《环境工程综合设计》大作业

.......专业专注........专业专注.科技学院《环境工程综合设计》大作业(2017--2018年度第一学期)名称：20t/h燃煤锅炉烟气脱硫系统设计院系：班级：学号：学生姓名：成绩：日期：2017年12月

目录一、设计资料和依据 4（一）设计参数 4（二）设计依据 4（三）排放要求 4二、脱硫方式 4（一）脱硫工艺 4（二）脱硫装置 6三、脱硫系统设计 6（一）脱硫剂制备系统 61.脱硫剂的选择 62.脱硫剂消耗量 73.脱硫剂液箱容量与设计 7（二）烟气系统 81.增压风机 82.烟气加热设计 8（三）二氧化硫吸收系统 81.塔内流量计算 82.塔径的计算 83.脱硫塔高度计算 9（四）.烟囱直径的计算 10（五）.管网布置 12（六）.系统阻力计算 131.摩擦阻力损失 133.系统总阻力 14（七）风机和电动机的计算 141.风机风量 142.风机风压 143.电动机功率 16四、工艺流程图和主要构筑物简图 171.脱硫系统工艺流程图 172.喷淋塔 17五、投资估算 18双减法投资估算 18六、效益评估和主要经济指标分析 181、运行费用估算 182、经济效益评估 20七、附录 21一、设计资料和依据（一）设计参数（1）额定蒸发量：20t/h（2）锅炉烟气量：60000Nm3/h（3）锅炉烟气出口温度：150℃（4）烟气中SO2浓度：2000mg/Nm3；（5）锅炉出口负压：-1800Pa；（二）设计依据《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2014《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996（三）排放要求烟气SO2脱除率：≥90%，净烟气SO2排放浓度≤200mg/m3；漏风率≤1.5%。二、脱硫方式（一）脱硫工艺目前，脱硫工艺基本可以分为三类:湿法、干法、半干法。如下表有一些常用的烟气脱硫工艺：表一常用的烟气脱硫工艺脱硫工艺湿法半干法干法石灰石/石膏法钠法双减法氧化镁氨法海水法喷雾干燥法炉内喷钙法循环流化床等离子体脱硫效率90～9890～9890～9890～9890～9870～9070～8560～7560～90≥90吸收剂CaCO3NaOHNa2CO3NaOHMg（OH）2CaOMgONH3海水CaOCaOCaONH3可靠性高高高高一般高一般一般高高结垢大大中小大中中中中中运行费用高很高一般低高低一般一般一般一般投资大小较小小大较小较小小小大相对于半干法和干法脱硫工艺，湿法脱硫工艺具有脱硫效率高、工艺成熟、可靠性高等优点。所以选择湿法脱硫。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，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。海水法对地理位置要求较高，一般只适用于沿海地区。相对于以上工艺，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因此本方案采用双碱法脱硫工艺。（二）脱硫装置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。各种吸收塔的性能比较见表二。表二常见吸收塔性能比较吸收器类持液量逆流接触防堵性能操作弹性设备阻力除尘性能喷淋塔低是中较好低差填料塔高是差较好中中湍球塔中是好中中较好筛板塔中是中中中较好文丘里低否较好差高好由表中可知，喷淋塔持液低，逆流接触，操作弹性较好，设备阻力低。所以选择喷淋塔。三、脱硫系统设计（一）脱硫剂制备系统1.脱硫剂的选择为保证脱硫石膏的综合利用及减少废水排放量，用于脱硫的生石灰的纯度宜高于90%，浆液细度应至少保证200目90%的过筛率。碳酸钙选用市场上纯的最高的。2.脱硫剂消耗量2.2生石灰消耗量1）钙硫比（Ca/S）为1：1；2）脱硫装置入口烟气中的SO2质量流量：M（SO2）=锅炉烟气量×烟气中SO2浓度代入数据:M(SO2)=60000×2000=120kg/h3)生石灰中CaO的含量为90%，生石灰质量流量为：m=2.2钠碱消耗量Na2CO3在吸收液循环过程中有少量损耗，所以应该在脱硫液池内补充少量纯碱，按照0.05mol（Na2CO3）/1mol（SO2）补充量，则m钠碱=128.3364×0.05×1063.