燃煤鍋爐脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)專業(yè) : 環(huán)境工程姓名: 學(xué) 號:1課程設(shè)計(jì)題目 32 設(shè)計(jì)依據(jù) 32.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù) 32.2 設(shè)計(jì)參數(shù)及參數(shù)范圍 32.3 設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)目標(biāo) 43 污染源強(qiáng)分析 43.1 污染物濃度的計(jì)算 43.2 煙氣中SO2的濃度計(jì)算 63.3 煙氣SO2排放量的計(jì)算64 工藝設(shè)計(jì) 74.1 工藝選擇 74.2 吸收設(shè)備的選擇 74.3 工藝原理 84.4 脫硫系統(tǒng)工藝流程 94.5 工藝組成 95 相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算 105.1 脫硫劑液箱容量與設(shè)計(jì) 105.2 增壓風(fēng)機(jī) 105.3 SO2吸收系統(tǒng)105.3.1 塔徑及底面積計(jì)算 105.3.2 脫硫塔高度計(jì)算 116 附

2、圖 12附圖1雙堿法煙氣脫硫工藝流程圖 12附圖2吸收塔系統(tǒng) 13附圖3吸收塔平面圖 131 課程設(shè)計(jì)題目30t/h 燃煤鍋爐煙氣的脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)2 設(shè)計(jì)依據(jù)2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)1) 大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)( GB16297-1996 )2) 工業(yè)鍋爐及爐窯濕法煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范( HJ462 2009)3) 大氣污染防治手冊4) 鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)( GB13271-2001 )5) 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)( GB3095-1996 )6) 四川省大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)及參數(shù)范圍( 1 )根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與排放標(biāo)準(zhǔn)，確定設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)范圍。鍋爐型號：30 t/h 鍋爐一臺煙氣排放量：

3、19000m3/h燃料種類：無煙煤燃煤量：2.237152t/h爐內(nèi)溫度：700鍋爐排煙溫度：155煙氣含氧量：60.2605mol/kg (燃煤)目前SO2排放濃度：1353mg/mN含硫率：1.1%鍋爐熱效率：75%空氣過剩系數(shù)：1.2(2)擬用雙堿法，據(jù)工業(yè)鍋爐及爐窯濕法煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范( HJ 462 2009) ，故有 :液氣比(G/L )為 2鈣硫比(Ca/S)為1.1凈化效率刀不小于95%可用率為95%2.3設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)原則：(1)設(shè)計(jì)中為將來更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)模擴(kuò)大留有余地。(2)因地制宜，節(jié)省場地。(3)嚴(yán)禁轉(zhuǎn)移污染物，全面防治二次污染。設(shè)計(jì)目標(biāo)：(1)根據(jù)

4、四川省大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，該火電廠標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下SO2排放濃度應(yīng)小于 300 mg/m3(2)為保證電廠周圍居民區(qū)空氣質(zhì)量，同時執(zhí)行環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB30951996)的二級標(biāo)準(zhǔn)，即小于居民區(qū)大氣中SO2最高允許的日平均濃度 0.15mg/m3(3)總量控制指標(biāo)達(dá)標(biāo)3污染源強(qiáng)分析3.1污染物濃度的計(jì)算含硫率為1.1%,選擇煤種為無煙煤 以1kg無煙煤為基礎(chǔ)，則：質(zhì)里/g物質(zhì)的量/mol理論需氧重/molC649.57254.13154.131H25.30812.654(分子)6.327O14.060.879-0.4395N6.3270.226 (分子)S7.7330.2420.242H20

5、754.17灰分222(1)理論需氧量為(54.131+6.327-0.4395+0.242)mol/kg = 60.2605mol/kg(燃煤)假定干空氣中氮和氧的摩爾比為3.78,則1kg燃煤完全燃燒所需要的理論空氣量為:60.2605 (1+3.78) mol/kg =288.0452 mol/kg(燃煤)即標(biāo)況下22.4,3288.0452 1000 m3N /kg = 6.452 m)N /kg (燃煤)（2）理論煙氣量（按照標(biāo)準(zhǔn)狀況換算體積，下同）理論上煙氣的組成為 CO2H2ON2SO2灰分54.131mol/kg ;12.654+4.17=16.824 mol/kg;60.26

