大氣污染課程設計SHS2025鍋爐中硫的除塵去硫濕式石灰法系統(tǒng)工藝設計

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1、中北大學大氣污染課程設計 目錄 1 引言 1 2 二氧化硫的控制及處理方法 2 3 濕式石灰法原理 3 4 濕式石灰法脫硫具有的特點 3 5 煙氣量的計算 3 6凈化系統(tǒng)設計方案 6 6.1 凈化系統(tǒng)的組成 6 6.2 凈化系統(tǒng)設計的基本內(nèi)容 6 7 設備結構設計計算 7 7.1 除塵設備結構設計 8 7.2 脫硫設備結構設計 9 8 煙囪的設計 11 9 風機的選型與阻力的計算 16 10 結束語 19 參考文獻 20 1 引言 我國是煤炭資源十分豐富的國家，一次能源構成中燃煤占75％左右。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，煤炭消耗量不斷增加

2、，二氧化硫的排放量也日趨增多，造成二氧化硫污染和酸雨的嚴重危害。據(jù)最新報道，1999年我國二氧化硫排放總量為1857萬噸，其中工業(yè)來源為1460萬噸，生活來源為397萬噸。酸雨區(qū)面積占國土面積的30％，主要分布在長江以南、青藏高原以東的廣大地區(qū)及四川盆地。對106個城市的降水pH值監(jiān)測結果統(tǒng)計表明，降水年均pH值低于5.6的有43個城市，占統(tǒng)計城市的40.6％。統(tǒng)計的59個南方城市中，降水年均pH低于5.6的有41個，占69.5％。 酸雨使得森林枯萎，土壤和湖泊酸化，植被破壞，糧食、蔬菜和水果減產(chǎn)，金屬和建筑材料被腐蝕?？諝庵械亩趸蛞矅乐氐赜绊懭藗兊纳硇慕】?，它還可形成硫酸酸霧，危害更大

3、。 為防止二氧化硫和酸雨污染，1990年12月，國務院環(huán)委會第19次會議通過了《關于控制酸雨發(fā)展的意見》。自1992年在貴州、廣東兩省，重慶、宜賓、等九個城市進行征收二氧化硫排污費的試點工作。1995年8月，全國人大常委會通過了新修訂的《大氣污染防治法》。1998年2月17日，國家環(huán)保局召開了酸雨和二氧化硫污染綜合防治工作會議。這都說明我國政府高度重視酸雨和二氧化硫污染的防治。 國家環(huán)保局局長解振華指出：“成熟的二氧化硫污染控制技術和設備是實現(xiàn)兩控區(qū)控制目標的關鍵因素?！彼瑫r指出：為了實現(xiàn)酸雨和二氧化硫污染控制目標，要加快國產(chǎn)脫硫技術和設備的研究、開發(fā)、推廣和應用。因此研究開發(fā)適合我國國

4、情的煙氣脫硫技術和裝置，吸收消化國外先進的脫硫是當前的迫切任務。 能源工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，我國的能源結構以煤為主且在短期內(nèi)難以改變。煤炭的大量使用，造成嚴重的環(huán)境問題，其中SO2是形成酸雨的主要物質(zhì)之一，因此燃煤脫硫?qū)Νh(huán)境保護、社會效益、經(jīng)濟效益各方面非常重要 我國從20世紀70年代開始電站鍋爐的煙氣脫硫技術的研究，但進展緩慢。由于工業(yè)發(fā)展，燃煤增加，酸雨的危害日益嚴重，對SO2的污染控制技術在七五期間被列入國家重點攻關項目。此后經(jīng)過多年努力，與引進技術相結合，建立了大型工業(yè)裝置。我國引進的技術雖然設備先進、運行穩(wěn)定、自控程度高，但投資和運行費用極高，以目前我國的情況很難推廣應用。因此急

