燃煤锅炉脱硫系统设计

1、环境工程综合实验课程设计专业：环境工程姓名：学号： TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1课程设计题目3 HYPERLINK l bookmark9 o Current Document 2设计依据3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2.1技术标准及依据3 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 设计参数及参数范围32.3设计原则及设计目标4 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document

2、3污染源强分析4 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 3.1污染物浓度的计算43.2烟气中SO2的浓度计算63.3烟气SO2排放量的计算6 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 4工艺设计7 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document 4.1工艺选择7 HYPERLINK l bookmark105 o Current Document 4.2吸收设备的选择7 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document 4.3工艺原理

3、8 HYPERLINK l bookmark131 o Current Document 4.4脱硫系统工艺流程9 HYPERLINK l bookmark134 o Current Document 4.5工艺组成9 HYPERLINK l bookmark140 o Current Document 5相关的设计计算10 HYPERLINK l bookmark143 o Current Document 5.1脱硫剂液箱容量与设计10 HYPERLINK l bookmark149 o Current Document 5.2增压风机10 HYPERLINK l bookmark155

4、o Current Document SO2吸收系统10塔径及底面积计算10脱硫塔高度计算11 HYPERLINK l bookmark189 o Current Document 6附图12 HYPERLINK l bookmark192 o Current Document 附图1双碱法烟气脱硫工艺流程图12 HYPERLINK l bookmark214 o Current Document 附图2吸收塔系统13 HYPERLINK l bookmark217 o Current Document 附图3 吸收塔平面图131课程设计题目四川省某火电厂30t/h燃煤锅炉烟气的脱硫系统设计2

5、设计依据2.1技术标准及依据大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范(HJ4622009)大气污染防治手册锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2001)环境空气质量标准(GB3095-1996)四川省大气污染物排放标准2.2设计参数及参数范围根据技术标准与排放标准，确定设计参数及设计范围。锅炉型号：30 t/h锅炉一台烟气排放量：19000m3/h燃料种类：无烟煤燃煤量：2.237152t/h炉内温度：700r锅炉排烟温度：155r烟气含氧量：60.2605mol/kg (燃煤)目前SO2排放浓度：1353mg/mN含硫率：1.1%锅炉热效率

6、：75%空气过剩系数：1.2故有:拟用双碱法，据工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范(HJ 4622009),液气比(G/L)为2 钙硫比(Ca/S)为1.1净化效率n不小于95%可用率为95%2.3设计原则及设计目标设计原则：（1）设计中为将来更加严格的排放标准及规模扩大留有余地。（2）因地制宜，节省场地。（3）严禁转移污染物，全面防治二次污染。设计目标：（1）根据四川省大气污染物排放标准标准，该火电厂标准状态下SO2排放浓度应小 于 300 mg/m3（2）为保证电厂周围居民区空气质量，同时执行环境空气质量标准（GB30951996）的二级标准，即小于居民区大气中SO2最高允许的日平均浓

7、度0.15mg/m3（3）总量控制指标达标3污染源强分析3.1污染物浓度的计算含硫率为1.1%，选择煤种为无烟煤 以1kg无烟煤为基础，则：成分质量/g物质的量/mol理论需氧量/molC649.57254.13154.131H25.30812.654（分子）6.327O14.060.879-0.4395N6.3270.226 （分子）S7.7330.2420.242H20754.17灰分222（1）理论需氧量为（54.131+6.327-0.4395+0.242）mol/kg = 60.2605mol/kg（燃煤）假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78,则1kg燃煤完全燃烧所需要的理论空气量为

8、:60.2605x（1+3.78） mol/kg =288.0452 mol/kg （燃煤）即标况下22.4288.0452x而而 m3N/kg = 6.452 m /kg （燃煤）（2）理论烟气量（按照标准状况换算体积，下同）理论上烟气的组成为co2H2ON2SO2灰分54.131mol/kg ；12.654+4.17=16.824 mol/kg;60.2605x3.78+0.226=228.01mol/kg ;0.242mol/kg ;222mol/kg故理论干烟气量为：（54.131+228.01+0.242）mol/kg=282.383mol/kg （燃煤）22.4282.383X10

9、00 m /kg = 6.325 m3N/kg （燃煤）理论湿烟气量为：（282.383+16.824）mol/kg=299.207mol/kg （燃煤）22.4299.207X00 m3N/kg = 6.702 m /kg （燃煤）（3）实际烟气量空气过剩系数为1.2，可求：实际干烟气量Vfg =理论干烟气量+理论空气量X （空气过剩系数-1）=6.325+ 6.452X 0.2 = 7.6154 mj/kg （燃煤）实际湿烟气量Vfg =理论湿烟气量+理论空气量X （空气过剩系数-1） =6.702+ 6.452X 0.2 = 7.9924 mj /kg （燃煤）（4）锅炉燃煤量：B =

