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1、学 号： 。课 程 设 计题 目某电厂湿法钙基烟气脱硫工艺流程中吸收塔的设计学 院环境与生物工程学院专 业环境工程班 级。学生姓名。学号。指导老师。2013年6月21日1大气污染控制工程课程设计任务-B1.1 设计任务与目的任务：完成某电厂湿法钙基烟气脱硫工艺流程中吸收塔的设计。目的：通过该设计，使学生能够综合运用课堂上学过的理论知识和专业知识。以巩固和深化课程内容；熟悉使用规范、设计手册和查阅参考资料，培养学生分析问题、解决问题和独立工作的能力；进一步提高学生计算、绘图和编写说明书的基本技能。1.2 设计内容和步骤某电厂地处东南季风区，四季分明，温暖湿润，春季温暖雨连绵，夏季炎热雨量大，秋季
2、凉爽干燥，冬季低温，少雨雪。根据当地气象台多年气象资料统计，其特征值如下：累年平均气压： 1011.0hPa累年最高气压： 1038.9hPa累年最低气压： 986.6hPa累年平均气温： 17.6极端最高气温： 40.9极端最低气温： -9.9厂址处全年北(N)风出现频率为20.0%，西北 (NW)风 出现频率为14.7%，西(W)风出现频率13.1%，南(S)风出现频率6.0%，东北(WE)风出现频率9.6%，东(E)风出现频率8.3%，东南(SE)风出现频率8.0%，西南(SW)风出现频率7.2%，静风出现频率为13.1%。电厂有4台70 MW的发电机组，占地面积28000m2。电厂所用
3、煤的组成成分：C 72.4%；灰分 10.5%；S 3.5%；H 2.5%；水分 8.1%；O 2.4%，每小时煤的用量95t，采用石灰石石膏脱硫工艺流程，脱硫率要求为90-95%。1. 根据上述资料，确定烟气量(锅炉燃烧的过剩空气系数取a=1.05-1.25,锅炉每小时用煤90t)、烟气中SO2浓度和每天石灰石（其纯度为90%）的消耗量（设系统钙硫比为1.1-1.3时，脱硫率达到90-95%）；(过剩空气系数系数、钙硫比和脱硫率在给的范围内自定，不能雷同)2. 计算和设计各处理构筑物。（1）吸收喷淋塔 确定吸收塔的大小，塔内气流速度以及停留时间； 根据烟气量确定循环浆液喷淋层数，除雾器层数（
4、不超过4层）； 绘制1：501：200的吸收塔，标上各部分尺寸； 要有详细的技术和说明（2）总平面图设计根据前述条件，绘制湿法烟气脱硫电厂的平面布置图(1：2001：2000)：包括处理构筑物的平面布置及输配水管线的布置。生产性辅助建筑物（鼓风机房、浆液泵房、配电间、锅炉房、机修间、化验室、仓库等），环保设施（脱硫设备、污水处理厂及灰场等）、以及生活福利建筑（办公室、车库、宿舍、食堂、传达室等）的布置。具体要求： 平面布置应尽量紧凑，在规定的范围内结合远期发展布置，并应考虑施工上的方便。平面布置中应考虑事故排除和超越管。厂内应有道路通向各构筑物，以便运输；合理布置上、下水管、空气管、蒸气管、电
5、缆等管线。厂内应充分绿化，以改善卫生条件和美化环境。4台发电机组以及与其配套的实施在图中均要绘出。1.3设计成果1. 设计说明书要求（1）整理后的说明书应编有章节目录，设计任务来源，原始资料和设计要求放在最前，分组表随其后，各人在分组表中划定自己的设计条件。（2）处理构筑物的设计与计算应按流程的先后次序分章节编写。（3）对所采用的设计数据（反映了设计者的设计思想及设计原则）应做必要的说明。（4）说明书要求A4开纸，用钢笔书写或打印（正文宋体、小四号字，1.5行距），草图要求按比例.（5）设计计算书各构筑物的计算过程、主要设备（如吸收塔、等）的选取等；2. 图纸要求总平面图比例1：2001：20