5、需根據(jù)我國國情，開發(fā)適應我國市場需要的煙氣脫硫技術，達到產(chǎn)業(yè)化應用。 2 二氧化硫的控制及處理方法 二氧化硫控制方法多種多樣，可以分為三大類： （1）燃燒前脫硫，如洗煤等。 （2）燃燒中脫硫，如型煤固硫、爐內(nèi)噴鈣等。 （3）燃燒后脫硫，即煙氣脫硫（FGD），是目前應用最廣、效率最高的脫硫技術 我國近年來大氣污染嚴重，據(jù)國家環(huán)保局統(tǒng)計，1997年，我國的SO排放量達2346萬噸，超過美國及歐洲國家，成為世界SO排放第一大國。1998年開始由于國家政策傾斜及環(huán)境問題越來越受到人們的重視，排放量開始下降，但大幅度控制SO排放仍迫在眉睫。目前，控制SO排放的最有效途徑是FG

6、D技術，即煙氣脫硫。煙氣脫硫技術一般分為濕法、干法、半干法三大類。 濕法脫硫是我國應用最廣泛、最具發(fā)展前途的煙氣脫硫方法，但普遍采用的方法都是從國外公司購買己經(jīng)成熟的技術[1]。濕式脫硫除塵技術是由水、氣、固三相工藝技術組成的一個系統(tǒng)，而不能僅僅把它看成是一個脫硫除塵器。從推廣應用角度來說，水系統(tǒng)的完好性，對發(fā)揮該技術在脫硫中的作用有著更為現(xiàn)實和重要的意義。 3 濕式石灰法原理 基本原理：采用石灰漿液吸收煙氣中的SO2，分為吸收和氧化兩個階段。先吸收生成亞硫酸鈣，然后將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣（即石膏）[2]?？偟姆磻^程為： 系統(tǒng)構成或主要設備：泵，噴淋塔，除霧器，再熱器，換熱器

7、，噴淋器。主要工藝參數(shù)：運行PH值>9；煙氣流速：1～5m/s；石灰/石灰石漿質(zhì)量濃度：10%~15%；除霧器殘余水分<100mg/m3；液氣比：8～25 L/m3 ；氣液反應時間：3～5s；噴嘴出口流速10m/s；一般噴淋層3～6層，噴淋交叉覆蓋率200％～300％；再熱煙氣溫度>75℃；脫硫石膏含水率40％～60％；脫硫系統(tǒng)阻力：2500～3000pa[3]。 4 濕式石灰法脫硫具有的特點 優(yōu)點：技術成熟；脫硫效率高，可達95%以上；煙氣處理量大；煤種適應性強，對高硫煤優(yōu)勢突出；吸收劑利用率高； 缺點：設備腐蝕；易于結垢、堵塞；投資費用高；占地面積大，耗水量相對較大，有少量污水排

8、放[4]。 5 煙氣量的計算 已知：設計耗煤量：2.4t/h 設計煤成分：CY=64.5% HY=4% OY=3% NY=1% SY=1.5% AY=14% WY=12% VY＝15％屬于中硫媒，排煙溫度：160℃，空氣過剩系數(shù)：1.25，飛灰率：29％，煙氣在鍋爐出口前阻力：800Pa，污染物排放按鍋爐大氣污染排放標準中2類區(qū)新建排污項目執(zhí)行，連接鍋爐，凈化設備及煙筒等凈化設備系統(tǒng)的管道假設長度150m，90彎頭30個。 以1Kg煤為基準，則由已知可： 表2.1 各個反應參數(shù) 質(zhì)量（g） 摩爾數(shù)（mol） 需氧數(shù)（mol） 生成物（mol） C H

9、 O N S A W V 645 40 30 10 15 140 120 150 53.75 40 1.875 0.714 0.469 6.667 53.75 10 -0.9375 0 0.469 0 0 0 CO:53.75 HO:20 SO:0.469 （1）所以由上表可得燃煤1kg的理論需氧量為： （2）假定干空氣中氮與氧的摩爾比為3.78， 則1kg該煤完全燃燒所需理論空氣量為： 即： （3）空氣過剩系數(shù)：。 實際所需空氣量為： 即: （4）理論煙氣量

