th燃煤锅炉烟气脱硫工艺设计.doc

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1、大气污染控制工程课程设计设计题目：15t/h燃煤锅炉烟气的脱硫工艺设计姓名：学号：年级：系部：食品工程学院专业：环境工程指导教师：完成时间：第 - 2 - 页目 录1设计任务及基本资料215t/h燃煤锅炉烟气的脱硫工艺设计2课程设计基本资料22设计方案3物料衡算3工艺方案的比较和选择4除硫效率7除硫设备的论证7工艺方案73工艺计算9冷却塔9吸收塔10换热器12泵和风机的选型计算134附图15-5结论15-1 设计任务及基本资料1.1 15t/h燃煤锅炉烟气的脱硫工艺设计1.2 课程设计基本资料1.2.1 课程设计目的大气污染控制工程课程设计是配合大气污染控制工程专业课程而单独设立的设计性实践课

2、程。教学目的与任务是使学生在学习专业技术基础与主要专业课程的基础上，学习与掌握环境工程领域内主要设备设计的基本知识与方法，培养学生综合运用所学的环境工程领域的基础理论、基本技能与专业知识分析问题与解决工程设计问题的能力，培养学生调查研究，查阅技术文献、资料、手册，进行工程设计计算、图纸绘制及编写技术文件的基本能力。1.2.2 设计要求设计思想与方法正确；态度端正科学；能正确运用所学的理论知识；能解决实际问题，具备专业基本工程素质；具备正确获取信息与综合处理信息的能力；文字与语言表达正确、流畅；刻苦钻研、不断创新；按时按量独立完成；图文工整、规范，设计计算准确合理。整体设计方案要重点突出其先进性

3、、科学性、合理性与实用性。1.2.3 课程设计参数与依据1. 设计规模锅炉蒸发量15t/h2. 设计原始资料 （1）煤的工业分析如下表（质量比，含N量不计）：发热量CHSO灰分水分2093965.7%3.2%2.3%18.1%（3）锅炉热效率：75%（4）空气过剩系数：1.3（6）烟尘的排放因子：30%（7）烟气温度：473K3（9）烟气粘度：2.410-5 pas（10）尘粒密度：2250kg/m3（11）烟气其他性质按空气计算（12）烟气中烟尘颗粒粒径分布平均粒径/m3152535455560粒径分布/320152016106373. 排放标准按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-20

4、14）中新建燃煤锅炉标准执行：标准状态下烟尘浓度排放标准：50mg/m3、二氧化硫排放浓度：300mg/m3。2 设计方案2.1 物料衡算锅炉烟气含硫量计算用低位发热量、锅炉热效率、水的蒸发热求需煤量蒸发量为15t/h的锅炉所需热量为: 需煤量: 设1kg燃煤时质量/g煤成分的物质的量/理论需氧量/生成物的量/C657C02；H32168H2O 16S21SO2 O232H2O86H2O 2.1.1 标准状态下理论空气量（四号，加粗）理论空气量： 标准状态下的体积为:2.1.2 标准状态下理论烟气量理论烟气量： 标准状态下理论烟气体积：2.1.3 标准状态下实际烟气量实际烟气量：标准状态下的体

5、积： 或： T=473K时，实际烟气体积：烟气量：2.1.4 标准状态下烟气含尘浓度SO2的浓度：SO2的量：4062标准状态烟气浓度： 实际烟气浓度: 2.2 工艺方案的比较与选择石灰石/石膏法石灰石/石膏法是目前应用最广泛、最多、最成熟的典型的湿法烟气脱硫技术。我国湿法烟气脱硫率可达98以上，接近100。国内采用此法脱硫的电厂主要有：重庆珞璜电厂一期、重庆珞璜电厂二期、太原第一热电厂、重庆电厂、杭州半山电厂、北京第一热电厂、陕西韩城第二电厂等。该工艺具有操作方便、原理简单、脱硫效率高(部分机组CaS接近1，脱硫效率超过9O)、可应用于大容量机组、高浓度条件、可利用率高(90)、吸收剂来源广