10、D（i2 一，kg / hQ低勺式中：D：锅炉每小时的产汽量（kg/h）；Q低：煤的低位发热量（kcal/kg）n :锅炉的热效率（%）；i2 :锅炉在某工 作压力下的饱和蒸汽热 焓（kcal/kg ） ； 1.25MPa时为 1400.4kJ/kg ii:锅炉给水热焓（kcal/kg）, 一般给水温度取20C，则 i1=84.80kJ/kg；则：-2371.52kg / h - 2.37t/ h30 x1000 x （1400.4 - 84.80）22190 x 75%B （5）标准状态下的总干烟气量:7.6154 x 2371.52 -18060.07m3 / hN标准状态下的总湿烟气量：

11、7.9924x 2371.52 -18954.14m3 / hN取设计烟气量为19000 mN姓3.2烟气中SO2的浓度计算(1) SO2产污系数及其质量流量 二氧化硫产污系数：Gso = 2x1000 x Sy x P (Kg/t)式中：SY-燃煤应用基含硫量，%P-燃煤中硫的转化率(煤粉炉一般取0.9)，%Gso2 = 2X1000 x Sy x P = 2 X1000 x (70.3 x1.1%) x 0.9 = 1391.94 Kg/t脱硫装置入口烟气中的SO2质量流量可根据下面公式估算：M(SO2) = 2x Kx Bg x (1 -湍)羔式中：M(SO2)脱硫装置入口烟气中的SO2

12、质量流量，t/hK染料燃烧中硫的转化率(煤粉炉一般取0.9)Bg锅炉最大连续工况负荷时的燃煤量，t/hq锅炉机械未完全燃烧的热损失，%S 一燃料的收到基硫分，25、70.3% x 1.1100=24.742Kg / h所以：M(SO2) = 2x 0.9x 2.37 x (1 -顶。)烟气中SO2的实测浓度为：24.742 x -00 = 1.302g / m3 19000n根据锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2001)的相关规定，需将实物浓度折算，规定说明燃煤锅炉，折算项目为烟尘，SO2, NOX排放浓度时，过量空气折算系数a =1.8锅炉大气污染物过量空气系数折算排放浓度按下式计算

13、：八八,aC = C 乂一a式中C折算后的烟尘氧化硫和氮氧化物排放浓度，5实测的烟尘氧化硫和氮氧化物排放浓度，5实测的过量空气系数a规定的过量空气系数已知a =1.2，燃煤锅炉的过量空气折算系数a =1.8所以折算后烟气中SO2的浓度：1.2c = 1.302 x =868mg / m31.8n3.3烟气SO2排放量的计算工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范(HJ 462-2009)对于65t/h以下工业锅炉脱 硫装置的设计脱硫效率不宜小于80%的标准。则每小时去除SO2的量为：868 x 19000 x10-6 x 80% = 13.194kg /h出口烟气中SO2的排放量为:868x 1

14、9000 x10-6 x (1 -80%) = 3298mg/s = 3.298kg /h取烟囱出口处平均风速u为5.0m/s；烟囱出口处烟气流速不应低于该高度处平均风速的1.5倍，故取烟囱出口流速v为9.0m/s；取与为0.5;烟气出口处烟流温度Ts为155C ；烟囱高 oy度取60m;烟囱出口内径D为2m。根据霍兰德（Holland）公式得烟气抬升高度:AH =炊(1.5 + 2.7 Ts - Ta D) = 90 x2 x (1.5 + 2.7 428 293 x 2) = 11.53m uT5428总高度 H=60+11.53=71.53m一2 x 3298 x 0.5地面最大浓度P

15、=0.0151mg / m3max 兀e x 5 x 71.532脱硫结果满足四川省大气污染物排放标准，亦满足环境空气质量标准的二级标准， 即小于居民区大气中SO2最高允许的日平均浓度0.15mg/m3，脱硫效果良好。4工艺设计4.1工艺选择钠法由于脱硫剂较贵，因而运行费用高；氧化镁法的脱硫剂氧化镁不仅价格较贵，而且 广东地区镁源不足，造成运行成本高昂；氨法存在氨泄漏问题，容易造成二次污染，而且脱 硫剂价格高，因而在中小型锅炉中应用不多。相对于以上三种工艺，双碱法消耗的脱硫剂主要是价廉的石灰。吸收液中的钠碱通过再 生，大部分可循环回用，减少了运行费用，具有投资少、占地面积较小、运行费用低等优点