10、為： 53.75＋20＋6.667＋0.469＋63.282*3.78=320.092mol/kg媒 即： 空氣過剩系數(shù)： 實際煙氣量為： （5）燃用1kg該煤產(chǎn)生的煙氣量中： a.含有的水量為：mol 即質(zhì)量為：：g b.含有的量為： 即質(zhì)量為：： c.含有的量為：=0.469mol 即質(zhì)量為：=0.46964=30.016g 即的濃度為： d.含有的煙塵的濃度為： （5）所以在該設計下所得的總煙氣量為： （6）因排煙溫度為160攝氏度，即T=433K.由公式： 可得： 所以有在排煙溫度160攝氏度下，煙氣中的濃度為： 煙氣中粉

11、塵的濃度為： 在該溫度下所得的總煙氣量為： 6凈化系統(tǒng)設計方案 6.1 凈化系統(tǒng)的組成 一般凈化系統(tǒng)由以下幾部分組成： （1） 集氣罩 集氣罩是用以捕集污染空氣的，其性能對凈化系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標由直接的影響。由于污染源設備結構和工作操作工藝的不同，集氣罩的形式也多種多樣的。 （2） 風管 在凈化系統(tǒng)中用以輸送氣流的管道稱為風管，通過風管使系統(tǒng)的設備和部件連成一個整體。 （3） 凈化設備 為了防治大氣污染，當排氣中污染物含量超過排放標準時，必須采用凈化設備進行處理。達到排放標準后，才能排入大氣。 （4） 通風機 通風機是系統(tǒng)中氣體流動的動力。

12、為了防治通風機的磨損和腐蝕，通常把風機設在凈化設備后面。 （5） 煙囪煙囪是凈化設備的排氣裝置，由于凈化后的煙氣仍含有一定量的污染物，這些污染物在大氣中擴散，稀釋，并最終沉降到地面。為了保證污染物的地面濃度不超過大氣環(huán)境質(zhì)量標準，煙囪必須有一定的高度。 6.2 凈化系統(tǒng)設計的基本內(nèi)容 凈化系統(tǒng)設計的基本內(nèi)容包括污染物的捕集裝置。輸出管道，凈化設備及排放煙囪設計四個部分。當然，為了滿足系統(tǒng)正常運行的需求，還應針對處理污染物的特性，完成上述系統(tǒng)增設設備及附件的設計。 （1） 捕集裝置的設計 污染物的捕集裝置通常是集氣罩。設計內(nèi)容主要包括集氣罩結構形式，安裝位置以及通風機參數(shù)確定等內(nèi)容。此設

13、計采用外部集氣罩，它的結構簡單，制造方便，吸氣方向與污染氣流方向往往不一致，一般需要較大的排風量才能控制污染氣流的擴散，而且容易受到室內(nèi)橫向氣流的干擾，捕集效率很低。采用側(cè)吸罩形式。 （2） 輸出管道設計 管道設計主要包括管道布置，管道內(nèi)氣體流速確定，管徑選擇，壓力損失計算以及通風機選擇等內(nèi)容。 （3） 凈化設備選擇 按以下程序進行：工程調(diào)查。根據(jù)排放標準和生產(chǎn)要求，計算需要達到的凈化效果。根據(jù)污染物性質(zhì)和操作條件確定凈化方法和凈化流程。對設備的技術指標和經(jīng)濟指標進行全面比較，選定最適宜的凈化設備。確定凈化設備的型號規(guī)格及運行參數(shù)。 （4） 排放煙囪設計 主要包括結構尺寸及工藝參數(shù)的設計

14、。 以上相應設計在下面計算。 7 設備結構設計計算 濕式除塵器具有投資低，操作簡單占地面積小，能同時進行有害氣體的凈化、含塵氣體的冷卻和加濕等優(yōu)點，特別適用于處理高溫高濕和有爆炸性危險的氣體的凈化。文氏管洗滌器主要用于凈化細微粉塵，能除去1—5的塵粒，效率高而且不會產(chǎn)生二次飛揚，特別對粒徑在2以下具有粘附性和潮解性的粉塵，更是適宜，因而在很多部門都得到采用。但是它有比較大的缺點，首先是壓降大。當除去l以上的塵粒時，壓降為200左右，效率約為98%，當粉塵粒徑小于0．5時，壓降要高達1000，效率也較低。其次是含塵污水的處理。文氏管洗滌器由于用水量較大，在設計與選用時必須充分考慮污水

