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任務(wù)書(shū)
題目名稱
125MW燃煤電廠煙氣除塵脫硫工程設(shè)計(jì)
學(xué)生學(xué)院
環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容
燃煤電廠煙氣除塵脫硫工程設(shè)計(jì)，包括各種除塵脫硫的工藝原理、各種除塵脫硫的工藝方法比較、主體設(shè)備選型和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)，管道輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工程投資概算等。
二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的要求與數(shù)據(jù)
廢氣處理量：畢業(yè)實(shí)習(xí)收集，或者“按產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)”；
廢氣成分：畢業(yè)實(shí)習(xí)收集，或者“按產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)”；
畢業(yè)實(shí)習(xí)10天以上；實(shí)習(xí)報(bào)告（含資料調(diào)研報(bào)告）10000字以上；
??? 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)30000字以上；
繪制工程設(shè)計(jì)圖紙8張（A4）以上。
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作
查閱和翻譯文獻(xiàn)資料；
參與畢業(yè)實(shí)習(xí)并編寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告；
編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；
進(jìn)行工程概算和運(yùn)行可行性分析；
繪制工程設(shè)計(jì)圖紙。
序號(hào)
設(shè)計(jì)（論文）各階段內(nèi)容
起止日期
1
參與畢業(yè)實(shí)習(xí)
3月15日~4月12日
2
編寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告、查閱和翻譯文獻(xiàn)資料
4月13~4月25日
3
研究設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算
4月26日~5月10日
4
編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
5月11日~5月25日
5
進(jìn)行工程概算和運(yùn)行可行性分析
5月26日~5月29日
6
繪制工程設(shè)計(jì)圖紙
5月30日~6月8日
7
答辯準(zhǔn)備及答辯
6月9日~6月12日
四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)程安排
五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
1. 王志魁主編 . 化工原理 .第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.10
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9. 姜安璽主編. 空氣污染控制 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 2003
10. 朗曉珍. 楊毅宏主編. 冶金環(huán)境保護(hù)及三廢治理技術(shù). 東北大學(xué)出版社. 2002
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22. 劉天齊主編，三廢處理工程技術(shù)手冊(cè)：廢氣卷，北京：化學(xué)工業(yè)出版社 1999.5
發(fā)出任務(wù)書(shū)日期：20xx年3月10日 指導(dǎo)教師簽名：
預(yù)計(jì)完成日期：20xx年6月12日 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章：
主管院長(zhǎng)簽章：
2
直流電暈放電氨自由基噴淋系統(tǒng)同時(shí)脫除煤鍋爐煙氣中的氮氧化物和SO2 :
試驗(yàn)裝置測(cè)試
J.-S. Changa,*, K. Urashimaa, Y.X. Tongb, W.P. Liub,H.Y. Weib, F.M. Yangb, X.J. Liub
(aMcMaster University, Department of Engineering Physics, Nuclear Research Building 118,
Hamilton, Ont., Canada L8S 4M1
b Safety and Environmental Protection Research Institute, State Environmental Protection General Agency,
Renji Road, Chinsan-District, Wuhan, People’s Republic of China)
摘要
小規(guī)模試驗(yàn)中,用電暈放電技術(shù)同時(shí)脫除煤鍋爐煙氣中氮氧化物和SO2,這個(gè)技術(shù)稱為氨自由基噴淋技術(shù).也叫電暈自由基噴淋系統(tǒng).該試驗(yàn)中,煙氣流量為1000-1500m3／h;氣體為62到 80,氨氣對(duì)總氣體比率為0.8到1.3 ,外加電壓為0到25kv和NO初始濃度從 53ppm到93pmm,SO2固定為800ppm.試驗(yàn)結(jié)果證明SO2去除率的增長(zhǎng)隨同氨自由基噴射速率的增長(zhǎng),而非單獨(dú)依靠輸入電功率.氮氧化物去除率的增 長(zhǎng)隨同輸入電功率和氨自由基噴射速率的增長(zhǎng).99%的SO2去除率的時(shí)候,一千瓦時(shí)輸入能力能清除大約9kg的SO2;75%的NOx去除效率的候 ,1千瓦時(shí)的能量輸入能去除大約125g
關(guān)鍵字:低溫等離子體;流量穩(wěn)定電暈放電;離子噴射;煤鍋爐煙氣;氮氧化物和硫氧化物;氨自由基;煙氣;
1 介紹
1990年至1995年之間,在中國(guó)因?yàn)榭諝馕廴?每年大約一百萬(wàn)人的死亡與肺病和心臟病有關(guān).因此對(duì)由工業(yè)和汽車引起的污染,我們有著明確的治理目標(biāo).大約30000個(gè)２-４兆瓦熱功率熱量的鍋爐用于蒸汽發(fā)電廠,鍋爐主要排放出灰塵,SO2（300 -2300ppm),氮氧化物(50-100ppm)等等.由于含硫量的煤（3%-13%),所以煙氣中SO2濃度相對(duì)高.由于低溫燃燒,所以NO濃度相對(duì)低.所以需求著一些低功率消耗的氣體凈化裝置.傳統(tǒng)的濕式洗滌器,半導(dǎo)體可控整流器 ,nscr, 除非燃料轉(zhuǎn)變成天然氣,由于相對(duì)較高的資本和生產(chǎn)費(fèi)用,所以不被應(yīng)用.而低溫等離子體方法和石灰石噴射建立方法能克服這問(wèn)題.很多試驗(yàn)使用脈沖電暈,電子束,高頻電容耦合等離子方法處理來(lái)自煙道氣體SO2和氮氧化物.然而低溫等離體方法,等離子體法處理煙道氣未必能高效能力利用.因?yàn)榇蟛糠帜芰繉?huì)丟失.所以低溫等離子體噴淋技術(shù)比較受歡迎 。
在電暈放電等離子噴射技術(shù)里,電暈放電在噴射氨,碳?xì)浠衔?水蒸氣,氧氣,氮?dú)獾瓤招碾姌O前發(fā)生等離子技術(shù)能最少地減少產(chǎn)生不需要的氣體成分.
