450MW燃煤電廠煙氣除塵脫硫工程設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】

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摘要 本設(shè)計(jì)針對(duì)燃煤廢氣的性質(zhì)，采用電除塵，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）來(lái)脫硫。電除塵技術(shù)比較成熟，具有除塵效率高，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)量小。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：石灰石的利用率大97％以上，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。是比較好的一種脫硫技術(shù)，適合中大型電廠。 關(guān)鍵詞：二氧化硫 燃煤廢氣 電除塵 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） Abstract The design for the nature of coal-fired emissions, using ESP, selected by the wet limestone / gypsum improved optimization of the two-cycle wet limestone FGD technology (DLWS) to desulfurization. ESP technology more mature, dust with high efficiency, stable operation, maintain a small amount. Wet limestone / gypsum improved optimization of the two-cycle wet limestone FGD technology: the utilization of the limestone over 97%, reliable operation, no backup absorber, you can use a boiler absorber; desulfurization rate of more than 90 percent, high Of up to 95%; purified gas from the cooling tower instead of into the chimney. Is a relatively good desulfurization technology for medium and large power plant. Key words: sulphur dioxide ，emissions, ESP ，coal dust wet limestone / gypsum improved optimization of the two-cycle wet limestone FGD technology (DLWS) 目錄 設(shè)計(jì)總說(shuō)明 I 1 緒論 1 2 煙氣除塵脫硫的工藝及技術(shù)的介紹 3 2.1 廢氣脫硫的工藝方法 3 2.1.1濕式石灰石/石膏煙氣脫硫 3 2.1.2 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫 3 2.1.3 簡(jiǎn)易濕式石灰石/石膏法煙氣脫硫 5 2.1.4 海水煙氣脫硫 5 2.1.5 電子束法煙氣脫硫技術(shù) 5 2.1.6 煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù) 5 2.2 廢氣除塵方法 6 2.2.1 除塵器的分類(lèi) 6 2.2.2 除塵器的性能指標(biāo) 7 2.2.3 除塵器的壓力損失 7 2.2.4 各種除塵器的介紹 8 3 煙氣除塵脫硫工藝綜合評(píng)價(jià)與推薦方案 13 3.1 計(jì)算鍋爐的蒸發(fā)量、煙氣量、組成和物料衡算 13 3.1.1 鍋爐燃煤量 13 3.1.2 確定煙氣除塵脫硫工藝并進(jìn)行物料衡算 14 3.2 從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)除塵器 16 3.3 從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)脫硫工藝 18 3.4 選擇方案 19 4 設(shè)備設(shè)施結(jié)構(gòu)計(jì)算 21 4.1 電除塵的設(shè)計(jì)與計(jì)算 21 4.1.1電除塵器的設(shè)計(jì) 21 4.2 填料塔的設(shè)計(jì) 22 4.2.1 填料選擇 22 4.2.2 吸收過(guò)程的物料衡算和操作線方程 24 4.2.3 封頭的設(shè)計(jì) 29 4.2.4 填料塔總高度的確定 30 4.2.5 填料塔的附屬結(jié)構(gòu) 30 4.3 管道的計(jì)算 33 4.3.1水管的計(jì)算 33 4.3.2 氣管的計(jì)算 34 4.4 泵與風(fēng)機(jī)的選擇 34 4.4.1 泵的選擇 34 4.4.2風(fēng)機(jī)的選擇 35 4.5 廢水處理 35 5 車(chē)間的布置 36 6 基本要求 37 7 工程投資及運(yùn)行費(fèi)用的概算 39 7.1 工程投資的概算 39 7.2 運(yùn)行費(fèi)用的估算 41 8 總結(jié) 42 參考文獻(xiàn) 43 致謝 44 44 1 緒論 我國(guó)排放的二氧化硫已連續(xù)多年超過(guò)2000萬(wàn)噸，居世界首位?