15、處理，以免造成水源的污染。 7.1 除塵設備結構設計 由前面計算可得：進口煙氣流量為: 進口煙氣濃度為：2.32 設計噴霧塔洗滌器除塵。 一般空塔流速為0.6-1.5m/s,此處以1m/s進行設計， 則可得吸收塔直徑為： V=Av （4.1） 所以可得： （4.2） ，取3.6m 校正： （4.3

16、） 計算噴霧塔的高 由 h=vt （4.4） 其中：v —煙氣流速。 此處取v=1m/s t —噴霧時間，此處取t=2s進行設計，則可得其有效高度為： 一般取除塵器壓力算損失為200Pa.液氣比為：0.4～2.7.噴水壓力：0.1～0.2ūPa。 7.2 脫硫設備結構設計 一般空塔流速為1-5m/s,此處以1m/s進行設計， 則可得吸收塔直徑為： V=Av

17、 （4.5） 所以可得： （4.6） ，取3.6m 校正： （4.7） 計算吸收塔的高 由 h=vt （4.8） 其中：v —煙氣流速。 此處取v=1m/s t —吸收反應時間，一般石灰系統(tǒng)的煙氣脫硫時間為6—1

18、0s,此處取t=7s進行設計，則可得其有效高度為： 物料平衡計算的主要參數(shù)： 56 64 172 30.0162400 因根據(jù)經(jīng)驗一般鈣/硫為：1.05～1.1，此處設計取為1.05 則由平衡計算可得1h需消耗的量為： 一般液氣比為：4.7～13.6L/m3,此處以12L/進行設計，查漿液的質(zhì)量濃度為10%～15%，取15%，則可得1h 所需消耗的量為: 根據(jù)質(zhì)量濃度查漿液的質(zhì)量濃度為10%～15%，取15%，則新鮮漿液質(zhì)量為： 一般液氣比為：4.7～13.6L/m3

19、，選取12 L/m3,則可得1h 所需消耗新鮮漿液的量為: 則儲液槽的容積取 儲液槽高度為： 式中，V——儲液槽的容積，m3； D1——儲液槽的直徑，取15m； h——儲液槽高度,m； 帶入數(shù)據(jù)可得： 根據(jù)經(jīng)驗取高為30m 所以1h生成的量為： 假定通過噴霧干燥器后生成的有30%以粉塵的形式進入煙氣，經(jīng)過噴霧干燥后煙氣溫度變?yōu)?0—60攝氏度，此處取平均溫度47攝氏度進行計算。 （1） 則在此溫度下煙氣體積為： （2）則可得進入粉塵濃度為： （3）該噴霧干燥吸收塔的吸收效

20、率為：96% 則由前面的計算可得：二氧化硫的初始濃度為： 8 煙囪的設計 （1）煙囪直徑的計算： 煙囪出口內(nèi)徑按下式計算： （m） （5.1） 式中， Q——通過煙囪的總煙氣量，m3/h； W—煙囪出口煙氣流速 , m/s。 表5.1 煙囪出口煙氣流速/（） 通風方式 運 行 情 況 全 負 荷 時 最小負荷 機 械 通 風 10—20 4—5 自 然 通 風 6—10 2.5—3 選定w=20則可得 ，取0.8m

21、。 由設計任務書上可得所有鍋爐的總的蒸發(fā)量為20t/h， 表5.2 鍋爐煙囪高度/(m) 鍋爐總額定出力/(t/h) <1 1～2 2～6 6～10 10～20 26～35 煙囪最低高度 20 25 30 35 40 45 根據(jù)鍋爐大氣污染排放標準中的規(guī)定則可確定煙囪的高度必須大于40m[6] 。 （2） 排煙溫度下煙氣量QV： 因排煙溫度為160攝氏度，即T=433K.由公式： （5.2） 帶入數(shù)據(jù)可得： 在該溫度下所得的總煙氣量為： （3） 煙氣熱釋放率：