比例模型試驗(yàn)中,電暈放電氨自由基和甲烷自由基噴淋系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的低溫等離子體法有高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)的能量利用效率.在本研究中,測(cè)試試驗(yàn)規(guī)模處理燃煤鍋爐煙氣的低溫等離子體技術(shù)就是建立在電暈放電自由基噴淋系統(tǒng)技術(shù)上的 。
圖1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ土鞒虉D T: 氣體溫度測(cè)計(jì) SP:氣體分析儀器
圖2 電暈放電自由基噴淋系統(tǒng)和多噴管電極簡(jiǎn)圖
2 試驗(yàn)裝置
圖1為實(shí)驗(yàn)性檢驗(yàn)設(shè)備圖,35000立方米/小時(shí)燃煤鍋爐煙氣中,其中1000-1500立方米被轉(zhuǎn)移到測(cè)試設(shè)備;
a首個(gè)電氣除塵器用于除塵;噴水冷卻塔(此試驗(yàn)中為使用);
b電暈放電噴淋系統(tǒng);
c第二個(gè)電氣除塵器用于收集副產(chǎn)物;
d引風(fēng)機(jī)用于煙氣氣流控制;
e煙囪.
f氣體溫度測(cè)計(jì)T,氣體分析儀器SP分別測(cè)試4個(gè)不同的位置;
電暈放電噴淋系統(tǒng)主反應(yīng)器的規(guī)格為:2.1m*1.8m*2m;
里面有20個(gè)通道,每個(gè)通道有5個(gè)電暈放電噴射電極.多噴管電極代替了傳統(tǒng)的電暈電線(如圖2示).多噴管電極長(zhǎng)度為2m
圖3.在25和75下 ,平均總電流與電壓特性關(guān)系
3 試驗(yàn)結(jié)果。
圖3中,氣體溫度分別為250C和750C的情況下平均總電流與電壓特性的關(guān)系.100個(gè)電暈噴射電極電暈安置電壓的反應(yīng)器大約為15.5千伏,電流與外加電壓幾乎成線性增長(zhǎng).極限工作電壓大約24KV,極限耗功率為816w.
圖4.三種氨氣與酸性氣體比中,SO2去除效率與輸入電功率的關(guān)系
圖4表示出SO2的去除效率與輸入電功率的關(guān)系,分別三種氨氣與酸性氣體情況,SO2的去除效率隨輸入功率的增加而增加,直到350w后,隨輸入功率的增加而減少. SO2的去除效率隨氨氣與煙氣比率的增大而增大,隨隨煙氣溫度的減小而增大.
圖5.在68和79下, SO2去除效率與輸入功率的關(guān)系
圖５表明SO2去除系數(shù)隨煙氣溫度增加而增加.因?yàn)闅怏w溫度依賴著氨氣化學(xué)性質(zhì) ,并非單獨(dú)依靠輸入功率或能量密度（瓦特/小時(shí)=輸入功率／煙氣流速率）增加或者減少有關(guān).那最適宜的SO2去除效率為溫度680C, 另一種情況就是790C,而且大約在150和300瓦特近76 -86%的SO2是在沒(méi)有外加電壓情況下電暈自由基噴淋體系去除.在實(shí)驗(yàn)規(guī)模的測(cè)試中,煙霧劑形成被那絕熱膨脹均相成核的氨氣在已經(jīng)注意到,相比氣相反應(yīng),煙霧劑表面反應(yīng)NH3和SO2為之間是數(shù)量級(jí)地更快形成硫酸氨.
圖６中 ,三種氨氣與酸性氣體比率,氮氧化物去除效率跟輸入電功率的關(guān)系
圖６中,顯示出三種不同的氨氣與酸性氣體比率情況下,氮氧化物去除效率跟輸入電功率的關(guān)系:氮氧化物的去除效率隨同輸入功率以及 氨氣噴淋速率的增長(zhǎng)而增長(zhǎng) 。
圖7中三種不同NO初始濃度,氮氧化物去除效率與輸入功率的關(guān)系
圖7中,顯示出三種不同NO初始濃度的情況下,氮氧化物去除效率與輸入功率的關(guān)系:氮氧化物的去除效率隨輸入功率或者能量密 度的增加而增加,隨同NO初始濃度的減小而增大.大約在660w的輸入 功率或者是0.6Wh/m3的能力密度下,可以得到最大的NOx的去除(65-82%).
4 能量效率
圖8-12顯示出,去除SO2 和NOx的能量效率和能量密度的關(guān)系 .能量效 率是以一千瓦時(shí)的功率輸入處理多少KGSO2或者NOx,也叫能量.SO2和NOx的去除率隨同能量密度、NO的初始濃度、煙氣溫度的增加而減 少.SO2和NOx的去除率隨同氨氣與酸性氣體的比例的增加而增加.氨 噴淋速度的提高能提高SO2和NOx的去除率和能量效率.如圖8所示, 如果我們認(rèn)為氨氣從煙氣排氣中滑落,那么最適宜的氣體比例是應(yīng)該研究出來(lái)的.圖8也表示出,氨氣的滑落隨電暈放電的外加電壓的增加而減少
圖8.在三種氨氣與酸性氣體比下,去除SO2的能量效率和能量密度的關(guān)系
圖9.在68和79下,去除SO2的能量效率和能量密度的關(guān)系
圖10.在三種氨氣與酸性氣體比下,去除NOx的能量效率和能量密度的關(guān)系
圖.11. 三種NO初始濃度下,去除NOx的能量效率與能量密度的關(guān)系
圖12.三種氨氣與酸性氣體比率,電暈放電自由基噴淋系統(tǒng)的出口氨氣濃度與外加電壓的關(guān)系
5 總 結(jié)
利用試驗(yàn)規(guī)模電暈自由基噴淋系統(tǒng),從燃煤煙道氣體中同時(shí)去除SO2 和氮氧化物已經(jīng)被研究,總結(jié)如下 :
1電暈放電電流隨外加電壓和氨氣與酸性氣體比率的增加而增加.然而,還是沒(méi)有發(fā)現(xiàn)最適宜的比例效果 .