；痣姀S的二氧化硫排放占整個(gè)二氧化硫排放量的比重相當(dāng)高。據(jù)統(tǒng)計(jì)燃煤工業(yè)鍋爐的二氧化硫排放量占全國(guó)二氧化硫排放量達(dá)到40%左右。我國(guó)酸雨和二氧化硫污染嚴(yán)重，酸雨面積已經(jīng)占國(guó)土面積的30%。同時(shí)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)決定了控制燃煤二氧化硫的排放是我國(guó)控制二氧化硫污染的重點(diǎn)，目前燃煤鍋爐在用的脫硫除塵技術(shù)已涉及到很多種工藝，各種工藝在運(yùn)行過(guò)程中所具有的減排特性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等都存在較大的差別。調(diào)查了解掌握國(guó)內(nèi)外目前主要的在用脫硫技術(shù)性能和生產(chǎn)使用情況。 為落實(shí)“十一五”規(guī)劃綱要提出的二氧化硫排放總量削減10％的目標(biāo)，推動(dòng)現(xiàn)有燃煤電廠煙氣脫硫工程建設(shè)，國(guó)家發(fā)改委會(huì)同國(guó)家環(huán)?？偩纸沼“l(fā)了《現(xiàn)有燃煤電廠二氧化硫治理“十一五”規(guī)劃》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“規(guī)劃”)。“規(guī)劃”在分析我國(guó)燃煤電廠二氧化硫治理現(xiàn)狀、面臨的形勢(shì)與任務(wù)的基礎(chǔ)上，提出了現(xiàn)有燃煤電廠二氧化硫治理的指導(dǎo)思想、原則和主要目標(biāo)，并提出了重點(diǎn)項(xiàng)目及保障措施。? “規(guī)劃”提出，“十一五”期間，現(xiàn)有燃煤電廠需安裝煙氣脫硫設(shè)施1.37億千瓦，共221個(gè)項(xiàng)目，可形成二氧化硫減排能力約490萬(wàn)噸。加上淘汰落后、燃用低硫煤、節(jié)能降耗等措施，到2010年，現(xiàn)有燃煤電廠二氧化硫排放總量將由2005年的1300萬(wàn)噸下降到502萬(wàn)噸，下降61.4％?！耙?guī)劃”的實(shí)施，對(duì)實(shí)現(xiàn)“十一五”時(shí)期全國(guó)二氧化硫排放總量削減10％的約束性目標(biāo)和改善全國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量將起決定性作用。?? 為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，“規(guī)劃”提出以下保障措施。一是完善二氧化硫總量控制制度，依據(jù)《大氣污染防治法》和“公開(kāi)、公平、公正”的原則核定企事業(yè)單位二氧化硫排放總量、核發(fā)許可證，進(jìn)一步完善二氧化硫總量控制制度；二是強(qiáng)化政策引導(dǎo)，完善電價(jià)形成機(jī)制，研究和逐步實(shí)施根據(jù)燃煤機(jī)組脫硫改造的實(shí)際投資和運(yùn)行成本核定脫硫電價(jià)。鼓勵(lì)安裝煙氣脫硫裝置的機(jī)組優(yōu)先上網(wǎng)，優(yōu)先保障上網(wǎng)電量。二氧化硫排污費(fèi)優(yōu)先用于現(xiàn)有燃煤電廠二氧化硫治理。對(duì)脫硫關(guān)鍵設(shè)備和脫硫副產(chǎn)品綜合利用繼續(xù)給予減免稅優(yōu)惠；三是加快脫硫產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，加大對(duì)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)煙氣脫硫技術(shù)和設(shè)備產(chǎn)業(yè)化的扶持力度，加快煙氣脫硫新技術(shù)、新工藝的研發(fā)和示范試點(diǎn)，推動(dòng)煙氣脫硫副產(chǎn)品綜合利用，繼續(xù)整頓煙氣脫硫市場(chǎng)；四是充分發(fā)揮政府、行業(yè)組織和企業(yè)的作用。?? 國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家環(huán)?？偩指鶕?jù)“規(guī)劃”，將每年公布需安裝煙氣脫硫設(shè)施的電廠名單、重點(diǎn)項(xiàng)目及完成情況，接受社會(huì)監(jiān)督。