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1、 中北大学 （朔州校区） 2012 级大气污染控制工程课程设计说明书ISG-400/140 型火电厂锅炉高硫无烟煤烟气电除尘湿式脱硫系统设计 摘要现如今火电厂数量逐渐增加，火电厂锅炉产生的烟气量也随之增多，烟气中的二氧化硫等气体若未经处理达到国家排放标准就排放，无疑会对我们的大气造成污染，危害人类及动植物的健康。因此，我们需要按照不同型号锅炉参数进行设计计算，以使烟气排放在达到国家标准的前提下尽可能的提高净化效率，使污染及危害降到最低。本次课程设计就是针对 SG-400/140 型火电厂锅炉高硫无烟煤烟气，利用电除尘湿式脱硫的方法，设计计算出最高效的除尘净化系统，以降低烟气中有害气体的排放浓度
2、，保护我们的大气环境。关键词：烟气排放，湿式脱硫，大气污染，净化中北大学 （朔州校区） 2012 级大气污染控制工程课程设计说明书目录1 引言11.1 电除尘简介.11.2 湿式石灰法脱硫简介.12 燃烧计算22.1 理论需氧量.22.2 理论空气量.22.3 理论烟气量.22.4 实际烟气量.32.5 烟尘浓度计算.32.6 SO2浓度计算33 净化系统设计方案的分析33.1 净化设备的工作原理及特点.33.1.1 电除尘器的工作原理及特点33.1.2 湿式石灰法脱硫的工作原理及特点43.2 运行参数的选择与设计.43.2.1 电除尘器运行参数的选择与设计43.2.2 湿式石灰法脱硫运行参数
3、的选择与设计43.3 净化效率的影响因素.44 尺寸计算54.1 除尘设备结构设计计算.54.2 脱硫设备结构设计计算.64.2.1 喷淋塔内流量计算64.2.2 喷淋塔径计算64.2.3 喷淋塔高度计算74.2.4 新鲜浆料的确定84.3 烟囱设计计算.84.3.1 烟囱的几何高度的计算8中北大学 （朔州校区） 2012 级大气污染控制工程课程设计说明书4.3.2 烟气释放热计算94.3.3 烟气抬升高度计算94.3.4 烟囱直径的计算94.3.5 烟囱高度校核105 阻力计算105.1 管径计算.105.2 摩擦压力损失.115.3 局部压力损失.115.4 烟囱阻力计算.125.5 系统
4、总阻力计算.126 设备选型126.1 风量的计算.126.2 风机风压的计算.136.3 电机功率的核算.137 总结14参考文献15致谢16中北大学 （朔州校区） 2012 级大气污染控制工程课程设计说明书第 0 页 共 20 页1 引言引言1.1 电除尘简介电除尘简介我国全面系统地对电除尘器技术进行研究和开发始于上个世纪60 年代。国内的研究主要分布在本质机理研究、存在问题与改造试验研究、外围辅助设备研究；而国外的研究主要包括：电场特性研究、除尘效率研究、粒子运动研究和模拟方法研究。并指出采用数据融合的技术来研究电除尘器的思路。电除尘器是火力发电厂必备的配套设备，它的功能是将燃灶或燃油锅
5、炉排放烟气中的颗粒烟尘加以清除，从而大幅度降低排入大气层中的烟尘量，这是改善环境污染，提高空气质量的重要环保设备。 在收集细粉尘的场合，电除尘器是主要的除尘装置之一。电除尘器是含尘气体在通过高压电厂进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒趁机在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。电除尘过程与其他除尘过程的根本区别在于，分离离直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上，这就决定了它具有分离粒子耗能小，气流阻力也小的特点。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以即使对亚微米级的粒子也能有效的捕集。电除尘器主要由电晕电极、集尘极、高压供电设备、气流分布板等组成。电除尘器的工
6、作原理涉及悬浮粒子荷电，带电离子在电厂内迁移和捕集，以及将捕集物从集尘表面上清除三个基本过程。在正负离子运行中,电晕区里的粉尘带正电荷,移向电晕极,因此,电晕极也会不断积灰,只不过量较小。收集到的粉尘通过振打装置使其跌落,聚集到下部的灰斗中由排灰电机排出,使气体得到净化。1.2 湿式石灰法脱硫简介湿式石灰法脱硫简介湿式石灰法脱硫是采用石灰石或者石灰浆液脱除烟气中SO2的方法。该方法开发较早，工艺成熟，吸收廉价易得，因而应用广泛。且具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题 。日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用
7、此工艺。中北大学 （朔州校区） 2012 级大气污染控制工程课程设计说明书第 1 页 共 20 页它的工作简介是：将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95% 。2 燃烧计算燃烧计算以 1kg 煤燃烧
8、为基础，则表 1 燃烧成分表重量/g摩尔数/mol需 O2量/mol生成物生成物量/molC67055.855.8CO255.8H23235.75H2O11.5O130S351.11.1SO21.1N151.1N20.55H2O452.52.1 理论需氧量理论需氧量 （式kgmolnO/65.621 . 175. 58 .55 22.1） 2.2 理论空气量理论空气量（式kgmoln/47.29965.6278. 4理论空气2.2） 中北大学 （朔州校区） 2012 级大气污染控制工程课程设计说明书第 2 页 共 20 页2.3 理论烟气量理论烟气量理论空气量条件下烟气组成（mol）为：CO2