⒉SO2的去除效率隨同氨氣與酸性氣體比率的增加而增加,也隨氣體 溫度的增加而減少.SO2去除效率非單獨(dú)依靠輸入功率,90%去除效率的時(shí)候,最大的輸入效率為300W.
⒊SO2的能量效率隨氨氣與酸性氣體比率的增加而增加,隨煙氣度、能量密度、輸入功率的增加而減少.99%的SO2去除效率,單位千瓦時(shí)能 去除大約9KG.
⒋ NOx的去除效率隨輸入功率、氨氣與酸性氣體比率的增加而增加.NOx的去除效率不單單依靠NOx在煙氣的初始濃度,其最大值為約65ppm.NOx的去除效率在較高的電壓中能達(dá)到最高值70-80%
⒌ 氮氧化物的能量效率隨能量密度或者外加電壓的增加而增加.然 而,還沒(méi)發(fā)現(xiàn)最適宜的氨氣與酸性氣體的比率作用于最高能量效率,但是去除NOx的能量效率不單單依靠在煙氣中的NOx的初始濃度.在75%的去除效率中,單位千瓦時(shí)的輸入能量能去除大約125g的NOx.
⒍ 氨氣超量濃度隨同氨氣與酸性氣體比率的增加而增加,隨外加電壓或者輸入功率的增加而減少 。
致謝
感謝P.C. Looy, T. Ohkubo, S. Kanazawa, T. Nomoto, Z. Li, S.J. Kim, J.Y. Park, G.F. Round, L.A. Rosocha, A. Miziolek, S. Aoki, K. Hirayama, K. Yoshimura, A. Maezawa, and M. Itzutsu對(duì)本設(shè)計(jì)的建議.同樣感謝Hunan Province環(huán)保局,加拿大國(guó)際開(kāi)發(fā)局,日中污染控制技術(shù)基金,中國(guó)環(huán)?？偩?加拿大自然科學(xué)和工程研究理事會(huì)的財(cái)務(wù)支持.
xxx大學(xué)
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
125MW燃煤電廠煙氣除塵脫硫工程設(shè)計(jì)
學(xué) 院 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院
專 業(yè) 環(huán)境工程
年級(jí)班別
學(xué) 號(hào)
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
20xx 年 06 月
摘要
我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，也是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家之一。我國(guó)排放的SO2 90％來(lái)自于燃煤。年排放總量在2000萬(wàn)噸左右，位居全球之首，由此造成的酸雨覆蓋面積超過(guò)國(guó)土總面積的1/3，年社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失近千億元。而火電廠的煙塵、SO2 排放量均居全國(guó)各行業(yè)的第一位，SO2 排放量占全國(guó)排放量的40％～50％，占“兩控區(qū)”內(nèi)排放量的59％以上。
本設(shè)計(jì)針對(duì)火電廠燃煤廢氣的性質(zhì)，采用靜電除塵，優(yōu)化雙循環(huán)濕式石灰石FGD工藝去除二氧化硫。靜電除塵具有除塵性能好，效率高，處理氣量大，能耗低，運(yùn)行費(fèi)用少等特點(diǎn)，優(yōu)化雙循環(huán)濕式石灰石法具有石灰石的利用率大，運(yùn)行可靠，沒(méi)有備用吸收塔，可以多臺(tái)鍋爐使用一個(gè)吸收塔，脫硫率達(dá)90％以上，高的可達(dá)95％，凈化后煙氣經(jīng)冷卻塔排出而不進(jìn)煙囪，適合不同含硫量的煤種等特點(diǎn)。根據(jù)要去除的污染物，采取先用靜電除塵器除塵，再用優(yōu)化雙循環(huán)濕式石灰石法脫除二氧化硫。
關(guān)鍵詞：二氧化硫，燃煤廢氣，靜電除塵器，雙循環(huán)濕式石灰石法
Abstract
China is the world's largest coal producer and consumer country, and also is one of the few countries still using coal as the main energy in the world. 90% of national emissions of SO2 come from coal-fired. Emissions totaled in about 20 million tons, ranking first in the world. It results that the acid rains cover the total area of more than 1 / 3, losing nearly 1,000 billion Yuan in economic. The smoke of the thermal power plant and SO2 emissions from all sectors are both in the nation's first. SO2 emissions account for national emissions of 40 percent to 50 percent, and the "two-controlled areas" in emissions of 59 percent or more.
The design for coal-fired thermal power plant emissions of nature, uses the electrostatic dust removal, and uses optimization of two-cycle wet limestone FGD technology to remove the sulphur dioxide. The electrostatic dust removal has good performance, high efficiency ,large gas processing, low energy consumption, operating costs less and many others features. Optimization of two-cycle wet limestone FGD technology has the features of high utilization of limestone, reliable operation, without backup absorber, able to use more than one boiler with a absorber, desulfurization rate of 90 percent, up to 95 percent higher, purified gas from the cooling tower into the chimney instead of chimney, suitable for different sulphur coal, and so on. According to the removal of pollutants, taking first to use electrostatic precipitator dust, removing the sulphur dioxide by optimization of two-cycle wet limestone FGD technology then.
Key words: Sulphur dioxide，Coal-fired emissions，The electrostatic dust removal，Optimization of two-cycle wet limestone FGD technology
答辯記錄
1.設(shè)計(jì)處理廢氣的標(biāo)準(zhǔn)？
答：排放達(dá)標(biāo),投資費(fèi)用低,無(wú)二次污染。
2.怎樣計(jì)算工程概算?