6、泛、价格也低廉、副产品石灰具有综合利用价值、运行与维护成本以及脱硫成本较低，是目前公认应用最广泛、技术最为成熟的脱硫技术。喷雾干燥脱硫法(SDA法)SDA法是美国JOY公司与丹麦NIRO公司联合研制出的脱硫工艺。目前，国内采用此工艺的电厂主要有四川白马电厂与山东黄岛电厂等。此工艺脱硫效果不是太高(一般在7O左右)，适合于中、低硫煤的脱硫。四川白马电厂机组每台容量为200 MW，采用200目的生石灰纯度在6O- 70)处理含硫量在32左右的燃煤烟气(8000)，脱硫效率可达到8O左右。山东黄岛电厂机组每台为210MW，采用粒径4rflm纯度为7O的生石灰处理含硫量为186的燃煤(烟气为30000

7、0，炉后抽出部分烟气)脱硫效率为7O左右。SDA工艺的特点：(1)工艺简单，操作简便安全；(2)维护费用低；(3)腐蚀性小，可采用普通碳钢制造；(4)采用静电除尘器或布袋除尘器；(5)过程无废水产生；(6)压降低，能耗少，符合当前节能减排的要求；(7)可适用于低、中、高硫煤。海水脱硫法海水脱硫工艺是利用海水的碱度与水化学特性达到脱除烟气中的方法，可用于燃煤含量硫不高并以海水作为循环冷却水的沿海电厂。海水脱硫的原理是在脱硫吸收塔内用海水作为脱硫剂逆行喷淋洗涤，烟气中的被海水吸收而除去，净化后的烟气经除雾器除雾、经烟气换热器加热后排放，吸收被海水吸收并在洗涤液中发生水解与氧化作用，洗涤液引入曝气池

8、，通过提升pH抑制的溢出。经曝气处理使其中的被氧化成为稳定的一并使海水的pH值与COD调整达到排放标准后排放大海。此套工艺一般适用于海边、扩散条件较好、用海水作为冷却水、燃用低硫煤的电厂，海水脱硫工艺简单、无结垢、堵塞现象，吸收剂来源充足、可用率高，无脱硫灰渣产生，脱硫效率达9O以上。高、中、低硫煤均可以采用，但对于内陆电厂，推广使用不太现实，深圳西部电厂采用该套工艺用天然海水处理含硫量在075的燃煤，脱硫效率在9O以上。荷电干式喷射法采有该工艺的国内电厂主要有山东德州热电厂、杭州钢铁集团第二热电厂、广州造纸自备电厂与兰化热电厂等。该套工艺具有占地少、投资成本低、运行费用较低、脱硫率中等等特点

9、，主要适用于中、低硫煤，山东德州热电厂利用该套装置处理含硫10的燃煤脱硫率达到7O左右。电子束照射法(EBA法）EBA法是一种较新的脱硫工艺，其原理为：在烟气进入反应器之前先加入氨气，然后在反应器中用电子加速器产生的电子束照射烟气，使水蒸气与氧等分子激发产生氧化能力强的自由基，这些自由基使烟气中的与N0x很快氧化，产生硫酸与硝酸，再与氨气反应形成硫酸铵与硝酸铵化肥，由于烟气温度高于露点，不需再热。EBA法是一种干法处理过程，无废水废渣产生，脱硫率与脱硝率可分别达到9O与8O以上。操作简单、过程易于控制、对不同含硫量的烟气与烟气量的变化有较好的适应性与负荷跟踪性，副产物可以作为化肥，脱硫成本较低

