.5小时灰斗排一次灰。5.1.6 滤袋清灰时间的计算 袋式除尘器的压力损失： 通过清洁滤袋的压力损失，Pa 通过颗粒层的压力损失，Pa 颗粒比阻系数，过滤风速，C含尘浓度，清灰时间，min 通过清洁滤袋的压力损失一般为100-130pa，当压力损失设P接近1000pa时一般要对滤袋清灰一次，此处选取=120pa，锅炉烟气中颗粒的比阻系数Rp=1.50,将已知数据代人第一式： 解得：t=39min=0.65h 故滤袋运行0.65h清灰一次。5.2 脱硫设计计算5.2.1浆液制备系统主要设备 改进的石灰石、石灰浆液制备系统的主要设备有石灰石粉、石灰卸料、转运、贮存设备；石灰石、石灰浆液箱、泵

28、和搅拌器。 石灰石粉、石灰贮仓的容量按脱硫装置运行7天（每天按16小时计算）的吸收剂耗量设计，贮仓容积按石灰堆积密度为1.1t/m3设计。5.2.2脱硫塔设计 已知进口气体为Q=10000，因为二氧化硫浓度较小，根据经验值取烟气在脱硫塔得停留时间为10s，因此脱硫塔得体积为，把脱硫塔设置成圆筒状，假定底面积为28.0,则塔直径为 塔高为10m。 根据以上实际值参数可得：设置塔有效容积为28.0，吸收塔主体材料用碳钢+玻璃鳞片树脂内衬。主要设备有除雾器与喷淋器。除雾器位于吸收塔出口为维持除雾器系统正常运行，设有冲洗水系统，冲洗喷嘴为实心锥喷嘴，由聚丙烯材料制成，系统运行时主要控制的参数是除雾器冲洗间隔，除雾器的冲洗水既要满足除雾器的清洁、不堵塞(由压差来判断)，又要保证吸收塔内液位的稳定。烟气通过吸收塔时会从浆液中带走大量的水分，需通过冲洗水来补充。其次是喷淋层：为使喷淋液沿整个吸收塔截面均匀分布，喷嘴需交错布置。5.2.3浆液制备中所需石灰的量 吸收塔中二氧化硫的量 7.0g/m3