答：根據(jù)燃煤電廠除塵脫硫的實(shí)例。
3.你去了哪里實(shí)習(xí)？
答：韶關(guān)坪石發(fā)電B廠。
20xx.6.12
摘要
我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，也是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家之一。我國(guó)排放的SO2 90％來(lái)自于燃煤。年排放總量在2000萬(wàn)噸左右，位居全球之首，由此造成的酸雨覆蓋面積超過(guò)國(guó)土總面積的1/3，年社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失近千億元。而火電廠的煙塵、SO2 排放量均居全國(guó)各行業(yè)的第一位，SO2 排放量占全國(guó)排放量的40％～50％，占“兩控區(qū)”內(nèi)排放量的59％以上。
本設(shè)計(jì)針對(duì)火電廠燃煤廢氣的性質(zhì)，采用靜電除塵，優(yōu)化雙循環(huán)濕式石灰石FGD工藝去除二氧化硫。靜電除塵具有除塵性能好，效率高，處理氣量大，能耗低，運(yùn)行費(fèi)用少等特點(diǎn)，優(yōu)化雙循環(huán)濕式石灰石法具有石灰石的利用率大，運(yùn)行可靠，沒(méi)有備用吸收塔，可以多臺(tái)鍋爐使用一個(gè)吸收塔，脫硫率達(dá)90％以上，高的可達(dá)95％，凈化后煙氣經(jīng)冷卻塔排出而不進(jìn)煙囪，適合不同含硫量的煤種等特點(diǎn)。根據(jù)要去除的污染物，采取先用靜電除塵器除塵，再用優(yōu)化雙循環(huán)濕式石灰石法脫除二氧化硫。
關(guān)鍵詞：二氧化硫，燃煤廢氣，靜電除塵器，雙循環(huán)濕式石灰石法
Abstract
China is the world's largest coal producer and consumer country, and also is one of the few countries still using coal as the main energy in the world. 90% of national emissions of SO2 come from coal-fired. Emissions totaled in about 20 million tons, ranking first in the world. It results that the acid rains cover the total area of more than 1 / 3, losing nearly 1,000 billion Yuan in economic. The smoke of the thermal power plant and SO2 emissions from all sectors are both in the nation's first. SO2 emissions account for national emissions of 40 percent to 50 percent, and the "two-controlled areas" in emissions of 59 percent or more.
The design for coal-fired thermal power plant emissions of nature, uses the electrostatic dust removal, and uses optimization of two-cycle wet limestone FGD technology to remove the sulphur dioxide. The electrostatic dust removal has good performance, high efficiency ,large gas processing, low energy consumption, operating costs less and many others features. Optimization of two-cycle wet limestone FGD technology has the features of high utilization of limestone, reliable operation, without backup absorber, able to use more than one boiler with a absorber, desulfurization rate of 90 percent, up to 95 percent higher, purified gas from the cooling tower into the chimney instead of chimney, suitable for different sulphur coal, and so on. According to the removal of pollutants, taking first to use electrostatic precipitator dust, removing the sulphur dioxide by optimization of two-cycle wet limestone FGD technology then.
Key words: Sulphur dioxide，Coal-fired emissions，The electrostatic dust removal，Optimization of two-cycle wet limestone FGD technology
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 大氣污染概述 1
1.2 我國(guó)的火電發(fā)展與大氣環(huán)境污染 1
1.3 SO2的控制 2
第2章 工藝流程論證 3
2.1 廢氣的除塵方法 3
2.1.1 除塵器的分類 3
2.1.2 除塵器的性能指標(biāo) 4
2.1.3 各種除塵器簡(jiǎn)介 5
2.2 廢氣的脫硫方法 10
2.2.1 濕式石灰石/石膏法煙氣脫硫 11
2.2.2 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫 13
2.2.4 簡(jiǎn)易濕式石灰石/石膏法煙氣脫硫 14
2.2.5 海水煙氣脫硫 14
2.2.6 電子束法煙氣脫硫技術(shù) 15
2.2.7 煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù) 15