脱硫剂液箱容量与设计3.1石灰消化池采用化灰池搅拌器，得含固率为15%的石灰浆液，其密度为1.2t/m3，熟石灰质量流量为128.3356×78=V浆液箱=178.74所以浆液箱取整后容积为2m3（二）烟气系统1.增压风机增压风机的风量：Q=60000×110%=660002.烟气加热设计将部分未处理的原烟气与低温净烟气混合，达到加热目的。使经过烟气换热器的烟气温度不低于150度，漏风率≤1.5%。（三）二氧化硫吸收系统1.塔内流量计算假设喷淋塔内平均温度为60℃，压力为1800KPa，则喷淋塔内烟气流量为：式中：——喷淋塔内烟气流量，；——标况下烟气流量，；——除尘前漏气系数，0～0.1。代入公式得：QV=600003600×2.塔径的计算取喷淋塔内烟气流速，则喷淋塔截面A为：则塔径d为：取整则D=3m3.脱硫塔高度计算喷淋塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。(1)吸收区高度依据操作条件参数得，选择喷淋塔喷气液反应时间t=4s，则喷淋塔的吸收区高度为：(2)除雾区高度除雾器设计成两段。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最上层(3.4～3.5)m。取除雾区高度为：(3)浆池高度浆池容量V1按液气比浆液停留时间t1确定：式中：—液气比，取；—工况下烟气量，；—浆液停留时间，；一般t1为，本设计中取值为5min，则浆池容积为：选取浆池直径等于或大于喷淋塔，本设计中选取的浆料池直径为，然后再根据计算浆池高度：式中：—浆池高度，；—浆池容积，；—浆池直径，。代入数据得：h0=1.7m(4)喷淋塔高度喷淋塔高度为：（四）.烟囱直径的计算表烟囱出口烟气流速通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风10~204~5自然通风6~82．5~3A）烟囱出口内径可按下式计算：——通过烟囱的工况总烟气量，ω——选取的烟囱出口烟气流速，。根据表取18求得取整B）烟囱底部直径：式中——烟囱出口直径，；——烟囱高度，；——烟囱锥度，通常取i=0.02～0.03。取i=0.022C）.烟囱抽力计算式中H——烟囱高度，m；——外界空气温度，；——烟囱内烟气平均温度，；B——当地大气压，。根据《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2014，每个新建锅炉房只能设一根烟囱，烟囱高度应根据锅炉房装机总容量，按照表二规定执行。表二燃煤锅炉房烟囱最低允许高度锅炉房装机总容量MW＜0.70.7～＜1.41.4～＜2.82.8～＜77～＜14≥14t/h＜11～＜22～＜44～＜1010～＜20≥20烟囱最低允许高度m202530354045选取烟囱高度为50m。D）.烟囱内温降式中：H-烟囱高度，m；D-合用统一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h；A-温降系数。可由表查的，选取A=0.4D,H参看后面分别取20t/h，50（五）.管网布置式中——工况下管道内的烟气流量，；——烟气流速，m/s，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘=10～15m/s）。取v=13m/s，取整得d=1400mm查手册得d1=1400-2×7=1386mm由公式可计算出实际烟气流速：（六）.系统阻力计算1.摩擦阻力损失式中：——管道长度，；——管道直径，；——烟气密度，；——管中气流平均速率,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。查手册得：实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌或混凝土管道可取0.04。代入数据得：2.