同時(shí)，將加快制訂煙氣脫硫設(shè)施建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)技術(shù)規(guī)范，開(kāi)展煙氣脫硫特許經(jīng)營(yíng)試點(diǎn)，加大對(duì)已投運(yùn)煙氣脫硫設(shè)施運(yùn)行的監(jiān)管，對(duì)非正常停運(yùn)煙氣脫硫設(shè)施的將加大處罰力度。 本設(shè)計(jì)是介紹450WM燃煤電廠的煙氣除塵脫硫方案及工程設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要對(duì)650t/h燃煤鍋爐煙氣除塵脫硫技術(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。 2 煙氣除塵脫硫的工藝及技術(shù)的介紹 2.1 廢氣脫硫的工藝方法 近年來(lái)，我國(guó)的脫硫工作有了很大進(jìn)展，在自主研究、自我開(kāi)發(fā)的同時(shí)，引進(jìn)了幾套較成熟的脫硫設(shè)備，主要有濕式石灰石/石膏法、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、LIFAC法、簡(jiǎn)易濕法、海水脫硫、電子束脫硫及循環(huán)流化床燃媒技術(shù)等。 2.1.1濕式石灰石/石膏煙氣脫硫 濕式石灰石/石膏法是將石灰石粉制成漿液，在吸收裝置中將煙氣中的SO2脫除而副產(chǎn)石膏的方法。該方法是目前應(yīng)用最廣的一種煙氣脫硫（FGD）方法，占濕法煙氣脫硫的70％以上。其脫硫率高，可達(dá)95％以上，運(yùn)行可靠，技術(shù)最為成熟，可適用于高、中、低硫煤。但它最大的缺點(diǎn)是設(shè)備龐大，占地面積大，投資和運(yùn)行費(fèi)用高。 石灰、石灰石的粉料被直接噴入鍋爐爐膛內(nèi)的高溫區(qū)，被煅燒成氧化鈣，煙氣中的二氧化硫即二氧化硫反應(yīng)而被吸收。由于煙氣中氧的存在，在吸收進(jìn)行的同時(shí)，還會(huì)有氧化反應(yīng)發(fā)生。由于噴射的石灰石在爐膛內(nèi)停留時(shí)間很短，因此在這段時(shí)間內(nèi)因完成煅燒、吸附、氧化的反應(yīng)，主要包含如下的反應(yīng)： CaCO3 CaO +CO2 CaO+SO2+1/2O2 CaSO4 采用白云石（CaCO3.MgCO3）或當(dāng)石灰石中含有MgCO3時(shí)，還會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)： CaCO3 CaO+CO2 SO2+ 1/2O2+MgO MgSO4 2.1.2 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫 此工藝稱(chēng)半干法FGD工藝，其基本工藝路線是將石灰制成一定濃度的漿液供給脫硫塔，在脫硫塔中由高速旋轉(zhuǎn)的噴霧裝置將漿液霧化成100μm以下的微滴，同時(shí)與含SO2的熱煙氣接觸，在霧滴干燥的同時(shí)，完成對(duì)SO2的吸收。經(jīng)除塵分離煙氣排放，脫硫渣循環(huán)適用。 發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)： SO2 + H2O H+ + HSO3- HSO3 H+ + SO3 Ca2+ + SO32- CaSO3 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，設(shè)備少，占地少，不許對(duì)脫硫產(chǎn)品進(jìn)行二次處理，沒(méi)有廢水排放，脫硫后的煙氣不需要二次加熱，因而運(yùn)行費(fèi)用低。該法適用于燃用中、低硫煤鍋爐的煙氣脫硫。 爐內(nèi)噴鈣尾部增濕脫硫（LIFCA）技術(shù)： 由芬蘭Tampella公司和IVO公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的LIFAC脫硫工藝是爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)上，在尾部煙道加裝了增濕活化器，在活化器中，噴入的水霧與煙氣中的末反應(yīng)的氧化鈣顆粒反應(yīng)，生成活性更高的氫氧化鈣，對(duì)SO2進(jìn)一步吸收，總脫硫率可達(dá)70％～80％。 工藝原理： 第一階段： CaCO3 CaO + CO2 鍋爐煙氣中SO3和部分SO2與CAO反應(yīng)生成硫酸鈣 CaO + SO2 + 1/2O2 CaSO4 CaO + SO3 CaSO4 第二階段： CaO + H2O Ca(OH)2 Ca(OH)2 + SO2 CaSO3 + H2O CaSO3 + 1/2O2 CaSO4 LIFAC工藝適用于燃用中、低硫煤鍋爐的煙氣脫硫，投資比濕法FGD少，占地面積小，特別適合于老廠改造。由于屬干法FGD技術(shù)，因此沒(méi)有廢水排放，煙氣也不需要二次加熱，因此運(yùn)行費(fèi)用低。