16、， 符合中小型锅炉烟气脱硫工艺选择的“技术成熟、经济合理、工程可行，三统一原则，因此 本方案采用双碱法脱硫工艺。4.2吸收设备的选择SO2吸收净化过程，处理的是低浓度SO2烟气，烟气量相当可观，要求瞬间内连续不 断地高效净化烟气，脱硫吸收器的选择原则，主要是看其液气接触条件、设备阻力以及吸收 液循环量，因此选用气相为连续相、湍流程度高、相界面较大的吸收塔作为脱硫塔比较合适。 通常，喷淋塔、填料塔、板式塔、文丘里吸收塔等能满足这些要求。吸收设备中，喷淋塔液气比高，水消耗量大；筛板塔阻力较大，防堵性能差；填料塔 防堵性能差，易结垢、黏结、堵塞，阻力也较大；湍球塔气液接触面积虽然较大，但易结垢 堵塞

17、，阻力较大；文丘里阻力大。相比之下，旋流板塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性 好等优点，适用于快速吸收过程，且除尘脱硫效率高。因此，选用旋流板塔脱硫除尘器。43工艺原理(1)吸收反应洗涤过程的主要反应式：Tjl, 14 -=L+ fejP+J_2洗涤液内含有再生后返回的雷Q及系统补充的,在洗涤过程中生成亚硫酸钠。在洗涤液中还含有 理聂，系烟气中的酱与亚硫酸钠反应而生成。2芸+蓝一2尝(2)再生反应用石灰浆料进行再生时:亚硫酸钙的一般形式为半水亚硫酸钙。用石灰石粉再生时：2+ -+茹+1/2 茹硫酸钠的去除硫酸钠用硫酸酸化使其转变为石膏来去除。-1LZ 1厂土 -厂 -L 河L黑兵=+2+ 圣十

18、+3 如2+2 圣L加酸后，PH下降到23，使亚硫酸钙转化为亚硫酸氢钙而溶于溶液中，于是溶液中的在打 超过了石膏的溶度积，使石膏沉淀出来。氧化反应在回收法中，最终产品是石膏，需将由再生反应应得到的亚硫酸钙氧化为石膏。-1 I1I+l5ca-I I 3*-4.4脱硫系统工艺流程4.5工艺组成脱硫剂制备系统脱硫剂制备系统主要包括：石灰消化池、钠碱罐、搅拌器及相应的阀门、管道及管件等。 由成品石灰（粒径小于10mm （90% ）的粉状石灰）运至厂里后手工加入石灰消化池进行消 化，消化后的石灰浆液自流至再生池中进行脱硫液再生反应。烟气系统热烟气自锅炉出来后进入吸收塔，向上流动穿过喷淋层，在此烟气被冷却

19、到饱和温度， 烟气中的SO2等污染物被脱硫液吸收。经过喷淋洗涤后的饱和烟气，经除雾器除去水雾后， 通过烟道经引风机进入烟囱排空。从锅炉出口至脱硫塔进口段的连接烟道采用A3钢制作，并根据需要设置膨胀节。SO2吸收系统在吸收塔内，脱硫液中的氢氧化钠与从烟气中捕获的SO2、SO3等发生化学反应，生成 亚硫酸钠和亚硫酸氢钠等物质。脱硫后的净烟气通过除雾器除去气流中夹带的雾滴后排出吸 收塔。SO2吸收系统主要由脱硫主塔、连接烟道（副塔、喷淋层、组合式除雾器、预埋件及外 部钢结构、冲洗系统组成。5相关的设计计算5.1脱硫剂液箱容量与设计(1)石灰消化池，浆液箱15% x 1.2 x1000 * 2 - 0

20、.41m3本设计采用化灰池搅拌器，得含固率为15%的石灰浆液，其密度为1.2 t/m3,熟石灰 的质量流量为26.46：56X78=36.86kg/h。按照工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规 范(HJ 462-2009)，脱硫剂浆液贮罐的容量宜不小于设计工况下2h的浆液消耗量，所 以，熟石灰浆液箱容量为 36.86所以设计V浆液箱为0.5m3。尺寸：直径(p =0.85m高度h=0.86m。(2)钠碱溶解池钠碱溶解池的有效容积取1.5m3。尺寸：直径p =1.23m，高度h=1.24m。5.2增压风机30t/h锅炉相当于24.5MW机组容量，参考HJ/ T 179-2005经验，机组容量在3

21、00MW以 下，脱硫增压风机可选用高效离心风机，增压风机的风量为满负30t/h荷工况下烟气量的 110%，增压风机的压头为脱硫装置在满负荷工况下并考虑10C温度裕量下阻力的120%。 所以增压风机的风量为Q = 19000 x110% = 20900m 3/h正常状态下，烟气动过烟气管道、进口挡板、脱硫塔喷淋层、除雾板、烟气管道、出口 挡板，整个系统压降为?=?管道+AP挡板+AP喷淋+ AP除雾P管道约为210PaP挡板约为2X5=10PaP喷淋约为85 PaP除雾约为15 Pa所以 P=210+10+85+15=320Pa5.3 SO2吸收系统塔径及底面积计算塔内流速：设v=2m/sQ = vS =v 兀 r 2=0.96mQ_ .20900/3600 商=3.14 x 2底面