22、 （5.3） 式中，——煙氣的熱釋放率，； —大氣壓力， hPa，查得近年平均值為906.35hPa； 　 ——實際排煙量，； —煙囪出口處煙氣溫度，單位為絕對溫度（K），本設計中為433K； —煙囪出口處環(huán)境平均溫度，單位為絕對溫度（K），查得太原市年平均氣溫在本設計中取20℃； 帶入數(shù)據(jù)可得： （4） 煙氣抬升高度ΔH的計算 由霍蘭德公式： （5.4）

23、 式中，ΔH——煙氣抬升高度，m； —煙氣出口流速，m/s，本設計中取為20m/s； —煙囪出口內(nèi)徑，2.3m ； —煙囪出口處的平均風速，2.5m/s； 帶入數(shù)據(jù)可得： 又有公式： （5.5） 式中，——煙氣的熱釋放率，； —煙囪出口處的平均風速，2.5m/s； Hs ——煙囪有效高度，m； ——系數(shù)，可按表6.3查得。查得城市近郊區(qū)：當 表6.3

24、 系數(shù)的值 /KW 地表狀況 ≥21000 農(nóng)村或城市遠郊區(qū) 1.427 1/3 2/3 城市或近郊區(qū) 1.303 1/3 2/3 ＜21000 且ΔT≥35K 農(nóng)村或城市遠郊區(qū) 0.332 3/5 2/5 城市或近郊區(qū) 0.292 3/5 2/5 帶入數(shù)據(jù)可得： 算得： Hs=51.84m Hs=51.84m>45m,符合標準。 （5）煙囪幾何高度H： （5.6） 式中，H——煙囪幾何高度 ，m； ΔH——煙氣抬升高度，

25、m； Hs ——煙囪有效高度，m； 帶入數(shù)據(jù)可得： （6） 煙囪高度較核 式中，——污染物在y,z方向上的標準差，，取0.8； ——煙氣出口處的平均風速，，取2.5； ——SO排放量，，為38.6； ——地面最大濃度，； H——煙囪幾何高度 ，m； 帶入數(shù)據(jù)可得： （根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》各項污染物濃度限值），符合標準[7]． （7）煙囪底部直徑： （5.7） 式中，H—煙囪高度，m. i— 煙囪椎角。煙囪椎角i通常取i= 0.02—0.

26、03，取i=0.02； 帶入數(shù)據(jù)可得： 取4.6m。 （8）煙囪阻力計算： 假設標況下煙氣的密度為：1.46 Kg/m3,則可得在實際溫度下的密度為：； 平均煙囪直徑： （5.8） 式中，d1—煙囪出口內(nèi)徑； d—煙囪底部直徑。 帶入數(shù)據(jù)可得： 煙囪阻力為 （5.9） 式中， L—煙囪長度m； d—煙囪直徑，m； —煙氣密度，Kg/m3； v—管中氣流平均流速,m/s；管道內(nèi)煙氣流速v對于鍋爐內(nèi)煙塵v=1

27、0—25，此處設計取v=20； —摩擦阻力系數(shù)。 帶入數(shù)據(jù)可得： 9 風機的選型與阻力的計算 (1) 管徑的計算 （m） （6.1） 式中，V—工況下管道的煙氣流量，m3/s； v—管道內(nèi)煙氣流速，m/s。 帶入數(shù)據(jù)可得： （2）摩摖壓力損失 對于圓管 （6.2） 式中， L—管道長度m； d—管道直徑m； —煙氣密

28、度，Kg/m3； v—管中氣流平均流速，m/s； —摩擦阻力系數(shù)。 帶入數(shù)據(jù)可得： （3）局部阻力損失： （6.3） 式中，—管道的局部阻力系數(shù)； v—與相對應的斷面平均氣流流速，m/s； —煙氣密度； 已知連結鍋爐、凈化設備及煙囪等凈化系統(tǒng)總需90度彎頭30個，查表可得=0.29 帶入數(shù)據(jù)可得： 30個彎頭總壓力損失為： （6.4）