但脫硫率較低，鈣硫比高，吸收劑利用率低，這是該法的主要缺點(diǎn)。 2.1.3 簡(jiǎn)易濕式石灰石/石膏法煙氣脫硫 簡(jiǎn)易濕式石灰石/石膏法煙氣脫硫的原理與濕式石灰石石膏法脫硫原理相同，只是吸收塔為水平放置，空塔氣速較高，煙氣與吸收劑漿液垂直接觸完成脫硫。之所以稱(chēng)之為簡(jiǎn)易法式因?yàn)樗幚淼臒煔饬恐徽既繜煔饬康?0％以下，處理后的煙氣與未處理的熱煙氣在進(jìn)入煙囪前混合，使煙氣溫度升至露點(diǎn)以上在排放，省去了煙氣再加熱系統(tǒng)，節(jié)省了投資水平塔本身脫硫率可達(dá)95％以上，但由此混入未處理的熱煙氣后排放，使總的脫硫率超過(guò)80％。 2.1.4 海水煙氣脫硫 海水煙氣脫硫是利用海水中固有的堿度吸收中和煙氣中的SO2，吸收過(guò)SO2的海水，經(jīng)海水恢復(fù)系統(tǒng)處理之后排入大海。 海水脫硫投資省、運(yùn)行費(fèi)用低。缺點(diǎn)是占地面積大，系統(tǒng)存在腐蝕問(wèn)題。 2.1.5 電子束法煙氣脫硫技術(shù) 電子束法煙氣脫硫技術(shù)最早由日本荏原制作所于1971年開(kāi)始研究，倒了20世紀(jì)80年代逐步工業(yè)化。該法是利用電子加速器產(chǎn)生的等離子體氧化煙氣中的SO2和NOx，同時(shí)與噴入的水和氨反應(yīng)，生成硫銨和硝銨、脫氮的目的。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速率快，在一個(gè)裝置內(nèi)同時(shí)脫硫、脫氮、副產(chǎn)肥料，實(shí)現(xiàn)了廢物資源化，沒(méi)有廢水排放。該工藝適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是控制系統(tǒng)復(fù)雜，要求嚴(yán)格，能耗高。 2.1.6 煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù) 煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù)是把固體流態(tài)化技術(shù)引入到FGD工藝中的一項(xiàng)新技術(shù)，在20世紀(jì)80年代以后有了很大發(fā)展。煙氣循環(huán)流化床是采用含濕量為3％～5％的石灰粉作為脫硫劑，在流化床中與高速流動(dòng)的煙氣接觸完成脫硫。在流化床尾部除下來(lái)的吸收劑經(jīng)增濕后循環(huán)適用，以提高吸收劑的利用率。 煙氣循環(huán)流化床脫硫技術(shù)發(fā)展很快，已出現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)形式的裝置，在鈣硫比為1.1～1.5的情況下脫硫率可達(dá)80％～90％。煙氣循環(huán)流化床工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，占地面積小，投資和運(yùn)行費(fèi)用低，無(wú)廢水排放，是一種較好的干法脫硫工藝。 2.2 廢氣除塵方法 2.2.1 除塵器的分類(lèi) 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(lèi)。 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(zhuān)用于氣體除塵時(shí)，也稱(chēng)濕式除塵器。 上述四類(lèi)六種除塵器示于表2-1 ，表中分離區(qū)指除塵器內(nèi)粉塵最后從含塵氣體中分離出來(lái)的空間，簡(jiǎn)圖中的虛線指示出分離界面。 表2-1 四大類(lèi)六種除塵齊的除塵過(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(lèi)。 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(lèi)。近年來(lái)，各國(guó)十分重視研究新的高效微?？刂蒲b置?，F(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。 2.2.2 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)。 2.2.3 除塵器的壓力損失 除塵器的壓力損失△p（又稱(chēng)阻力）是氣體流經(jīng)除塵器時(shí)所消耗的總機(jī)械能。流體的總機(jī)械能包括勢(shì)能與動(dòng)能，而勢(shì)能又由位能和壓能兩項(xiàng)組成。在除塵器內(nèi)，由于高度變化不大，氣體的重度較小，位能一般可忽略不計(jì)。因此，總機(jī)械能e可用壓能p和動(dòng)能ρυ2/2之和表示，即 e=p+ρυ2/2 在除塵技術(shù)中，習(xí)慣以靜壓代表壓能，以動(dòng)壓代表動(dòng)能，兩者之和稱(chēng)為全壓，代表總機(jī)械能。因此，除塵器的壓力損失一般用除塵器進(jìn)，出口斷面上齊魯平均全壓之差 △p（Pa）表示。 