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1、大气污染控制工程课程设计一 绪论1.1设计内容燃煤采暖锅炉房烟气脱硫系统设计，设计计算、工艺流程及绘制相关工程图等。1.2 设计原则1.根据锅炉容量、燃煤煤质（特别是折算硫分）、二氧化硫控制规划和环评 要求的脱硫效率、脱硫剂的供应条件、水源情况、脱硫副产物的综合利用条件、脱硫废水、废渣排放条件、厂址场地布置条件等因素，经全面技术经济比较后确定。 2.工艺设计按照烟气脱硫设计技术规程进行。3.处理效果严格按照锅炉大气污染物排放标准（GB 13271-2001）二类区标准执行。1.3设计依据环保设备设计与应用 环境保护设备选用手册 除尘设备设计 环保工作者使用手册 工业锅炉房设计手册 火电厂烟气湿
2、法脱硫装置吸收塔的设计 湿法烟气脱硫吸收塔系统的设计和运用分析二 脱硫工艺的选择2.1 脱硫工艺的比较与选择2.1.1 脱硫工艺比较表一 几种脱硫工艺比较石灰石石膏法简易氨法喷雾干燥法LIFAC电子束法新氨法磷氨肥法环境性能很好好好好很好好好工艺流程简易情况石灰浆制备要求较高，流程也复杂流程较简单流程较简单流程简单流程简单，为干法过程流程复杂，要求电厂和化肥厂联合实现脱硫流程简单，制肥部分复杂工艺技术指标脱硫率95%，钙硫比1.1，利用率90%脱硫率70%，钙硫比1.1，利用率90%脱硫率80%，钙硫比2，利用率50%脱硫率80%，钙硫比2，利用率50%脱硫率可达90%以上，并可脱一部分氮脱硫
3、率85%-90%，利用率大于90%脱硫率95%以上吸收剂获得容易容易较易较易一般一般一般脱硫副产品脱硫渣为CaSO4及少量烟尘，可以综合利用，或送堆渣场堆放脱硫渣为CaSO4及少量烟尘，可以综合利用，或送堆渣场堆放脱硫渣为烟尘、CaSO4、CaSO3、Ca(OH)2的混合物，目前尚不能利用脱硫渣为烟尘、CaSO4、CaSO3、CaO的混合物，目前尚不能利用副产品为硫铵和硝铵混合物，含氮量20%以上，可作氮肥或复合肥料，无二次污染副产品为磷酸铵和高浓度二氧化硫气体（7%-11%），可直接用于工业硫酸生产脱硫产品为含N+P2O5%以上的氮磷复合料适用情况或应用前景燃高中硫煤锅炉，当地已有石灰石矿燃
4、烧高中硫煤锅炉，当地有石灰石矿燃烧中、低硫煤锅炉燃烧中、低硫煤锅炉燃烧高中硫煤锅炉，附近有液氨供应燃高中硫煤锅炉，附近有联合化肥厂和液氨燃烧高硫煤锅炉，附近有磷矿对锅炉及烟道的负面影响腐蚀出口烟囱腐蚀出口烟囱增加除尘器除灰量，塔壁易积灰影响锅炉和除尘器效率腐蚀烟道腐蚀烟道2.1.2 烟气脱硫（FGD）工艺经济性能比较表二 几种烟气脱硫（FGD）工艺经济性能比较工艺流程湿式石灰石-石膏法喷雾干燥法LIFAC法CDSI 法适用煤种含硫量(%)1.51-322Ca/S1.11.52.01.5钙的利用率(%)9040-4535-404-45脱硫成效(%)9080-8570-7560-70投资占电厂投资
5、比例(%)13-198-123-52-4脱硫费用(元/tSO2脱除)900-1250750-1050600-900600-800设备占地面积大中小极小灰渣状态湿干干干烟气再热需无需无需无需2.1.3 脱硫方案的确定目前, 燃煤企业脱硫技术大体可概括为干法、半干法和湿法, 而技术比较成熟、应用最广泛的是湿法石灰石/石膏法, 但是该工艺存在投资运行费用高、易结垢、易腐蚀等问题, 造成设备腐蚀快、维护费用高, 现场应用也受到一定 限制。 “双碱流程”是石灰石-石膏法的一种变形。它是克服了石灰石-石膏法容易结垢后的弱点，提高了SO2的去去除率。所以本设计采用“钠钙双碱法”。钠钙双碱法是湿法中一种非常重
6、要的工艺，尤其对中、锅炉烟气脱硫来说，具有脱硫除尘效率高，投资少，占地面积小，运行费用低等优点，非常适合中国的国情。2.1.4 钠钙双碱法的脱硫工艺原理钠钙双碱法多极喷雾强旋流脱硫除尘工艺的主体部分是洗涤吸收塔。首先迫使烟气以一定的速度切向进入塔体,并使其螺旋下降,而脱硫剂液则以雾化状态同向喷入,并形成多道强劲的环形水雾区域,当锅炉烟气强旋流通过时,就能和水雾充分混合接触,并发生一系列的物理化学反应,大部分硫化物和烟尘在离心力和重力的双重作用下从筒壁四周流下,经出灰口到沉淀池,灰渣沉淀后清理外运,灰水则循环使用,烟气则进入内筒进一步净化后,经风机进入烟囱排入空中。双减法有如下优点：塔内钠基清液
7、作为吸收液，大大降低了结垢机率；钠基吸收二氧化硫速率高，在较低的液气比下可得到较高的脱硫率，同时还可大大提高石灰的利用率。2.1.5 钠钙双碱法脱硫机理1）化学反应原理该法使用或液吸收废气中的，生成与再用再生，反应方程式如下：2）脱硫过程吸收：（1）（2）其中；式（1）为过量时，溶液吸收的主反应，式（2）为 不足时，溶液吸收的主反应。吸收：（3）（4）其中：式（3）为过量时，溶液吸收的主反应； 式（4）为不足时，溶液吸收的主反应；3）氧化过程（副反应）4）再生过程2.2 设计工艺流程图换热装置燃煤锅炉高效脱硫除尘装置引风机烟囱钠碱液钠碱液池石灰池石灰浆液多级沉淀池污泥泵高位水池图2-2 工艺流