10、。国内成都热电厂采用该套装置处理含硫量2.0的燃煤，脱硫率达8O左右。氨水洗涤法脱硫工艺该脱硫工艺采用氨水作为脱硫吸收剂与进入吸收塔的烟气接触混合，烟气中 kW 机组烟气氨酸法脱硫中试。烟气循环流化床脱硫工艺(CFBFGD)循环流化床脱硫技术是一种使高速气流与所携带的稠密悬浮颗粒充分接触的技术。其原理是：在循环流化床中加入脱硫剂石灰石以达到脱硫的目的。由于流化床具有传质与传热的特性，所以在有效吸收的同时还能除掉HC1与HF等有害气体。用此法可处理高硫煤，当为115时，脱硫效率能达到9O 97。CFBFGD工艺由吸收剂制备、吸收塔、脱硫灰再循环、除尘器及控制系统等部分组成。一般采用干态的消石灰粉

11、作为吸收剂，也可采用其它对有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。目前，科林公司与国际知名公司合作开发的循环流化床烟气脱硫技术已申报国家专利并在赤峰热电厂锅炉130上应用，处于试运行阶段。脉冲电晕放电等离子体烟气脱硫(PPCP法)PPCP法是靠脉冲高压电源在普通反应器中形成等离子体产生高能电子(5-20 eV)，由于只提高电子温度，而不是提高离子温度，能量效率比EBA高2倍。此工艺设备简单、操作简便、投资是EBA法的60 。因此，成为国际上千法脱硫脱硝的研究前沿，而且该工艺还具有脱硝能力，高能电子可以激活、裂解、电离烟气分子，产生OH、O、等多种活性粒子与自由基。在反应器里烟气中的SCh、NO被

12、活性粒子与自由基氧化为高价氧化物、并与烟气中的相遇后形成与，在有或其它中与物存在的情况下生成(NH4)2SO4的气溶胶，再由收尘器收集，具有有害污染物清除彻底、不产生二次污染等优点。旋转喷雾干燥法将生石灰制成石灰浆，将石灰喷入烟气中，使氢氧化钙与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钙。工艺流程比石灰石-石膏法简单，投资也比较小。脱硫率较低(约为70-80%)、操作弹性小、钙硫比高、运行成本高、副产物无法利用且易发生二次污染（亚硫酸钙分解）。湿法脱硫是一种化学吸收反应，吸收剂对吸收过程有很大的影响，不同的吸收剂与SO2反应的速度也不一样，常用的吸收剂有：氢氧化钠或碳酸钠、氧化镁、钠-钙双碱、氨、海水、石

13、灰乳等。氢氧化钠或碳酸钠作为吸收剂脱硫，存在如下诸多问题：如果将脱硫后的产物亚硫酸钠回收利用，存在流程过长、回收费用过高、副产品无销路等问题；脱硫剂消耗量大、脱硫成本高；增加水处理费用。氧化镁作为吸收剂脱硫：氧化镁来源有限；直接排放，对水体会造成严重污染；如果循环利用脱硫剂，则流程很长、设备繁多、占地面积大。海水作为吸收剂脱硫：海水通常呈碱性，具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO2的能力，当SO2被海水吸收后，在经处理氧化为无害的硫酸盐而溶于海水。硫酸盐是海水的天然成分，不还造成水体污染，但有一硬性要求海水脱硫必须以工厂坐落于海边为前提。氨作为吸收剂脱硫： 氨是一种良好的碱性吸收剂，其吸收反应是气

14、-气反应，吸收反应速度快，反应全，但氨的价格相对于低廉的石灰石来说是太高了。过高的运行成本使氨法脱硫的推广受到极大的影响，在脱硫应用中极少。 钠-钙双碱法脱硫： 用作吸收剂脱硫，用Ca(OH)2作为的再生剂。其主要化学反应反应式如下：吸收：再生： 石灰乳作为吸收剂脱硫: 脱硫产物是硫酸钙（石膏），可容易地从脱硫系统中分离出来，不会对环境水体造成污染，不存在脱硫废水的处理问题；这种脱硫剂是价廉易得的石灰石，脱硫成本低，企业能承受，且这种方法技术成熟，可靠性高。2.3 除硫效率按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2014）中新建燃煤锅炉标准执行：标准状态下烟尘浓度排放标准：50mg/m3、二