除塵裝置的阻力主要和流速、流動(dòng)狀態(tài)、流體性質(zhì)、流道大小及形狀等因素有關(guān)。不同類(lèi)型除塵器的阻力計(jì)算式是不同的，后面將分別介紹。由于通風(fēng)機(jī)所耗功率與除塵器的阻力成正比，所以總希望其值小些。 2.2.4 各種除塵器的介紹 1 重力沉降室 結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，含塵氣流進(jìn)入后，粉塵借本身重力作用向底部自然沉降。要使具有沉降速度為vs的塵粒在沉降室內(nèi)全部沉降下來(lái)，必須使氣流通過(guò)沉降室的時(shí)間L/v大于或等于塵粒從頂部沉降到底部灰斗所需的時(shí)間H/v，即 式中 L——除塵室長(zhǎng)度，m； H——沉降室高度，m； v——沉降室內(nèi)氣流的水平運(yùn)動(dòng)速度，m/s。 當(dāng)沉降室的實(shí)際高度H大于粉塵的沉降高度h（=vsτ）時(shí)，可用h/H表示沉降室的分級(jí)效率 重力沉降室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，性能穩(wěn)定可靠，維修管理容易，壓力損失?。?0～150Pa），但設(shè)備龐大，效率低。適用于凈化密度大]顆粒粗、磨損強(qiáng)的粉塵。設(shè)計(jì)好時(shí)能捕集40～50μm以上塵粒，不宜于捕集20μm以下塵粒。常用作多級(jí)凈化系統(tǒng)的第一級(jí)粗凈化。 ㈡ 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2-3。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d350 <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3－2.2 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(mǎn)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 ≥ 96.2%、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[4-5]。 表3－2.3 各種除塵器的性能對(duì)比 除塵器名稱(chēng) 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3－2.3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3－3.1 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 同左 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 無(wú) 脫硫副產(chǎn)品為硫酸銨和硝酸銨可直接做化肥 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。 3.4 選擇方案 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200t/h燃煤鍋爐煙氣脫硫可以達(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3－5 方案流程圖 1.14－煙氣；2－電除塵器；3－引風(fēng)機(jī)；4－吸熱器；5－粉塵儲(chǔ)存器；6－吸收塔；7－預(yù)洗段（下段）循環(huán)泵；8－吸收段加料槽；9－吸收段（上段）循環(huán)泵；10－石灰石；11－噴霧器水；12－空氣壓縮機(jī)；13－氧化空氣；15－漿液泵；16－過(guò)濾器；17－離心分離器；18－石膏；19－濾液；20－凈化煙花出口。 4 設(shè)備設(shè)施結(jié)構(gòu)計(jì)算 4.1電除塵的設(shè)計(jì)與計(jì)算 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 / Vd Ln [ 1 / (1-η)] [7] 式中 A－集塵極面積; m2 Q－處理氣體流量，m3/s; η－集塵效率； Vd －微粒有效趨進(jìn)速度，m/s. 查表得鍋爐飛灰的有效驅(qū)進(jìn)速度為0.1m/s（平均值）而Q＝883000 m3/h=245.3m3/s;η=96.2％，則 A＝ Q / Vd Ln [ 1 / (1-η)]＝245.3÷0.1× Ln【1÷(1-0.962)】 ＝8022 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(mài) ＝1.0m/s，則 Ae = Q / u＝245.3÷1.0＝245.3m2 （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0.1～0.3m，取b=0.15m；而集塵板高取h=4.0，則通道數(shù)為： n = Q / (bhμ)＝245.3÷（0.15×4×1.0）＝408.8取409 （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)＝8022÷（2×13×4）＝77m (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＝250×0.15＝37.5Kv （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 ＝8022×0.0005＝4A. 4.2 填料塔的設(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4－2.1是幾種主要填料的性能與優(yōu)缺點(diǎn)。 