8、程图示意图工艺流程说明：烟气从燃煤锅炉中出来,通过换热装置切线进入脱硫除尘塔，经强旋流喷雾脱硫除尘后，进入换热装置进行加热升温，然后通过引风机进入烟囱排到空中。处理装置产生的灰水经沉淀后回用，灰渣沉淀后清理外运。当脱硫除尘装置维修时，烟气从换热装置内管直接进入外管，通过风机进入烟囱排到空中。当换热装置维修时，烟气直接进入脱硫除尘装置，处理后通过风 机进入烟囱排到空中。2.3 脱硫塔类型选择目前较常用的吸收塔主要有喷淋塔、填料塔、喷射鼓泡塔和道尔顿型塔四类 。喷淋塔是湿法脱硫工艺的主流塔型，而填料塔作为气液两相在塔内连续接触的典型形式。 2.3.1 喷淋塔含尘空气进气口进入除尘箱，因气体突然扩张
9、，流速骤然降低，颗料较粗的粉尘，靠其自重力向下沉降，落入灰斗。细小粉尘通过各种效应被吸附在滤袋外壁，经滤袋过滤后的净化空气，通过文氏管进入上箱体，从出气口排出，被吸附在滤袋外壁的粉尘，随着时间的增长，越积越厚，除尘器阻力逐渐上升，处理的气体量不断减少，为了使除尘器经常保持有效状态，设备阻力稳定在一定的范围内，就需要清除吸附在滤袋外面的积灰。2.3.2 填料塔填料塔内气液两相连续接触，清灰方式作用强度很大，而且其强度和频率 都可以调节，所以清灰效果好。本设计采用喷淋塔。三 设计方案的选择确定及说明3.1标态下实际烟气量的计算计算每小时燃煤量2570.84010=1.02810kJ/h 燃烧单位质
10、量煤所需理论空气量：表三 样煤成分表重量(g)摩尔数(mol)需氧数(mol)C68056.6756.67H402010S150.470.47H2O603.333.33灰分150-以1kg燃煤燃烧为基础，则由上样煤成分表得理论需氧量为56.67+10+0.47=67.14mol/kg煤假定干空气中氮和氧的摩尔比（体积比）为1:3.78，则1kg煤完全燃烧所需要的理论空气量为：67.14（3.78+1）=320.93mol/kg煤即320.9322.4/1000=7.19 m/kg煤理论空气量条件下烟气组成（mol）为：CO2：56.67 H2O：20+3.33SOx：0.47 N2：67.14
11、3.78理论烟气量为56.67+（20+3.33）+0.47+67.143.78=334.26mol/kg煤即 334.2622.4/1000=7.49m/kg煤空气过剩系数时，实际烟气量为V （3-1）3.2烟气中烟尘和SO2浓度的计算烟气含尘浓度 （3-2）式中 烟尘的排放因子； 煤中不可燃成分的含量； 实际烟气量。C=烟气中SO2浓度： （3-3）式中 S煤中硫的质量分数 V标准状态下燃煤产生的实际烟气量，3.3工况流量及去除效率的计算工况流量 （3-4）式中 Q标准状态下烟气流量，工况下烟气温度，K标准状态下温度，273K除尘效率 = （3-5）式中 C烟气含尘浓度； 锅炉烟尘排放标准
12、中的规定值。SO2去除率 =，式中C、含义类上。3.4脱硫塔设计计算吸收塔是脱硫装置的核心设备，采用集冷却、吸收、除雾于一体的喷淋空塔。脱硫塔由塔筒体、吸收器、除雾器、冲洗系统等组成。由前面计算得锅炉在标准状况下烟气流量为：Q0=60680.2m/h 145时烟气流量为：Q 1=92909.6m3/h=25.8m3/s3.4.1塔径及底面积计算塔内流速：取 Q 1= 取1.7m （3-6）D=2r=3.4m 即塔径为3.4米。底面积S=r2=9.07m23.4.2 进出口高度根据进出口烟气流速及烟气量确定进出口面积。一般希望进气在塔内能分布均匀, 且烟道呈方形, 故宽/高取值较大, 进口宽度占
13、到塔径的80%以上，而高度尺寸则取值较小。这里取宽度。进出口面积 A= （3-7）则进出口高度 （3-8）3.4.3 循环浆液区的高度计算浆池容量V1按液气比和浆液在池中停留时间t1确定， （3-9）液气比取推荐值15L/m3，t1 = (48) min，这里取6min。选取浆池内径，则浆池高度 （3-10）从液面到烟气进口底边高度经验值为0.81.2m，这里取1m。3.4.4 洗涤反应区高度计算可以采用以下两种方法计算：烟气流速3m/s，接触反应时间经验值为(2. 55) s，因为脱硫率在80%左右，要求不高，故取2.5s，则吸收区高度 （3-11）工程设计中吸收区高度一般指烟气进口水平中心线到喷淋层中心线的距离。入口烟道到第一层喷淋层的距离一般为3.5m，喷淋层间距一般为1.22m，喷嘴布置分26 层，分别取3m,2m和4层。则吸收区高度