第3章 煙氣脫硫工藝綜合評(píng)價(jià)與推薦方案 16
3.1 計(jì)算鍋爐煙氣和物料衡算 16
3.1.1 解鍋爐燃煤量、煙氣排放量及組成 16
3.1.2 確定煙氣除塵脫硫工藝并進(jìn)行物料衡算 17
3.2 從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)除塵器 19
3.3 從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)脫硫工藝 21
3.4 推薦方案 22
第4章 設(shè)備設(shè)施計(jì)算過(guò)程 23
4.1 電除塵器的設(shè)計(jì)和調(diào)試 23
4.1.1 電除塵器的設(shè)計(jì) 23
4.2 吸收塔的計(jì)算與設(shè)計(jì) 24
4.2.1 填料選擇 24
4.2.2 吸收過(guò)程的物料衡算和操作線方程 25
4.2.3 封頭的設(shè)計(jì) 32
4.2.4 填料塔總高度的確定 32
4.2.5 填料塔的附屬結(jié)構(gòu) 32
4.3 管道的計(jì)算 35
4.3.1 水管的計(jì)算 35
4.3.2 氣管的計(jì)算 35
4.4 泵的計(jì)算 36
4.5風(fēng)機(jī)的選擇 36
第5章 相關(guān)基本要求 37
5.1 電氣、自控和自動(dòng)檢測(cè) 37
5.2 電除塵的運(yùn)行要求 37
5.2.1 安裝 37
5.2.2 調(diào)試 37
5.3 供水 38
5.4 土建要求 38
第6章 工程投資概算 39
第7章 運(yùn)行費(fèi)用概算 41
結(jié)論 42
參考文獻(xiàn) 43
致謝 44
44
第1章 緒 論
1.1 大氣污染概述
地球表面被一層總質(zhì)量約為6000萬(wàn)億噸、厚度約為1000km的大氣層所包圍。地球的大氣圈是經(jīng)歷了幾十億的演化和發(fā)展才形成現(xiàn)在這種適宜高等生物生存的組成成分，是地球生命的保護(hù)傘，是影響人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，是一種特殊形態(tài)的“人類共同遺產(chǎn)”。
大氣污染是由于人類活動(dòng)或一些自然過(guò)程引起某些物質(zhì)進(jìn)入大氣，并呈現(xiàn)出足夠的濃度和達(dá)到足夠長(zhǎng)的時(shí)間，所造成的危害人體的舒適、健康及福利的一種環(huán)境問(wèn)題。我國(guó)是一個(gè)煤炭?jī)?chǔ)量相當(dāng)豐富的國(guó)家，探明儲(chǔ)量在8600億噸以上，年開(kāi)采量14億噸，分別居世界第三位和第一位。由于資源豐富和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，決定了煤炭在能源消費(fèi)中占有相當(dāng)高的比重，成為世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家之一，也因此導(dǎo)致我國(guó)的大氣污染是典型的煤煙型污染。而我國(guó)排放的SO2 90％來(lái)自與燃煤，年排放總量在2000萬(wàn)噸左右，位居全球之首，由此造成的酸雨覆蓋面積超過(guò)國(guó)土總面積的1/3，年社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失近千億元。
1.2 我國(guó)的火電發(fā)展與大氣環(huán)境污染
電力作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的先行，在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)中，起著舉足輕重的作用。改革開(kāi)放以來(lái)，電力工業(yè)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。從1995年起，我國(guó)的電力工業(yè)裝機(jī)容量就已經(jīng)超過(guò)了日本和德國(guó)，僅次于美國(guó)，居世界第二位。中國(guó)的火電在電源結(jié)構(gòu)中約占總裝機(jī)容量的75％，且90％以上為煤電。
電力行業(yè)的迅速發(fā)展一方面促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；另一方面，大量燃煤電廠——火電生產(chǎn)耗煤量已經(jīng)占全國(guó)總量的40％左右，所帶來(lái)的煤煙型大氣污染對(duì)全國(guó)的生態(tài)環(huán)境也產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響和損害，其中火電生產(chǎn)所造成的酸性氣體的排放對(duì)我國(guó)環(huán)境酸化起的作用是舉足輕重的。
火力發(fā)電廠排煙中的SO2 濃度雖然低，但總量極大。火電廠的煙塵、SO2 排放量均居全國(guó)各行業(yè)的第一位，SO2 排放量占全國(guó)排放量的40％～50％，占“兩控區(qū)”內(nèi)排放量的59％以上。因此，深入研究燃煤過(guò)程中產(chǎn)生的SO2氣體控制方法，將是本課程的主要任務(wù)。
1.3 SO2的控制
國(guó)內(nèi)外可采用的防治SO2 污染的途徑很多，如可采用低硫燃料、燃料脫硫、高煙窗排放等方法。但從技術(shù)，成本等方面綜合考慮，今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，對(duì)大氣中SO2 的防治，仍會(huì)以煙氣脫硫的方法為主。因此，煙氣脫硫的方法為主。因此，延期脫硫技術(shù)仍會(huì)是各國(guó)研究的重點(diǎn)。我國(guó)目前已基本肯定了上煙氣脫硫裝置控制大氣質(zhì)量的必要性。但由于煙氣脫硫裝置投資大，而國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力不足，因此大規(guī)模的發(fā)展受到限制。選擇和使用經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)先進(jìn)，適合我國(guó)國(guó)情的延期脫硫技術(shù)，仍會(huì)是今后防止SO2 污染的重點(diǎn)。
目前，各國(guó)研究的煙氣方法很多，已超過(guò)一百種，其中有的進(jìn)行了中間試驗(yàn)，有的還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，真正能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的只有十余種。