6、00，并附有图例，建筑物名称及必要的说明。吸收塔按已有说明给出。1.4 主要参考资料1 郝吉明, 马广大. 大气污染控制工程. 2 吴忠标. 大气污染控制工程. 3 魏先勋 等. 环境工程设计手册(修订版). 4 刘天齐. 三废处理工程技术手册(废气卷). 目 录一、钙基湿法烟气脱硫工艺11.概述12.湿法烟气脱硫的工作原理23.脱硫机理34.石灰石湿法烟气脱硫装置4二、烟气脱硫工艺主要设备吸收塔71.吸收塔的设计72.吸收塔的选型73.基础资料处理84.烟气脱硫吸收塔工艺技术要求85.喷淋吸收塔主要工艺设计参数116.喷淋塔的高度设计12 三、 总平面图设计181.一般规定182.总平面布置
7、193.交通运输204.综合管线布置20四、配套设施设计计算21 1.增压风机的选型21 2.烟气换热器的选型21 3.浆液循环泵的选型21 4.氧化风机的选型22 5.氧化吸收池搅拌机的选型22 6.石灰石浆液制备系统23五、存在的问题23 1.烟气降温问题23 2.结垢和堵塞问题24 3.废水的处理25六、课程设计心得体会25七、参考文献27 一、钙基湿法烟气脱硫工艺1. 概述 能源和环境是当今社会发展的两大主题。中国的资源特点和经济发展水平决定了以煤为主的能源结构将长期存在, 国内每年都会消费数亿吨煤。煤所含的杂质硫在燃烧时会排放酸性气体SO2, 这种气体在高空为雨雪所溶解而形成酸雨,
8、可导致动植物大量死亡, 给生态系统造成很大的破坏, 还会严重侵蚀桥梁楼屋、船舶车辆、机电设备等, 给经济的发展带来严重影响, 并对人类的健康造成危害。自上世纪80 年代以来, 由于我国经济的飞速发展,SO2 排放量也日益增多, 据统计, 2005 年全国SO2 排放量为2549 万吨。大量SO2 的排放, 使中国酸雨区迅速扩大, 目前已覆盖四川盆地和长江以南、青藏高原以东的广大地区, 占国土总面积的1/3, 而且每年还以10 万km2 的速度在递增。因此, 控制和减少SO2 排放量已是刻不容缓、迫在眉睫了, 国家环保总局和国家发改委将采用多项措施加强SO2 污染的防治。专家认为消减SO2 排放
9、总量是今后中国环保工作的重点, 对烟气脱硫是控制SO2 污染的主要措施之一。但到目前为止, 我国还仅限于燃煤电厂的脱硫( 仅有12%装机容量的火电厂建有烟气脱硫装置) 。因此开发新型高效、脱硫产物可循环再利用的脱硫技术已是当务之急。目前, 二氧化硫污染控制技术颇多, 诸如改善能源结构、采用清洁燃料等, 而烟气脱硫技术则是控制二氧化硫最有效的手段之一。国内外已开发和研究的脱硫方法有近200 种, 但真正工业化应用的不过10 余种。根据脱硫产物的状态可分为干法和湿法, 干法是指无论加入锅炉尾部烟道中的脱硫剂是干态或湿态的, 脱硫的最终产物是干态的。干法的优点是烟气中水汽含量少, 对风机及其它设备不
10、易造成腐蚀; 缺点是设备庞大, 投资大, 对操作技术要求高, 且脱硫效率低。湿法是以水溶液或浆液作脱硫剂, 生成的脱硫产物存在于水溶液或浆液中。湿法烟气脱硫工艺是目前世界上应用最广的FGD脱硫效率高等特点。湿法烟气脱硫过程是气液反应, 脱硫反应速度快, 脱硫效率高, 钙利用率高, 在钙硫比等于1 时, 可达到90%以上的脱硫效率。当前已开发的湿法烟气脱硫技术, 主要是石灰石/ 石膏洗涤法, 它占整个湿法烟气脱硫技术的36.7%, 因此本文拟对其工作原理、化学反应机理、工程流程、主要设备及其在实际应用中易出现的问题进行探讨。2.湿法烟气脱硫的工作原理 湿法石灰石/ 石膏烟气脱硫工艺是以价廉易得的