15、氧化硫排放浓度：300mg/m3。烟气的除尘效率烟尘除尘效率：SO2的脱硫效率SO2脱硫效率2.4 除硫设备的论证 吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置，要求有持液量大、气液相见的速度高、气液接触面积大、内部构件少、压力小等特点。目前较常用的吸收塔主要有喷淋塔、填料塔、喷射鼓泡塔与道尔顿型塔四类。其中喷淋塔是湿法脱硫的主流塔型。各种塔型的优缺点列于下表。 烟气脱硫用洗涤塔性能比较洗涤塔形式持液量逆流抗堵塞性低负荷比压力降除尘填料塔尚可是尚可好中等差转盘式洗涤塔好否好差中等好湍流塔尚可否好差中等好文丘里洗涤塔差否好好高好喷淋塔差是好好低差道尔顿型塔好否好差中等好喷射鼓泡塔好否好差中等好2.5 工艺方案

16、本设计拟用石灰石/石灰-石膏湿法，以碳酸钠为吸收剂，石灰石为再生剂，并采用填料塔。由于锅炉烟气温度高达280，不适合二氧化硫的吸收去除，故需先将其进行冷却预处理，经过冷却塔后烟气的温度可降至60左右，送入钠碱吸收塔，原始吸收溶液浓度150,吸收后生成的进入储罐投加固体浓缩缓冲。根据储罐中溶液的停留时间，选两个储罐，一个生产储罐，另一个作为备用储罐。应吸收塔较高，吸收塔出口溶液进入储罐采用自流，省去了泵的使用。因尾气温度较高，且碳酸钠溶考虑到尾气的温度较高，湿度较大，不适宜用干法吸收，该工艺流程设计以碳酸钠溶液吸收塔吸收尾气中的二氧化硫。高温不利于吸收反应的进行，并且对吸收塔的腐蚀较大，应此先将

17、尾气降温处理。由于尾气中的二氧化硫具有强腐蚀性，操作过程中反应都受到PH值的影响，随时需要进行酸度调节；因此需在地下池设备中安装PH值自动控制仪表，调节水的酸度，防止对环境的二次污染。冷却塔出水由于吸收大量的热能，出水温度升高，要循环利用地下池的水需经循环水冷却塔降温，循环水冷却塔采用自然通风冷却，安装两台进水泵，一个生产用泵，一个备用泵，水来自集水池；两台出水泵，一个生产用泵，一个备用泵，水送往冷却塔。水经过循环利用从而节省了大量的水资源。液吸收二氧化硫的反应放热，高温不利于吸收反应的进行，因此浓缩后的碱液需经换热器的降温后 进入吸收塔循环吸收二氧化硫。吸收塔出口气体温度为60左右，用引风机

18、引气排放，由于气液分离不完全，气体中携带水蒸气会引起引风机的震荡，因此在引风机前应设置气液分离器。且气体温度降低，在高烟囱中会冷凝酸化，腐蚀烟囱，且气体温度降低不利于气体的扩散排放，在排放前要升高气体温度，使气体在烟囱口的排放温度达到160以上。反应机理 （1）吸收反应洗涤过程的主要反应式： +2洗涤液内含有再生后返回的及系统补充的,在洗涤过程中生成亚硫酸钠。 2+ 在洗涤液中还含有,系烟气中的与亚硫酸钠反应而生成。 2+2（2）再生反应 用石灰浆料进行再生时： + +2 + 亚硫酸钙的一般形式为半水亚硫酸钙。用石灰石粉再生时：2 + + +1/2（3） 硫酸钠的去除 硫酸钠用硫酸酸化使其转变