局部阻力损失(Pa)在所设计的管路中有10段弯道区，可求得局部的压力损失：式中：ξ——异形管件的局部阻力系数可查到，取v——与ξ像对应的断面平均气流速率,m/sρ——烟气密度,3.系统总阻力除尘器的压力损失在1000～1500Pa之间，取1300Pa所以系统总阻力=1300+70.6754+125.424=1496.0994Pa（七）风机和电动机的计算1.风机风量式中:风量备用系数；工状态下风机前标态下风量，风机前烟气温度，当地大气压力，。2.风机风压对于除尘器后装的风机风压计算：式中：风压备用系数；系统总阻力，；烟囱抽力，；风机前烟气温度；风机性能表中给出的试验用气体温度；标准状况下烟气密度，。常用风机性能及适用范围型号名称全压范围／风量范围／功率范围／介质最高温度/℃适应范围Y4-70-11锅炉引风机670～14102430～143603.0～75250用于1～4t/h蒸汽锅炉排烟Y9-35锅炉引风机550～45404430～4730004.5～1050200锅炉烟道排烟G4-73-12Y4-73-12锅炉通风机锅炉引风机553～6541343～402915229～16610015229～1661007.5～3155.5～220802002～75t/h锅炉通风和排烟Y8-39Y9-38锅炉引风机锅炉引风机1167～53441327～58053242～1455333295～139712a4.0～2505.5～280250250用于0.5～50t/h蒸汽锅炉排烟根据排烟温度和风量范围，由表中可知选取Y9-35。3.电动机功率式中风机风量，；风机风压，风机在全压头时的效率（一般风机为0.6，高效风机约为0.9，取0.8）；机械传动效率，当风机与电机直联传动时，用联轴器连接时；电动机备有系数，对引风机，四、工艺流程图和主要构筑物简图1.脱硫系统工艺流程图2.喷淋塔五、投资估算双减法投资估算序号项目价格（万元）备注一新建脱硫塔及附属设备材料费256二土建施工费外循环池及脱硫塔、箱、罐基础、业主负责三安装费76.8四设计及技术服务费9.9五调试及措施费16.28六基本预备费9.01七税收27.6八合计395.59六、效益评估和主要经济指标分析1、运行费用估算运行费用主要有：电费、水费、人工费、药剂费等。（按8000小时/年计算）(1)电耗电费的支出项目为脱硫液循环泵等的耗电，初步估计值见电流表3-4用电量为95.5kw。按电费0.52元/kWh，年运行8000小时计。电费共41.6万元。电源采用380V,50Hz交流电。(2)水费及人工费系统需定期补充水，补充水量按3%×408m3/h×8000h=97920吨，水价按3.0元/吨，计年水费：29.37万元/年。本脱硫系统由于运行、维护管理简便，安排人进行日常管理、维护，本脱硫系统设操作定员3人，年工资1.8万元/人，共需人工费5.4万元/年。(3)脱硫剂费用所用煤的含硫量按1%时运行成本估算为，可燃硫的转换率为85%来计，脱硫率为95%来计，2台锅炉耗煤量为22.5t/h计算：a.锅炉二氧化硫生成量为：22.5×0.01×85%×2=382.5Kg/hb.二氧化硫脱除量：脱硫效率按90%设计，每小时二氧化硫脱除量为344.25Kg/hc.脱硫剂费根据SO2脱除量、化学反应式、钙硫比（1.05），脱硫剂采用95%的粉状石灰，5%的片状火碱。每年按300天计算。石灰费用为（CaO纯度≥90%，粒度为200目过筛85%以上，按市场价250元/吨）394/0.9×24/1000×300天/年=3152t/年3152t/年×500元/吨=78.8万元/年消耗钠碱的费用为（片状NaOH纯度为99%，市场价格为：2500元/吨）:20.7/0.99×24/1000×300天/年=150.54t/年150.54t/年×2500元/吨=37.63万元/年表5-2药剂用量和费用初步估算表项目用量单价年药剂费用石灰394(kg/h)250(元/吨)78.8万元钠碱20.7(kg/h)2500(元/吨)37.63万元(有废碱液此项费用可省)(4)运行费合计41.6+29.37+5.4+78.8+37.63=192.8万元该脱硫系统全年(按8000小时计)总运行费用为192.8万元。2、经济效益评估本项目脱硫年脱除量为382