6、05 3.78+0.226=228.01mol/kg ;0.242mol/kg ;222mol/kg故理論干煙氣量為：（54.131+228.01+0.242） mol/kg=282.383mol/kg （燃煤）22.433282.383 耳赤 mN /kg = 6.325 m 3n/kg （燃煤）理論濕煙氣量為：（282.383+16.824） mol/kg=299.207mol/kg （燃煤）22.4 o3299.207 1000 m3： g = 6.702 m： /kg （燃煤）（3）實(shí)際煙氣量空氣過剩系數(shù)為1.2,可求：實(shí)際干煙氣量Vfg =理論干煙氣量+理論空氣量x（空氣過剩系數(shù)-1

7、）=6.325+ 6.4520發(fā)=7.6154mN /kg （燃煤）實(shí)際濕煙氣量 Vfg =理論濕煙氣量+理論空氣量X（空氣過剩系數(shù)-1）=6.702+ 6.4520發(fā)=7.99243mN/kg （燃煤）（4）鍋爐燃煤量:B皿3kg/h Q式中：D：鍋爐每小時的產(chǎn)汽量（kg/h）;Q氐：煤的低位發(fā)熱量（kcal/kg ）n :鍋爐的熱效率（為；焰（kcal/kg ） ; 1.25MPa 時為i 2:鍋爐在某工作壓力下的飽和蒸汽熱般給水溫度取20 C,則1400.4kJ/kg i 1：鍋爐給水熱焰（kcal/kg ）, i1=84.80kJ/kg ,則:30 1000 （140Q4 84.80）

8、2371.52kg/h 2.37t/h22190 75%標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的總干煙氣量 ：7.6154 2371.52 18060.07mN / h標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的總濕煙氣量:7.9924 2371.52 18954.14m：/h取設(shè)計(jì)煙氣量為19000 mN /kg3.2煙氣中SO2的濃度計(jì)算(1) SO2產(chǎn)污系數(shù)及其質(zhì)量流量二氧化硫產(chǎn)污系數(shù)：YGso2 2 1000 S P (Kg/t)式中：SY-燃煤應(yīng)用基含硫量，P-燃煤中硫的轉(zhuǎn)化率(煤粉爐一般取0.9), %Y_ _Gso2 2 1000 S P 2 1000 (70.3 1.1%) 0.9 1391.94 Kg/t脫硫裝置入口煙氣中的SO2質(zhì)量

9、流量可根據(jù)下面公式估算:M (SO2) 2 K Bg (1二)100 100式中：M(SO2)脫硫裝置入口煙氣中的SO翅量流量，t/hK染料燃燒中硫的轉(zhuǎn)化率(煤粉爐一般取0.9 )Bg鍋爐最大連續(xù)工況負(fù)荷時的燃煤量，t/h q鍋爐機(jī)械未完全燃燒的熱損失，Sar燃料的收到基硫分， 所以：M (SO2) 2 0.9 2.37 (1煙氣中SO2的實(shí)測濃度為：25 70.3% 1.1100)10024.742Kg /h24.74210001900031.302g/ mN根據(jù)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB13271-2001 )的相關(guān)規(guī)定，需將實(shí)物濃度折算，規(guī)定說明燃煤鍋爐，折算項(xiàng)目為煙塵，SO2, NO

10、X排放濃度時，過量空氣折算系數(shù)=1.8 鍋爐大氣污染物過量空氣系數(shù)折算排放濃度按下式計(jì)算:式中C折算后的煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放濃度，g/ mNC 實(shí)測的煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放濃度，g/ mN實(shí)測的過量空氣系數(shù)a 硼定的過量空氣系數(shù)已知a =1.2,燃煤鍋爐的過量空氣折算系數(shù)a =1.8所以折算后煙氣中 SO2的濃度：1.2，3c 1.302 868mg/ mN1.83.3煙氣SO2排放量的計(jì)算工業(yè)鍋爐及爐窯濕法煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范(HJ 462 2009)對于65t/h以下工業(yè)鍋爐脫硫裝置的設(shè)計(jì)脫硫效率不宜小于80%的標(biāo)準(zhǔn)。則每小時去除SO2的量為：868 19000 10 6 8

11、0% 13.194kg/h出口煙氣中SO2的排放量為：868 19000 10 6 (1 80%) 3298mg/s 3.298kg/h取煙囪出口處平均風(fēng)速 u為5.0m/s；煙囪出口處煙氣流速不應(yīng)低于該高度處平均風(fēng)速的1.5倍，故取煙囪出口流速 v為9.0m/s；取一z為0.5；煙氣出口處煙流溫度 Ts為155 C；煙囪高度取60m;煙囪出口內(nèi)徑 D為2m。根據(jù)霍蘭德(Holland)公式得煙氣抬升高度：”1.5 2.7D) uTs9.0 25(1.5 2.7428 2934282)11.53m總高度 H=60+11.53=71.53m地面最大濃度max2 3298 0.52 e 5 71.