表4－2.1 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 1、 金屬 2、 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<大氣污染治理工程>P209表9-6得相應(yīng)的填料，其性能如下： 表4－2.2 填料的性能 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） 38 130 0.91 67.7 105 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=82.6% , 實(shí)際煙氣量Q=8.31 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0.001428. 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: Y2 X2 進(jìn)塔氣體中SO2濃度(用摩爾比Y表示)為: m n 出塔氣體中SO2濃度為: Y1 X1 進(jìn)塔石灰石漿所含的SO2為0,故 X2 = 0 . 圖4－1 查<化工原理>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[3]，得 m = 0.355×104 / 101.325 =3.503 由氣液平衡方程: 取下列的點(diǎn)代入方程得: 表4－2.3 坐標(biāo)數(shù)據(jù) 編號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 X 0.0000 0.0005 0.0001 000015 0.00020 0.00025 0.00030 0.00040 0.00050 Y* 0.0000 0.000175 0.00035 0.000526 0.000701 0.000876 0.001052 0.001403 0.001754 按照已知的平衡關(guān)系式,在Y-X直角坐標(biāo)系中繪出平衡曲線OE,與Y=Y1相交于點(diǎn)B*,過(guò)點(diǎn)B*作X軸的垂線,交X軸于點(diǎn)X1*. 圖4－2 平衡曲線 從圖中可以得知 X1* =0.0003569 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐,一般情況下取吸收劑用量為最小吸收劑用量的1.1~2.0倍;取1.5Lmin,得 吸收液濃度可依全塔物料衡算式求出: ② 計(jì)算塔徑與核算液體噴淋密度 表4－2.4 爐氣的平均分子量為(實(shí)際煙氣量為8.31 m3/kg,標(biāo)況下) 名稱(chēng) CO2 SO2 H2O N2 過(guò)?？諝? 分子量g/mol 44 64 18 28 29 摩爾數(shù)mol/kg 54.75 0.53 21 235.22 59.55 煙氣的摩爾數(shù)為: 8.31 m3/kg×1000l/ m3÷22.4l/mol =371mol/kg. 所以爐氣的平均分子量為: 入爐氣體流量為: 爐氣的質(zhì)量流量: 爐氣的密度: 石灰石漿的密度: Ca/S為1.01,則CaCO3的理論用量為: 實(shí)際用量取1.3倍的理論用量,為1.3×46887.3×100×10-3 =6095.3kg/h 在該用量CaCO3的石灰石漿的密度:ρl=1001.3kg/ m3. 則: 由<有害氣體控制工程>P56埃克特通用關(guān)聯(lián)圖中查得亂堆填料泛點(diǎn)線可查出,橫坐標(biāo)為0.0982,縱坐標(biāo)為0.143;由手冊(cè)查得塑料鮑爾環(huán)(亂堆)尺寸為25mm的填料因子ф=105m-1 .石灰石漿的粘度為μl=1mN.s/m2[6],故μf 為: m/s (2)求μ 已知 μ= 75%μf 則: μ= 75%×3.27=2.45 m/s 塔徑為: (m), 圓整為D=11.7m . ③ 核算液體噴淋密度 因填料尺寸小于75mm,取(Lw)min=0.08m3/(m.h) 又由手冊(cè)中查出該填料的比表面積σ=130m2/ m3 則: m3/(m2.h) 操作條件下的噴淋密度U: m3/(m2.h) 計(jì)算可知: U > Umin ④ 填料層高度的計(jì)算 填料層高度=傳質(zhì)單元高度×傳質(zhì)單元數(shù) 即 h=HOL×NOL （1）求傳質(zhì)單元數(shù) 采用梯級(jí)圖解法來(lái)計(jì)算NOL 。