19、为石膏来去除。 +2+32+2加酸后，PH 下降到23，使亚硫酸钙转化为亚硫酸氢钙而溶于溶液中，于是溶液中的超过了石膏的溶度积，使石膏沉淀出来。（4） 氧化反应在回收法中，最终产品是石膏，需将由再生反应应得到的亚硫酸钙氧化为石膏。工艺流程锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、喷淋增湿降温后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除SO2、SO3、HCL与HF，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏（CaSO42H2O），并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到

20、喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体与液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器（作为一级脱水设备）、浆液分配器与真空皮带脱水机。经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔液位。在吸收塔出口，烟气一般被冷却到4660左右，且为水蒸气所饱与。通过GGH将烟气加热到80以上，以提高烟气的

21、抬升高度与扩散能力。3 工艺计算3.1 冷却塔冷却塔中水的相变过程：200(汽）100 (汽）100 (水）60 (水）总放热量 Q=Q汽= =15000(200-60) =2312100其中:锅炉烟气的平均比热容/();(/() -焚锅炉烟气的温度差；（=200-60=140）冷却水消耗量 m= L=m/其中：Cp2-水的比热容，kcal/(kg.)；（Cp水=4.3kcal/(kg.） -冷却水的温度差，；（ t2=45-10=35） -水的密度,kg/m3;(=1000)塔径其中：v-气体体积流量，) -空塔气速，m/s;（空塔气速一般为0.5-1.2m/s,取=1.2m/s)塔截面积

22、S0=1/4D02=1/43.8=3m2将塔截面积放大1.1倍，即：02塔径为：塔高冷却塔是空塔，其高度是液气接触段、上部的液气分离段与下部的液气分离段之与。设液气接触段气体的停留时间设计10秒，则液气接触段的高度 =10=12 m根据经验值，上下段分离高度至少大于塔径，一般为1.52D（塔径）。取1.5倍，则上下段分离高度为： 2=3m群座高为 =1m,则吸收塔高为 H=+=12+3+1=16m3.2 吸收塔溶液用量锅炉烟气中二氧化硫的含量为: 尾气急冷过程中被吸收掉0.7%.则进塔气体中含量为：设吸收塔中的去除率为96%，即去除量为：排除气体中含量为： =201.2-193.2=8k由反应

23、方程式： 1mol 1mol 1mol 1mol可知吸收64kg需 106kg ，则用量为： 106=320，设用溶液的浓C为200,质量分数为30%，则用量为： =m/C=32030%=1060kg/h取安全系数1.5，则Na2CO3溶液实际用量为1060=1272kg/h塔径1）气体体积流量 Vs =/ =15000/1.0235=14656其中 ： 锅炉烟气出口每小时排除烟气质量，kg/h;(=15t/h) 60时烟气密度，;()2）填料的选择 =25mm ，比表面积a=209m2/m3，3/m3，堆积面积:3每m3填料个数: n=51.1 103 填料因子：=170m-1填料塔尺寸：塔

24、壁厚度 4 mm 3） 塔径60时烟气密度,常温时碳酸钠溶液：密度=1200, 黏度溶液密度与水的密度比为： 进塔气体质量流量=20t/h进塔碳酸钠溶液质量流量WL查图得 p=0.008,液泛气速=(40.385) 其中： 气体体积流量，14656/3600=4m3/s; U 空塔气速,m/s;塔截面积为： = 1/42=10m2,010=12 塔高1）气相流率 标准状态下气体体积流量为： =4气相流速为： G=V02）传质单元高度其中 2)； Kmol3）传质单元数进塔气体的摩尔流量为： 103)/273)106mol/h进塔气体中的二氧化硫的摩尔流量为： 103/64)塔气体的摩尔流量为：

25、 96%出塔气体中二氧化硫的摩尔流量为：=202600(1-0.7%)(1-96%)/64其中： _传质系数；4）填料层高度5）总塔高其中：填料层高度，m：h=0.5m; 分离与分布区高，m; =3.2m; 裙座高度，m; =3.5m;3.3 换热器计算换热器的热负荷 =1272(60-45)=46746KJ/h其中： -溶液质量流率，kg/h; -溶液比热容，KJ/()；（cp1=2.45KJ/()） -溶液进口温度，K;(T1=60+273=333K) -溶液出口温度，K;(=45+273=318K)计算换热面积1）冷却水出口温度 =20+46746/(2004.18)=76其中： -冷却