12、532一 一一， .30.0151mg/m脫硫結(jié)果滿足四川省大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，亦滿足環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二級標(biāo)準(zhǔn),即小于居民區(qū)大氣中 SO2最高允許的日平均濃度 0.15mg/m3,脫硫效果良好。4工藝設(shè)計(jì)4.1 工藝選擇鈉法由于脫硫劑較貴， 因而運(yùn)行費(fèi)用高；氧化鎂法的脫硫劑氧化鎂不僅價(jià)格較貴，而且廣東地區(qū)鎂源不足， 造成運(yùn)行成本高昂； 氨法存在氨泄漏問題，容易造成二次污染，而且脫 硫劑價(jià)格高，因而在中小型鍋爐中應(yīng)用不多。相對于以上三種工藝， 雙堿法消耗的脫硫劑主要是價(jià)廉的石灰。 吸收液中的鈉堿通過再 生，大部分可循環(huán)回用， 減少了運(yùn)行費(fèi)用，具有投資少、占地面積較小、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)， 符合中

13、小型鍋爐煙氣脫硫工藝選擇的 技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)合理、工程可行 主統(tǒng)一原則，因此 本方案采用雙堿法脫硫工藝。4.2 吸收設(shè)備的選擇SO2吸收凈化過程，處理的是低濃度SO2煙氣，煙氣量相當(dāng)可觀，要求瞬間內(nèi)連續(xù)不斷地高效凈化煙氣， 脫硫吸收器的選擇原則，主要是看其液氣接觸條件、設(shè)備阻力以及吸收液循環(huán)量，因此選用氣相為連續(xù)相、 湍流程度高、相界面較大的吸收塔作為脫硫塔比較合適。 通常，噴淋塔、填料塔、板式塔、文丘里吸收塔等能滿足這些要求。吸收設(shè)備中，噴淋塔液氣比高，水消耗量大；篩板塔阻力較大，防堵性能差；填料塔 防堵性能差，易結(jié)垢、黏結(jié)、堵塞，阻力也較大；湍球塔氣液接觸面積雖然較大，但易結(jié)垢 堵塞，阻力較

14、大；文丘里阻力大。相比之下，旋流板塔具有負(fù)荷高、壓降低、不易堵、彈性 好等優(yōu)點(diǎn)，適用于快速吸收過程，且除塵脫硫效率高。因此，選用旋流板塔脫硫除塵器。4.3 工藝原理(1)吸收反應(yīng)洗滌過程的主要反應(yīng)式:+ 1+ ifciF 一 2洗滌液內(nèi)含有再生后返回的章京 及系統(tǒng)補(bǔ)充的，在洗滌過程中生成亞硫酸鈉。在洗滌液中還含有 金縣二，系煙氣中的 總與亞硫酸鈉反應(yīng)而生成。(2)再生反應(yīng)用石灰漿料進(jìn)行再生時：1 +2+=亞硫酸鈣的一般形式為半水亞硫酸鈣。用石灰石粉再生時：+& + 一 1&+ 蕊+1/2 好(3)硫酸鈉的去除硫酸鈉用硫酸酸化使其轉(zhuǎn)變?yōu)槭鄟砣コ?。加酸后，PH下降到23,使亞硫酸