燃煤鍋爐煙氣的主要特點(diǎn)是含塵量大，溫度較高，SO2濃度低，氣量大，故鍋爐煙氣脫硫工藝中加有除塵、調(diào)溫等預(yù)處理過(guò)程。已有的 燃煤鍋爐煙氣除塵脫硫工藝有：先除塵后脫硫工藝、先脫硫后除塵工藝和 脫硫除塵一體化工藝等。
本工藝對(duì)125MW燃煤電廠煙氣除塵脫硫工程技術(shù)作了詳盡的說(shuō)明。介紹和論證了各種除塵和脫硫的方法及工藝流程，通過(guò)對(duì)煙氣脫硫工藝進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，選定工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，占地面積小投資和運(yùn)行費(fèi)用低的工藝。同時(shí)，也對(duì)所選工藝的主要設(shè)備和附件作了詳細(xì)介紹。
第2章 工藝流程論證
2.1 廢氣的除塵方法
從含塵氣流中將粉塵分離出來(lái)并加以捕集的裝置稱除塵裝置或除塵器。
2.1.1 除塵器的分類
按除塵器分離捕集粉塵的主要機(jī)制，可將其分為如下四類(表2-1列出四大類六種除塵器的除塵過(guò)程)。
1、 機(jī)械式除塵器
它是利用質(zhì)量力（重力、慣性力、離心力）的作用使粉塵與氣流分離沉降的裝置，包括重力沉降室、慣性除塵器和旋風(fēng)除塵器等。
2、 電除塵器
它是利用高壓電場(chǎng)使塵粒荷電，在電場(chǎng)力的作用下使粉塵與氣流分離的裝置。
3、 過(guò)濾式除塵器
它是使含塵氣體通過(guò)織物或多孔填料曾進(jìn)行過(guò)濾分離的裝置，包括袋式過(guò)濾器、顆粒層過(guò)濾層等。
4、 濕式洗滌器
它是利用液滴或液膜洗滌含塵氣流，使粉塵與氣流分離沉降的裝置，它可用于除塵，也可用于氣體吸收。當(dāng)專用于氣體除塵時(shí)，也稱濕式除塵器。
表2-1 四大類六種除塵器的除塵過(guò)程
項(xiàng)目
機(jī)械力除塵器
電除塵器
過(guò)濾式除塵器
洗滌除塵器
捕
集
分
離
過(guò)
程
捕集階段作用（力）
重力
慣性力
離心力
電力
慣性碰撞攔 截
擴(kuò) 散
電力沉降
慣性碰撞
攔 截
擴(kuò) 散
分離區(qū)與作用力
流動(dòng)呆滯區(qū)重力
邊壁上超極限負(fù)荷
外筒內(nèi)壁超極限負(fù)荷
沉降極附著力
濾料層附著力
液體表面表面張力
按除塵效率的高低，可把除塵器分為高效除塵器（電除塵器、過(guò)濾式除塵器和高能文丘里洗滌器）、中效除塵器（旋風(fēng)除塵器和其他濕式除塵器）和低效除塵器（重力沉降室、慣性除塵器）三類。
此外，還按除塵器是否用水分為干式除塵器與濕式除塵器兩類。近年來(lái)，各國(guó)十分重視研究新的高效微?？刂蒲b置。現(xiàn)代除塵裝置的發(fā)展趨勢(shì)是將多種捕集機(jī)制巧妙、綜合應(yīng)用于同一除塵過(guò)程，使其效率大為提高。例如，童志權(quán)等開(kāi)發(fā)的XP系列濕式除塵裝置就綜合利用了離心力、慣性力及液滴、液膜、氣泡捕集的多種機(jī)理，使工業(yè)裝置的除塵效率均能達(dá)到99%以上，達(dá)到了電除塵器的效果。
2.1.2 除塵器的性能指標(biāo)
表示除塵器性能的指標(biāo)有下列六項(xiàng)：
1、 處理含塵氣體的量，是代表除塵器處理含塵氣體能力大小的指標(biāo)，一般用通過(guò)除塵器體的體積流量（m3/h或m3/s）表示；
2、 除塵效率；
3、 壓力損失；
4、 設(shè)備投資及運(yùn)行管理費(fèi)用；
5、 占地面積或占用空間體積；
6、 設(shè)備可靠性及使用壽命。
前三項(xiàng)屬于技術(shù)指標(biāo)，后三項(xiàng)屬于經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
2.1.3 各種除塵器簡(jiǎn)介
1、機(jī)械除塵法
機(jī)械式除塵法是一類利用重力、慣性力或離心力的作用將塵粒從氣體中分離的裝置。這類除塵法主要包括重力除塵器、慣性除塵器和旋風(fēng)除塵器等。
(1) 重力沉降器
重力除塵器又稱重力沉降室，它是利用塵粒與氣體的密度不同，通過(guò)重力作用使塵粒從氣流中自然沉降分離的除塵設(shè)備。
常見(jiàn)的重力沉降室有水平氣流沉降室、單層重力沉降室和多層重力沉降室，其基本結(jié)構(gòu)如圖2－1所示。含塵氣體由斷面較小的風(fēng)管進(jìn)入沉降室后，由于流道截面積擴(kuò)大而使氣體流動(dòng)速度大大降低，在流經(jīng)沉降使的過(guò)程中，塵粒便在重力的作用下緩慢向灰斗沉降，分離了部分塵粒的氣體從出口風(fēng)管流出，達(dá)到了初春的目的。
圖2-1 重力沉降室
重力沉降室的主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、維護(hù)管理容易、阻力小（一般在300Pa以下）。主要缺點(diǎn)是：體積龐大，除塵效率低。清灰麻煩。鑒于以上特點(diǎn)，重力沉降室主要用以捕集那些密度大，粒徑大于50μm的粗粉塵。在多級(jí)除塵系統(tǒng)中常作為高效除塵器的預(yù)除塵。
（2） 慣性除塵器
慣性除塵器是使含塵氣流沖擊在擋板上，或讓氣流方向急劇轉(zhuǎn)變，使塵粒受慣性力作用而從氣流中分離出來(lái)的一種除塵裝置。起除塵機(jī)制示于圖2-2。沖擊到擋板B1上的塵粒當(dāng)中，慣性力大的粗塵d1首先被分離下來(lái)，而被氣流帶走的塵粒（如d2，d2＜d1）由于擋板B2使氣流方向轉(zhuǎn)變，借離心力作用又被分離下來(lái)，煙氣中帶走的塵粒d3
50
<50
50～130
少
少
慣性除塵器
20～50
50～70
300～800
少
少
旋風(fēng)除塵器
5～30
60～70
800～1500
少
中
沖擊水浴除塵器
1～10
80～95
600～1200
少
中下
臥式旋風(fēng)水膜除塵器
>5
95～98
800～1200
中
中
沖擊式除塵器
>5
95
1000～1600
中
中上
文丘里除塵器
0.5～1
90～98
4000～10000
少
大
電除塵器
0.5～1
90～98
50～130
大
中
袋式除塵器
0.5～1
95～99
1000～1500
中上
大
表3－2 除塵設(shè)備的投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用
設(shè)備
投資費(fèi)用
運(yùn)行費(fèi)用