在Y-X直角坐標(biāo)系中標(biāo)繪出操作線BT與平衡線OE，在BT線上選若干點(diǎn)，向OE線作表示該點(diǎn)推動(dòng)力Y-Y*的垂線，連接這些垂線的中點(diǎn)得曲線MN。從表示塔頂?shù)肨點(diǎn)出發(fā)，作水平線交MN于F點(diǎn)，延長(zhǎng)TF致F`，使TF=FF`,過(guò)F`點(diǎn)作垂線交BT于A點(diǎn)，梯級(jí)TF`A代表一個(gè)傳質(zhì)單元。繼續(xù)從A點(diǎn)出發(fā)按上述方法，畫(huà)出梯級(jí)，直到達(dá)到或超過(guò)塔底端點(diǎn)B為止，所畫(huà)出得梯級(jí)數(shù)即為傳質(zhì)單元數(shù)。作圖如下： 圖4－3 梯級(jí)圖 由圖可見(jiàn)，達(dá)到B點(diǎn)得梯級(jí)數(shù)約為16個(gè) 即NOG ＝16 （2）求傳質(zhì)單元高度 因?yàn)槎趸虻脻舛群艿停梢愿鶕?jù)《化工原理》下冊(cè)式2－80算出kGa和kLa 再根據(jù)式： 算出KGa ,再根據(jù)式 Kya=KGa ×P算出Kya 。 氣體得質(zhì)量速度： 液體的質(zhì)量速度： 由 得 H=0.157 ＝3.5Kmol/(m3.s) Kya =× P＝3.5×10132.5＝35464kmol/(m3.s) 則傳質(zhì)單元高度為： （3）欲求氣體通過(guò)每米填料層的壓降時(shí)，可將操作氣速代入，求出縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的交點(diǎn)，由圖上讀交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓降線，即得氣流通過(guò)每米填料層壓降ΔP. 其中，u=2.45 m/s，填料因子φ＝105/m，ul=1.0Pa.S,Ψ=1.0,ρg=1.25kg/ m3 ρL=1001.3 kg/ m3 ,則，為橫坐標(biāo) ，縱坐標(biāo)為，在《化工原理》第二版p209圖5－26上由縱坐標(biāo)為0.0802，橫坐標(biāo)為0.0982，確定之交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)得壓降線仍為1000Pa/m[1]。采用塑料鮑爾環(huán)為填料也是合理的。 4.2.3 封頭的設(shè)計(jì) 填料塔的封頭有兩個(gè)，查得： 表4－2.5 封頭尺寸 公稱(chēng)直徑 D/mm 曲面高度 H 直邊高度 h 壁厚S 重量Q（公斤） 11700 2600 40 10 1200 圖4－4 封頭 4.2.4 填料塔總高度的確定 其中：H1－氣體進(jìn)口到封口頂?shù)母叨龋?2000mm H2－下封頭的高度，2640mm H3－除膜部分高度，200mm H4－填料層高度，4000mm H5－液體噴淋部分高度300mm H6－氣體出口加安裝除霧器部分高度1000mm H7－上口排放煙氣高度，750mm H8－液體出口到下封口頂高度150mm. 則 H＝12000+2640+200+4000+1000+300+750＋150＝21040mm 4.2.5 填料塔的附屬結(jié)構(gòu) ㈠ 填料支承板 填料支承板起支承填料的作用，根據(jù)算得的塔徑可以確定支承板的直徑，本設(shè)計(jì)采用豎扁鋼制成的柵板型式，扁鋼條之間的間距宜為填料外徑的0.6～0.8倍。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，支承板上流體通過(guò)的自由截面積應(yīng)為塔截面的50％以上，要有足夠的強(qiáng)度支承填料，選擇的材料要有抗腐蝕性[3]。簡(jiǎn)圖如下： 圖4－5 支承板 2 氣體的分布裝置 噴淋裝置主要的作用時(shí)填料塔操作時(shí)，從塔頂引入的液體能沿整個(gè)塔截面均勻地分布進(jìn)料填料層如液體分布不良將影響到傳質(zhì)效果。下面列出三種常見(jiàn)的液體分布器。 表4－2.7 常見(jiàn)的液體分布器的特點(diǎn) 分布器 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 適用范圍 管式噴淋器 1、 彎管式和缺口式一般只用于塔徑在300mm以下的小塔 2、 多孔直管式適用于直徑600mm以下的塔 3、 多孔盆管適用于直徑在1.2m以下的塔 蓮蓬式噴灑器 1、 制造、安裝簡(jiǎn)單 2、 噴灑比較均勻 1、 小孔易堵塞 2、 液體的噴灑范圍與壓頭密切有關(guān) 1、一般用于直徑為600mm以下的塔 盆式噴灑器 1、此類(lèi)分布器適用于直徑800mm以上的塔 由以上比較可得，應(yīng)用盆式噴灑器。其簡(jiǎn)圖如下 圖4－6 盆式噴灑器簡(jiǎn)圖 3 氣體分布器 氣體分布器的作用是填料塔的氣體進(jìn)口裝置應(yīng)能防止液體流體流入氣體管，同時(shí)還能使氣體分布均勻。其簡(jiǎn)圖如下： 圖4－7 氣體分布器 4 液體再分布器 液體再分布器是用來(lái)改善液體在填料