15、鈣轉(zhuǎn)化為亞硫酸氫鈣而溶于溶液中，于是溶液中的 占超過了石膏的溶度積，使石膏沉淀出來。(4)氧化反應(yīng)在回收法中，最終產(chǎn)品是石膏，需將由再生反應(yīng)應(yīng)得到的亞硫酸鈣氧化為石膏。筆"Tl_TF : -4-r n-1 qpf 1+4.4 脫硫系統(tǒng)工藝流程4.5 工藝組成脫硫劑制備系統(tǒng)脫硫劑制備系統(tǒng)主要包括：石灰消化池、鈉堿罐、攪拌器及相應(yīng)的閥門、管道及管件等。由成品石灰（粒徑小于 10mm （90%）的粉狀石灰）運(yùn)至廠里后手工加入石灰消化池進(jìn)行消 化，消化后的石灰漿液自流至再生池中進(jìn)行脫硫液再生反應(yīng)。煙氣系統(tǒng)熱煙氣自鍋爐出來后進(jìn)入吸收塔，向上流動穿過噴淋層，在此煙氣被冷卻到飽和溫度， 煙氣中的S

16、O2等污染物被脫硫液吸收。經(jīng)過噴淋洗滌后的飽和煙氣，經(jīng)除霧器除去水霧后， 通過煙道經(jīng)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪排空。從鍋爐出口至脫硫塔進(jìn)口段的連接煙道采用A3鋼制作，并根據(jù)需要設(shè)置膨脹節(jié)。SO2吸收系統(tǒng)在吸收塔內(nèi)，脫硫液中的氫氧化鈉與從煙氣中捕獲的SO2、SO3等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉等物質(zhì)。脫硫后的凈煙氣通過除霧器除去氣流中夾帶的霧滴后排出吸 收塔。SO2吸收系統(tǒng)主要由脫硫主塔、連接煙道（副塔）、噴淋層、組合式除霧器、預(yù)埋件及外部鋼結(jié)構(gòu)、沖洗系統(tǒng)組成。5相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1脫硫劑液箱容量與設(shè)計(jì)(1)石灰消化池本設(shè)計(jì)采用化灰池?cái)嚢杵?，得含固率?5%勺石灰漿液，其密度為1.2 t/ m3,

17、熟石灰的質(zhì)量流量為26.46 + 56 X 78=36.86kg/h 。按照工業(yè)鍋爐及爐窯濕法煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī) 范(HJ 462 2009),脫硫劑漿液貯罐的容量宜不小于設(shè)計(jì)工況下2h的漿液消耗量，所以，熟石灰漿液箱容量為V漿液箱0.41m336.86215% 1.2 1000所以設(shè)計(jì)V漿液箱為0.5m3。尺寸：直徑 4 =0.85m 高度h=0.86m。(2)鈉堿溶解池鈉堿溶解池的有效容積取 1.5m3。尺寸：直徑()=1.23m ,高度 h=1.24m。5.2 增壓風(fēng)機(jī)30t/h 鍋爐相當(dāng)于24.5MW機(jī)組容量，參考 HJ/ T 179-2005 經(jīng)驗(yàn)，機(jī)組容量在 300MW以 下，脫硫

18、增壓風(fēng)機(jī)可選用高效離心風(fēng)機(jī)，增壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為滿負(fù)30t/h 荷工況下煙氣量的110%增壓風(fēng)機(jī)的壓頭為脫硫裝置在滿負(fù)荷工況下并考慮10c溫度裕量下阻力的120%所以增壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為Q 19000 110% 20900m3/h正常狀態(tài)下，煙氣動過煙氣管道、進(jìn)口擋板、脫硫塔噴淋層、除霧板、煙氣管道、出口 擋板，整個系統(tǒng)壓降為 P=AP管道+ P擋板+4P噴淋+ AP除霧 P管道約為210Pa P擋板約為2X5=10Pa P噴淋約為85 Pa P除霧約為15 Pa所以 P=210+10+85+15=320Pa5.3 SO2吸收系統(tǒng)5.3.1 塔徑及底面積計(jì)算塔內(nèi)流速：設(shè)v=2m/s2Q vS v rQ 20900/3600r 0.96m,v ,3.14 2底面積S r2 2.9m25.3.2 脫硫塔高度計(jì)算液氣比取L/G= 2.1 ,煙氣中水氣含量設(shè)為4%Q HG循環(huán)水泵流量：Q -G1000(L/M 3)1 0.043 人2.1 2090042.13m /h1000塔底漿液區(qū)的高度:塔底漿液區(qū)取泵5min的流量，則H1(42.13 60 5) 3.8 0.924m計(jì)算洗滌反應(yīng)區(qū)高度:停留時間取2.5秒，則洗滌反應(yīng)區(qū)高度H2