燃煤锅炉脱硫系统设计

环境工程综合实验课程设计专 业：环境工程姓 名：学 号：1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》(HJ462-2009)《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：30t/h锅炉一台烟气排放量：19000m3h燃料种类：无烟煤燃煤量：2.237152t/h炉内温度：700r锅炉排烟温度：155P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：75%空气过剩系数：1.2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》(HJ462-2009)，故有：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：设计中为将来更加严格的排放标准及规模扩大留有余地。因地制宜，节省场地。严禁转移污染物，全面防治二次污染。设计目标：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排浓度应小于300mg/m3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》(GB3095—1996)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)S7.7330.2420.242H0754.17灰分222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:60.2605x(1+3.78)mol/kg=288.0452mol/kg (燃煤)即标况下22.4288.0452X顽m3N/kg=6.452m"/kg(燃煤)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CO254.131mol/kg；H2O12.654+4.17=16.824mol/kg;N60.2605x3.78+0.226=228.01mol/kg;SO0.242mol/kg;灰分222mol/kg故理论干烟气量为：（54.131+228.01+0.242）mol/kg=282.383mol/kg（燃煤）22.4282.383X^00m^/kg=6.325m3N/kg（燃煤）理论湿烟气量为：（282.383+16.824）mol/kg=299.207mol/kg（燃煤）22.4299.207X^0m3N/kg=6.702m^/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+6.452x0.2=7.6154mg（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+6.452X0.2=7.9924m^/kg（燃煤）（4） 锅炉燃煤量：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/kgi1：锅炉给水热焓（kcal/kg）,一般给水温度取20°C，则i1=84.80kJ/kg,则：（5） 标准状态下的总干烟气量：标准状态下的总湿烟气量：取设计烟气量为19000m3/kgND3.2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=2x1000xSyxP（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=2x1000xSyxP=2x1000x（70.3x1.1%）x0.9=1391.94Kg/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：式中：M（SO2）——脱硫装置入口烟气中的SO2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——燃料的收到基硫分，％所以：烟气中SO2的实测浓度为：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：式中C——折算后的烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度，g/m3NC'——实测的烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度，g/m3Na——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：3.3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》(HJ462-2009)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：出口烟气中SO2的排放量为：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dz速v为9.0m/s；取丁为0.5;烟气出口处烟流温度Ts为155°C；烟囱高度取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：总高度H=60+11.53=71.53m2x3298x0.5地面最大浓度P=—— =0.0151mg/m3maxnex5x71.532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，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，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。

4.3工艺原理(1)吸收反应洗涤过程的主要反应式：+羸签_2洗涤液内含有再生后返回的及系统补充的，在洗涤过程中生成亚硫酸钠。洗涤液内含有再生后返回的及系统补充的，在洗涤过程中生成亚硫酸钠。在洗涤液中还含有矗H,系烟气中的显」与亚硫酸钠反应而生成。(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^^+ 一^^+ +釜+1/2瓣(3)硫酸钠的去除硫酸钠用硫酸酸化使其转变为石膏来去除。+2+^^+3茹一2+2+^^+3茹一2加酸后，PH下降到2—3,使亚硫酸钙转化为亚硫酸氢钙而溶于溶液中，于是溶液中的会『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。—: 5-r 一I•「,—l+陌一4.4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1.2t/m3，熟石灰的质量流量为26.46-F56X78=36.86kg/h。按照《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》(HJ462—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：直径巾=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/T179-2005经验，机组容量在300MW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10°C温度裕量下阻力的120%。所以增压风机的风量为正常状态下，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210Pa△P挡板约为2X5=10Pa△P喷淋约为85Pa△P除雾约为15Pa所以△P=210+10+85+15=320Pa5.3SO2吸收系统5.3.1塔径及底面积计算塔内流速：设v=2m/s底面积S=兀尸2=2.9m25.3.2脱硫塔高度计算液气比取L/G=2.1，烟气中水气含量设为4%彳循环水泵流量：Q=_!三竺=2.1X20900X4=42.13m3/h流 1000(L/M3) 1000塔底浆液区的高度：塔底浆液区取泵5min的流量，则H1=(42.13+60X5)-3.8=0.924m计算洗涤反应区高度：停留时间取2.5秒，则洗涤反应区高度H2=2.0x2