11、石灰石粉作为吸收剂, 烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及通入的空气进行化学反应, 最终产品为石膏。由于吸收浆液是循环利用, 脱硫吸收剂的利用率很高。湿法烟气脱硫装置的核心是吸收塔, 它是一个单级的开放式喷淋、一体化吸收二氧化硫的装置。吸收塔分为洗涤区、再循环区和气流区三部分。在洗涤区中二氧化硫和三氧化硫溶解生成亚硫酸和硫酸, 此区由四层喷淋层组成, 浆液从再循环区通过四个循环泵打至各喷淋层, 在喷嘴的作用下浆液被雾化, 与逆流而上的原烟气充分接触并吸收烟气中的二氧化硫和三氧化硫, 同时溶解并洗涤烟气中的大部分烟尘。吸收塔底部为石灰石浆液的储存底槽, 储存浓度为20%的石灰石浆液。底槽四周安装
12、有贴边搅拌器, 以保持对底槽浆液的不停搅拌, 使新鲜石灰石浆与因吸收了SO2 而酸化的洗涤液能良好地混合和反应。同时底槽还布置有很多大口径空气管, 空气管出口加在搅拌器叶片加压面上, 以产生非常小的气泡, 有利于物质交换。因空气泡还能带出液体中的CO2, 改善了石灰石粉的溶解条件。在加了空气管的底槽中, 进行石灰石溶解、中和、氧化和石膏结晶等过程。该工艺的脱硫效率可达90%, 其脱硫系统见图1。3. 脱硫机理 石灰石/ 石膏湿法洗涤的化学反应较为复杂,所表现出的反应主要是SO2 与CaO 或CaCO3 作用,生成亚硫酸钙及硫酸钙。石灰石/ 石膏洗涤脱硫的反应为: SO2 的吸收;SO2 与水化
13、合成H2SO3; 电离出的氧与洗涤液中的CaSO3 反应。以CaO 为例, 主要的反应为: SO2(g)+H2O H2SO3 Ca(OH)2(aq)+H2SO3(aq) CaSO3(aq)+2H2O CaSO3(aq) CaSO3(s) CaSO3(aq)+1/2O2(aq) CaSO4(aq) CaSO4(aq) CaSO4(s) Ca(OH)2(s) Ca(OH)2(aq)Ca(OH)2 石灰浆滴与SO2 的反应过程较为复杂,许多科研工作者先后进行了这方面的研究工作,Brogren 和Kanlesson 认为, 石灰浆滴与SO2 的反应存在2 个受控区域: 在烟道内SO2 浓度低的区域SO
14、2 向浆滴的传质主要受气膜控制, 而在高浓度区,传质受浆滴内部液相控制。有学者认为, SO2 向浆滴表面的扩散过程受气膜控制, 而液相一侧并非由液膜来控制, 而是由参与反应的离子扩散速度来决定。从反应动力学来看, SO2 是溶解度大小为中等的气体, 在烟道内温度较高, SO2 溶解度很低, 气相推动力最大, SO2 在气相的扩散不再是整个反应过程的控制速率, 液相参与反应的离子扩散成为主导因素。随着反应温度与SO2 浓度的逐渐降低, 气相推动力减弱, SO2 向浆滴表面的扩散速率与液相参与反应离子的扩散速率等共同成为控制反应的因素。当反应温度接近于湿球温度时, SO2 浓度达到最小, 此时气相
15、推动力也最小。SO2 向液相的扩散所受阻力相对于参与反应的离子扩散过程来说处于主导地位, 传质阻力为气相传质所控制。在Ca(OH)2 石灰浆滴与SO2 吸附反应的过程中, O2 也参与了反应, 其反应过程可描述为:。4.石灰石湿法烟气脱硫装置典型的石灰石湿法脱硫系统从功能上可以分为烟气系统、石灰石浆液制备系统、吸收塔系统、石膏脱水系统、废水处理系统、公用系统和事故浆液排放系统。4.1烟气系统烟气系统通常包括一台单独的增压风机、一台气气换热器和电厂现有烟囱。在增压风机上游和气气换热器再热侧系统出口下游都设有双百叶窗隔离挡板。在现有旁路烟道上亦安装有两个双百叶窗旁路挡板，这些挡板的开度可以随烟气流量的变化进行调节。每个烟气挡板可以配置