9、:55.8 H2O:145 . 25 .11SO2:1.1 N2:37.23778. 365.6255. 0理论烟气量为：（式kgmolVfg/27.30837.2371 . 1148 .5502.3） 2.4 实际烟气量实际烟气量（式kgmkgmolnVVfgfg/25. 9/1 .41347.29935. 027.380) 1(30理论空气2.4） 160时，烟气量为C（式kgmVfg/67.1425. 927316027332.5） 烟气流量 （式smhQN/1 .167/m60147010004167.1433 N2.6） 2.5 烟尘浓度计算烟尘浓度计算已知飞灰率为：3O.7%（式3
10、/3 . 267.14%7 .30110mgVmfgA A2.7） 2.6 SO2浓度计算浓度计算 （式33/4800/8 . 467.14641 . 122mmgmgVmfgSO SO2.8） 中北大学 （朔州校区） 2012 级大气污染控制工程课程设计说明书第 3 页 共 20 页3 净化系统设计方案的分析净化系统设计方案的分析3.1 净化设备的工作原理及特点净化设备的工作原理及特点3.1.1 电除尘器的工作原理及特点原理：电除尘器的工作原理涉及悬浮粒子荷电，带电离子在电厂内迁移和捕集，以及将捕集物从集尘表面上清除三个基本过程。在正负离子运行中,电晕区里的粉尘带正电荷,移向电晕极,因此,电
11、晕极也会不断积灰,只不过量较小。收集到的粉尘通过振打装置使其跌落,聚集到下部的灰斗中由排灰电机排出,使气体得到净化。（1） 特点：电除尘过程与其他除尘过程的根本区别在于，分离离直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上，这就决定了它具有分离粒子耗能小，气流阻力也小的特点。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以即使对亚微米级的粒子也能有效的捕集。3.1.2 湿式石灰法脱硫的工作原理及特点（1） 原理：采用石灰/石灰石浆液吸收烟气中的，分为吸收和氧化两个阶段。2SO先吸收生成的亚硫酸钙：石灰石：32232211 22CaCOSOH OCaSOH OCO:石灰：OHCaSOOHSOCaO23225 .
12、 05 . 0然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙。（2） 特点：有多种因素影响到吸收洗涤塔的长期可靠运行：设备腐蚀、结垢和堵塞、除雾器堵塞、脱硫剂的利用率、脱硫产物及综合利用等。3.2 运行参数的选择与设计运行参数的选择与设计3.2.1 电除尘器运行参数的选择与设计多孔板通常采用厚度为 33.5mm 间的钢板，开孔率（开孔面积与板总面积之比）一般为 25%50%之间，孔径为 3050mm 间，分布板层数为 23 层;板式除尘器两平行集尘板板间距离一般为 200400mm，极板高度为 1015m，极板的长度为 1020m；通常高压供电设备的输出峰值电压为 70100kv，电流为1002000mA；气体含
13、尘浓度超过 30时，宜加设与净化设备；集尘极内平均3g m中北大学 （朔州校区） 2012 级大气污染控制工程课程设计说明书第 4 页 共 20 页流速为 1.02.0m；比集尘极表面积一般为 3002400；集尘板长23(1000min)mm高比至少为 1.01.5。3.2.2 湿式石灰法脱硫运行参数的选择与设计再热烟气温度大于 75，烟气流速在 15m/s，浆液 Ph 大于 9，石灰/石灰石0C浆质量浓度在 10%15%之间，液气比在 825，气液反应时间 35s，气流3L m速度为 3.0m/s，喷嘴出口流速 10m/s，喷淋效率覆盖率 200%300%，脱硫石膏含水率为 40%60%，
14、一般喷淋层为 36 层，烟气中体积分数为 4000/，脱硫系2SO610统阻力在 25003000Pa。3.3 净化效率的影响因素净化效率的影响因素（1） 电除尘器净化效率的影响因素：气流分布的影响、气体含尘量、粉尘的比电阻、气流速度、电气参数、清灰等。（2） 湿式石灰法脱硫净化效率的影响因素：浆液 pH、石灰石粒度、液气比、钙硫比等。4 尺寸计算尺寸计算4.1 除尘设备结构设计计算除尘设备结构设计计算(1) 除尘效率的计算：= （式21(1) 100%C C%2 .90%1002300225-1）（4.1） (2) 集尘极的比集尘面积：（式)/(2 .23)902. 011ln(1 . 0
15、1)11ln(132smmf4.2） （3） 集尘板总面积：（式27 .38762 .231 .167mQfA中北大学 （朔州校区） 2012 级大气污染控制工程课程设计说明书第 5 页 共 20 页4.3） 考虑因处理气体量，浓度，压力的波动和供电系统的可靠性等因素影响，参照实际生产情况，取富裕系数 m=1.52.0。（4） 实际需要的集尘板面积为：（式7753.45815.07 .3876)0 . 25 . 1 ()0 . 25 . 1 (AA4.4） 取=7500A2m（5） 实际集尘板的比集尘面积为：（式)/(9 .411 .167750032 smmQAf4.5） （6） 电除尘器有效截面积：取气流速度1.5/vm sF=111.4m （式vQ 5 . 11 .16724.6） （7） 集尘板高度为：h=10.55m （式F4 .1114.7） 对于板卧式电除尘器而言，其电场断面接近正方形，一边气流与断面均匀分布。所以，集尘极极板宽度取 10.55m。（