29、 帶入數(shù)據(jù)可得： （4） 系統(tǒng)總阻力（其中鍋爐出口前阻力為800Pa，除塵器阻力為200Pa,噴霧干燥吸收塔的總阻力為：1566Pa）為： =鍋爐出口前阻力+設備阻力+管道阻力煙囪阻力+除塵器阻力=800+1566+675+177.87+200=3418.87Pa （5） 風機風量的計算: （6.5） 式中， 1.1—風量備用系數(shù)； V — 通過風機前的風量； －風機前溫度，，取鍋爐排煙溫度160。 帶入數(shù)據(jù)可得： （6） 風機風壓的計算 （6.6） 式中，1.

30、2—風壓備用系數(shù)； —系統(tǒng)總阻力，Pa； －風機前溫度，； －風機性能表中給出的實驗用氣體溫度，： －標準狀態(tài)下煙氣密度，取1.34。 所以可得 根據(jù)和選定G、鍋爐通風機，性能如下。 機號傳動方式 轉(zhuǎn)速 流量() 全壓（Pa） 軸功率/KW 電動機型號 電動機功率/KW 20D 730 104600 1378 94.55 Y5-47 160 電動機功率的計算： （6.7） 式中，風機風量，； -風機風壓，Pa； －風機在全

31、壓頭時的效率，取0.6； －機械傳送效率，此采用風機直接與電機傳動，取1； －電動機備用系數(shù)，取1.3。 則代入公式： 10 結束語 通過這幾天的努力，把老師教給的任務得以全部完成，通過這些天的學習，讓我對濕式石灰法除塵脫硫有了深層的了解。讓我了解了硫煙媒煙氣濕式石灰除塵脫硫一體化系統(tǒng)構造和工作原理，以及它的凈化設備的工作原理和其特點，還有各個運算步驟的設計和構造。還有目前，世界各國日益重視由鍋爐燃燒所生成的煙塵、SO2和NOx所造成的環(huán)境危害，特別是一些發(fā)達的工業(yè)化國家，已制定了嚴格的法律、法規(guī)和技術保障措施，控制鍋爐燃燒過程中的污染物生成，并采取措施減少其排放量。

32、　　以上綜合介紹了國外較成熟的煙氣脫硫技術和幾個主要工業(yè)發(fā)達國家燃煤電廠煙氣脫硫技術及使用情況，以促進我國燃煤電廠對煙氣脫硫的重視和脫硫技術的發(fā)展。 從中學到了許多在課本上所學不到的東西，而且鍛煉了自己畫圖的水平，提高了自己的能力，使自己也更深地了解了噴霧干燥技術的優(yōu)點及原理，為以后走上工作崗位奠定了一定的基礎。此設計由于時間緊湊，其中難免有許多不足之處，希望老師及各位讀者批評知道。 由于本人的能力有限，收集的材料也有限，在課程設計難免會出現(xiàn)錯誤和缺點，還望老師批評，諒解。 此外，還要感謝趙老師的輔導和幫助！ 參考文獻 [1] 鐘秦.燃煤煙氣脫硫脫硝技術及工程實例「M].北京:化學工業(yè)出版社2002. [2] 郝吉明，馬廣大.大氣污染控制工程[M].第二版.北京：高等教育出版社，2002:45～48 [3]黃學敏.張承中.大氣污染控制工程實踐教程.北京：高等教育出版社，2003 [4] 劉天齊.三廢處理工程技術手冊廢氣卷[M].北京：化學工業(yè)出版社，1999 [5] 劉景良.大氣污染控制工程[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2002：300～305 [6] 張殿印.除塵工程設計手冊. 北京：化學工業(yè)出版社，2003 [7] 童志權.工業(yè)廢氣凈化與利用. 北京：化學工業(yè)出版社，2003 第 21 頁