高效旋風(fēng)除塵器
100
100
袋式除塵器
250
250
電除塵器
450
150
塔式洗滌器
270
260
文丘里洗滌器
220
500
選擇除塵器時(shí)必須全面考慮有關(guān)因素，如除塵效率、壓力損失、一次投資、維修管理等，其中最主要的是除塵效率。以下問(wèn)題要特別引起注意：
1. 選用的除塵器必須滿足排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排放要求。
2. 粉塵顆粒的物理性質(zhì)對(duì)除塵器性能具有較大影響。
3. 氣體的含塵濃度。
4. 煙氣溫度和其他性質(zhì)是選擇除塵設(shè)備時(shí)必須考慮的因素。
5. 選擇除塵器時(shí)，需考慮收集粉塵的處理問(wèn)題。
6. 除塵器投資和運(yùn)行費(fèi)用。
該設(shè)計(jì)的燃煤鍋爐出來(lái)的煙氣溫度高、氣量大、一次除塵效率要達(dá)到η ≥ 97.5%、粉塵含量比較大、回收的粉塵有很大的利用價(jià)值;除此還有考慮投資和運(yùn)行費(fèi)用來(lái)選擇除塵器。
表3－3 各種除塵器技術(shù)指標(biāo)
除塵器名稱
技術(shù)指標(biāo)
η ≥ 96.2%
阻力≤1000
處理高溫
回用粉塵
投資
運(yùn)行
沖擊水浴除塵器
－
√
√
－
少
中下
臥式旋風(fēng)水膜除塵器
√
－
√
－
中
中
沖擊式除塵器
－
－
√
－
中
中上
文丘里除塵器
√
－
√
－
少
大
電除塵器
√
√
√
√
大
中
袋式除塵器
√
－
－
√
中上
大
從表3－3可以確定選用電除塵器一次投資偏大，但除塵性能好，效率高，處理氣量大，能耗低，運(yùn)行費(fèi)用少。
3.3 從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)脫硫工藝
表3－4 對(duì)幾種典型脫硫工藝綜合評(píng)價(jià)
FGD方法
項(xiàng)目
濕式石灰石/石膏法
簡(jiǎn)易石灰石/石膏法
旋轉(zhuǎn)噴霧法
爐內(nèi)噴鈣尾部增濕法
海水脫硫
電子束脫硫
適用煤種含硫/%
>1.5
>1.5
1～2
<2
<2
<5
脫硫效率/%
>90
>80
70～80
60～85
>90
80
Ca/S
1.01～1.02
1.01～1.02
1.5～2.0
2.0～3.0
－
－
占總投資/%
15～20
8～10
10～15
7左右
7～8
設(shè)備占地面積
大
較小
較大
小
大
較大
FGD方法
項(xiàng)目
濕式石灰石/石膏法
簡(jiǎn)易石灰石/石膏法
旋轉(zhuǎn)噴霧法
爐內(nèi)噴鈣尾部增濕法
海水脫硫
電子束脫硫
結(jié)垢、堵塞
有
有
有
有
無(wú)
無(wú)
灰渣狀態(tài)
濕
濕
干
干
－
干
運(yùn)行費(fèi)用
高
較高
較高
較低
較低
較高
煙氣再熱
需再熱
需再熱
不需再熱
不需再熱
需再熱
不需再熱
鈣利用率
>90
>90
40～50
35～40
－
－
推廣應(yīng)用前景
燃用高中硫鍋爐
同左（當(dāng)?shù)赜惺沂?
燃用中低硫煤鍋爐
燃用中、低硫煤鍋爐
燃用中低硫煤鍋爐
燃用高、中、低煤
脫硫副產(chǎn)品
脫硫渣為CaSO4及少量煙塵，送灰場(chǎng)堆放或制成石膏
脫硫渣為CaSO4及少量煙塵，送灰場(chǎng)堆放或制成石膏
脫硫渣為CaSO4、CaSO3、氫氧化鈣和塵的混合物
脫硫渣為CaSO4
CaSO3、CaO混合物，目前不能利用
－
脫硫副產(chǎn)品為硫酸銨和硝酸銨可直接做化肥
目前我國(guó)火電行業(yè)己經(jīng)將濕式石灰石（石膏）法作為大型火電廠采用的主要煙氣脫硫技術(shù)。因該法具有脫硫效率高、技術(shù)成熟、設(shè)備投運(yùn)率高、對(duì)煤種含硫量變化適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且我國(guó)石灰石資源豐富、價(jià)廉，多數(shù)地區(qū)石灰石品位高、質(zhì)優(yōu)。另外，脫硫渣可以綜合利用如做建筑材料、水泥緩凝劑等。加之該方法經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，造價(jià)也有了大幅度地下降，是一種在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上都比較適用于我國(guó)現(xiàn)階段火電廠發(fā)展水平的工藝。
因此，從該燃煤鍋爐煙氣的性質(zhì)和除塵脫硫要求，選用由濕式石灰石/石膏法改良、優(yōu)化后的雙循環(huán)濕式石灰石FGD工藝（DLWS）。
該工藝由德國(guó)諾爾（NOELL）公司開(kāi)發(fā)的雙循環(huán)濕式FGD工藝一個(gè)比較好的FGD技術(shù)，在美國(guó)有7800MW以上容量的機(jī)組裝有該系統(tǒng)。目前，全世界已有26000MW的機(jī)組裝了該工藝系統(tǒng)。優(yōu)化雙循環(huán)石灰石FGD系統(tǒng)與傳統(tǒng)的濕式FGD相比有以下優(yōu)點(diǎn)：1.石灰石的利用率大97％以上；2.運(yùn)行可靠，沒(méi)有備用吸收塔，可以多臺(tái)鍋爐使用一個(gè)吸收塔；3.脫硫率達(dá)90％以上，高的可達(dá)95％；4.凈化后煙氣經(jīng)冷卻塔排出而不進(jìn)煙囪；5.適合不同含硫量的煤種。
3.4 推薦方案
從上面的比較可知，采用電除塵法和優(yōu)化雙循環(huán)石灰石FGD系統(tǒng)處理該125MW燃煤機(jī)組煙氣脫硫可以達(dá)標(biāo)，并且效果良好，技術(shù)成熟，總投資屬于中等；回收的粉塵還可以作為生產(chǎn)水泥的生料，取得良好得經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。
其流程圖如下圖3-1：
圖3-1 工藝流程圖
第4章 設(shè)備設(shè)施計(jì)算過(guò)程
4.1 電除塵器的設(shè)計(jì)和調(diào)試
4.1.1 電除塵器的設(shè)計(jì)
電除塵器的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)需要處理的含塵氣體流量和凈化要求，確定集塵極面積、電場(chǎng)斷面面積、電場(chǎng)長(zhǎng)度、集塵極和電暈極的數(shù)量和尺寸等。
(1) 集塵極面積
A＝ Q ωeLn [ 1 / (1-η)]
式中 A－集塵極面積; m2 Q－處理氣體流量，m3/s; η－集塵效率；
ωe－微粒有效驅(qū)進(jìn)速度，m/s.