26、水入口温度，；（=20） -冷却水质量流率，kg/h;( =200kg/h) -冷却水比热容，KJ/()；（cp2=4.18KJ/()采用冷却水与溶液并流，冷却水走管程，溶液走壳程。对热平均温差：2）总传热系数管程：Re4000（湍流）其中：d换热管直径，m;(d=0.025m) K1传热系数，W/(m.) =123.68W/(m2.)壳程：查资料得冷却水的传热系数 K=100W/(m2.)总传热系数 =59.0 W/(m2.)3）计算换热面积=46746/(592冷却水量由 得76)3.4 泵与风机的选型计算水泵其作用是将地下水的水送往循环水冷却塔，于地面安装，提升高度5m，流量90m3/h

27、,查工业水处理设备手册，选用型号为IS80-65160的水泵2台，一用一备，性能参数如下： 表四 水泵性能参数扬程流量轴功率电机功率效率转速质量排出口径10m120m3/h782900r/min94kg65mm循环水泵其作用是将冷却水从集水池提升到冷却塔，于地面安装，提升高度13.8m，流量90m3/h，查工业水处理设备手册，选用型号为IS100-80-125的水泵2台，一用一备，性能参数如下： 表五 循环水泵性能参数表扬程流量轴功率电机功率效率转速质量排出口径20m145m3/h11kw742900r/min113kg80mm碱液泵安装在换热器之前，用于将碱液从储罐送往换热器及循环送往吸收塔

28、，选用型号为IS65-50-125的泵2台，一用一备，性能参数如下： 表六 碱液泵性能参数电机功率电动机转速流量扬程轴功率2900r/min3/h32m风机的选型计算3/h,供气压力为12.96kpa,选用2台离心式通风机，一用一备，性能参数如下： 表七 风机性能参数风机型号口径转速进口流量轴功率配电机功率250mm2900r/min5610m3/h4 附图序号名 称单位数量性 能1石灰石粉贮仓台1圆柱形； 容量：300m3；材质：碳钢；2石灰石粉给料机台1型式：叶轮式；出力：10t/h；电机功率：3kW；3石灰石浆液箱台1立式箱；材质:碳钢+树脂内衬；有效容积:32m3；4石灰石浆液箱搅拌机

29、台1型号：叶片涡轮式；规格：叶片直径2100；转速：30 转/分；叶轮材质：碳钢橡胶衬套；电机：15kW；轴材质：碳钢橡胶衬套；5石灰石浆液泵（离心式）台4流量：30 m3/h，压头：35mH；电机：7kW；外壳材质：铸铁橡胶；叶片材质：高镍合金A49；5 结论1. 最终排放烟气中污染物浓度预计为: SO2500mg/m3，烟尘100mg/m3。不仅低于排放标准，而且在以后10年内排放标准再严格也有适用。石灰石/石灰-石膏湿法，以碳酸钠为吸收剂，石灰石为再生剂的脱硫工艺，预计可以达到99，使用本方案烟尘排放不会超标。2石灰石/石灰-石膏湿法，以碳酸钠为吸收剂，石灰石为再生剂的脱硫工艺通过工程实例证明, 其系统运行可靠性高, 除尘脱硫效率高,完全达到了国家环保标准, 在技术上是完全可靠的。投资少,占地面积小, 运行费用低, 非常适合我国的国情。不但在技术与经济上是可行的, 而且经济效益与社会效益都非常显著。 3.脱硫产物的利用与回收，在传统上大多是采用抛弃法，现在这方面的市场有待开发，根据本地区盛产甘蔗、香蕉，可以在作肥料这方面开发。