查表得火電廠鍋爐飛灰的有效驅(qū)進(jìn)速度為0.15m/s（平均值）而
Q＝4.55×105m3/h=126.38 m3/s;η=97.5％，則
A＝ Q ωeLn [ 1 / (1-η)]
＝126.38÷0.15× Ln[1÷(1-0.975)]
＝3108 m2
（2） 電場(chǎng)斷面面積
Ae = Q / u
式中 Ae －電場(chǎng)斷面面積，m2；Q－處理氣體流量，m3/s；u－除塵器斷面氣流速度，m/s。
取電場(chǎng)風(fēng)速u ＝1.0m/s，則
Ae = Q / u＝126.38÷1.0＝126.38 m2
（3）集塵室得通道個(gè)數(shù)
由于每?jī)蓧K集塵極之間為一通道，則集塵室的通道個(gè)數(shù)n可由下式確定：
n = Q / (bhμ)
n = Ae / (bh)
式中 b－集塵極間距，m; h－集塵極高度，m；Q－氣體流量，m3/s 。
通道寬一般為0.2～0.4m，取b=0.3m；而集塵板高取h=8.0，則通道數(shù)為：
n = Q / (bhμ)＝126.38÷（0.3×8×1.0）＝52.6取整為53個(gè)。
（4）電場(chǎng)長(zhǎng)度
L＝ A / (2n H)
式中 L－集塵極沿氣流方向的長(zhǎng)度，m。 H－電場(chǎng)高度，m。
L＝ A / (2n H)＝3108÷（2×53×8）＝14.67m
（5）工作電壓
根據(jù)實(shí)際需要，工作電壓U一般可按下式計(jì)算：
U＝ 250 b 則U＝ 250 b＝250×0.3＝75Kv
（6）工作電流
工作電流I可由集塵極的面積A與集塵極的電流密度Id的乘積計(jì)算：
I ＝A Id
式中I－工作電流，A；Id－集塵極電流密度，可取0.0005A/m 。
I ＝A Id ＝3108×0.0005＝1.554A.
4.2 吸收塔的計(jì)算與設(shè)計(jì)
4.2.1 填料選擇
塔內(nèi)填充填料的主要目的是，提供足夠大的接觸面積，促使氣液兩項(xiàng)從分接觸，對(duì)氣液流動(dòng)又不至于造成過(guò)大的阻力。它是填料塔的核心。填料塔操作性能的好壞，與所選用的填料有直接的關(guān)系。表4－1是幾種主要填料的性能與優(yōu)缺點(diǎn)。
表4－1 幾種主要填料的性能與優(yōu)缺點(diǎn)
填料
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
材料
拉西環(huán)填料
1、 形狀簡(jiǎn)單
2、 制造容易
3、 對(duì)其研究充分，計(jì)算方法成熟
1、 氣體阻力大
2、 通量小
3、 溝流和壁流現(xiàn)象嚴(yán)重
1、 陶瓷
2、 金屬
3、 塑料
鮑爾環(huán)和階梯環(huán)
1、與拉西環(huán)相比較，其氣體通過(guò)能力與體積吸收系數(shù)都有顯著提高
1、比拉西環(huán)造價(jià)貴
1、 陶瓷
2、 金屬
3、塑料
鞍形填料
1、 有較好的穩(wěn)定性，液體分布均勻，效率和空隙率較高
2、 阻力較小，不易堵塞
3、 比鮑爾環(huán)制作方便
1、易在填料層中形成局部的疊合或空架現(xiàn)象
1、 陶瓷
2、 金屬
波紋填料
1、 結(jié)構(gòu)緊湊，通道規(guī)整，氣體阻力小，比表面積較大
2、 流動(dòng)性能和傳質(zhì)性能都好
1、 清理困難
2、 造價(jià)較高
3、 不適用于容易結(jié)垢、有沉淀物、粘性大的物質(zhì)
1、 金屬
2、 陶瓷
3、 塑料
4、 玻璃鋼
由上表的比較可得，塑料鮑爾環(huán)(亂堆)查《化工原理》[1]P245表5-4得相應(yīng)的填料，其性能如下表4-2：
表4-2 塑料鮑爾環(huán)(亂堆)性能
填料
尺寸/mm
比表面積(m2/m3)
空隙率ε/(m3/m3)
堆積密度ρ(Kg/m3)
填料因子φ/m-1
塑料鮑爾環(huán)（亂堆）
25
209
0.90
72.6
107
4.2.2 吸收過(guò)程的物料衡算和操作線方程
在穩(wěn)定操作狀態(tài),可通過(guò)物料衡算確定塔中任一截面上相互接觸得氣液兩相間得濃度關(guān)系,叫操作線方程。
1、 物料衡算
具體參數(shù)如下: SO2吸收率η=80.7% , 實(shí)際煙氣量Q=9.59 m3/kg(標(biāo)況),塔內(nèi)溫度為20℃,壓強(qiáng)101.325Kpa, SO2的摩爾分?jǐn)?shù)為0.002143。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知:
單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入吸收塔氣體摩爾流量為:
進(jìn)塔氣體中SO2濃度(用摩爾比Y表示)為:
出塔氣體中SO2濃度為:
進(jìn)塔石灰石漿所含的SO2為0,故 X2 = 0 .
查《化工原理》[1]下冊(cè)p78表2-1,得SO2在20℃時(shí)得亨利系數(shù)是 0.355×104 kPa .根據(jù) m = E / P，得
m = 0.355×104/ 101.325 =35.03
由氣液平衡方程:
取下列的點(diǎn)代入方程得:
編號(hào)
1
2
3
4
5