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1、大气污染控制工程课程设计专业 :环境工程姓名 :吕维阳学号:31302020021课程设计题目 32 设计依据 32.1 技术标准及依据 32.2 设计参数及参数范围 32.3 设计原则及设计目标 43 污染源强分析 43.1 污染物浓度的计算 43.2 烟气中SO2的浓度计算63.3 烟气SO2排放量的计算74 工艺设计 74.1 工艺选择 74.2 吸收设备的选择 84.3 工艺原理 84.4 脱硫系统工艺流程 94.5 工艺组成 95 相关的设计计算 105.1 脱硫剂液箱容量与设计 105.2 增压风机 105.3 SO2吸收系统115.3.1 塔径及底面积计算 115.3.2 脱硫塔
2、高度计算 116 附图 12附图1双碱法烟气脱硫工艺流程图 12附图2吸收塔系统 13附图3吸收塔平面图 131 课程设计题目30t/h 燃煤锅炉烟气的脱硫系统设计2 设计依据2.1 技术标准及依据1) 大气污染物综合排放标准 (GB16297-1996 )2 ) 工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范 ( HJ462 2009 )3 ) 大气污染防治手册4 ) 锅炉大气污染物排放标准 ( GB13271-2001 )5 ) 环境空气质量标准 ( GB3095-1996 )6 ) 四川省大气污染物排放标准2.2 设计参数及参数范围1 )根据技术标准与排放标准，确定设计参数及设计范围。锅炉型号：
3、 30 t/h 锅炉一台烟气排放量：19000m 拟用双碱法，据工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范 液气比( G/L )为 2/h燃料种类：无烟煤燃煤量： 2.237152t/h炉内温度：700 锅炉排烟温度： 155 烟气含氧量： 60.2605mol/kg (燃煤)目前SO2排放浓度：1353mg/mN含硫率： 1.1%锅炉热效率： 75%HJ 462 2009) ，故有:空气过剩系数： 1.2钙硫比(Ca/S)为1.1净化效率刀不小于95%可用率为95%2.3设计原则及设计目标设计原则：(1)设计中为将来更加严格的排放标准及规模扩大留有余地。(2)因地制宜，节省场地。(3)严禁转移污
4、染物，全面防治二次污染。设计目标：(1)根据四川省大气污染物排放标准标准，该火电厂标准状态下SO2排放浓度应小于 300 mg/m3(2)为保证电厂周围居民区空气质量，同时执行环境空气质量标准(GB30951996)的二级标准，即小于居民区大气中SO2最高允许的日平均浓度 0.15mg/m3(3)总量控制指标达标3污染源强分析3.1污染物浓度的计算含硫率为1.1%,选择煤种为无烟煤 以1kg无烟煤为基础，则：质里/g物质的量/mol理论需氧重/molC649.57254.13154.131H25.30812.654(分子)6.327O14.060.879-0.4395N6.3270.226 (
5、分子)S7.7330.2420.242H20754.17灰分222(1)理论需氧量为(54.131+6.327-0.4395+0.242)mol/kg = 60.2605mol/kg(燃煤)假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78,则1kg燃煤完全燃烧所需要的理论空气量为:60.2605 (1+3.78) mol/kg =288.0452 mol/kg(燃煤)即标况下22.433288.0452 1000 mN /kg = 6.452 mN /kg （燃煤）（2）理论烟气量（按照标准状况换算体积，下同）理论上烟气的组成为CO2 54.131mol/kg ;H2O12.654+4.17=16.824
6、 mol/kg;N2 60.2605 3.78+0.226=228.01mol/kg ;SO2 0.242mol/kg ;灰分 222mol/kg故理论干烟气量为：（54.131+228.01+0.242） mol/kg=282.383mol/kg （燃煤）282.383X2000 mN /kg = 6.325 m 3N /kg （燃煤）理论湿烟气量为：（282.383+16.824） mol/kg=299.207mol/kg （燃煤）299.207 1200 m3N /kg = 6.702 mN /kg （燃煤）（3）实际烟气量空气过剩系数为1.2,可求：实际干烟气量 Vfg =理论干烟气量
7、+理论空气量X（空气过剩系数-1）=6.325+ 6.452 0发=7.6154 mN /kg（燃煤）实际湿烟气量 Vfg =理论湿烟气量+理论空气量X（空气过剩系数-1）=6.702+ 6.452 0发=7.9924 m： /kg （燃煤）（4）锅炉燃煤量:D（i2 T）Q低kg/h式中：D：锅炉每小时的产汽量（kg/h）;Q低：煤的低位发热量（kcal/kg ） n :锅炉的热效率（）;i2：锅炉在某工作压力下的饱和蒸汽热焰（ kcal/kg ） ; 1.25MPa时为1400.4kJ/kg 3：锅炉给水热焰（kcal/kg ）, 一般给水温度取20 C,则i1=84.80kJ/kg ,则
8、:=2371.52kg/h =2.37t/h_ 30 1000 （1400.4 -84.80）22190 75%B 二(5)标准状态下的总干烟气量 ：7.6154 2371.52 =18060.07mN/h标准状态下的总湿烟气量：7.9924 2371.52 =18954.14m：/h取设计烟气量为19000 mN /kg3.2烟气中SO2的浓度计算(1) SO2产污系数及其质量流量 二氧化硫产污系数：YGso2 =2 1000 S P (Kg/t)式中：SY-燃煤应用基含硫量，P-燃煤中硫的转化率(煤粉炉一般取0.9), %YGso2 =2 1000 SY P=2 1000 (70.3 1.
9、1%) 0.9 =1391.94Kg/t脱硫装置入口烟气中的 SO2质量流量可根据下面公式估算：M(SQ)=2 K Bg (1 -q-)-Sa 100 100式中：M(SO2)脱硫装置入口烟气中的SO2质量流量，t/hK染料燃烧中硫的转化率(煤粉炉一般取0.9)Bg 锅炉最大连续工况负荷时的燃煤量，t/hq 锅炉机械未完全燃烧的热损失，Sar燃料的收到基硫分，%所以：一25 70 3% 11M (SO2) =2 0.9 2.37 (1 -)=24.742Kg /h100100烟气中SO2的实测浓度为：1000324.7421.302 g/mN19000根据锅炉大气污染物排放标准(GB13271
10、-2001 )的相关规定，需将实物浓度折算，规定说明燃煤锅炉，折算项目为烟尘，SO2, NOX排放浓度时，过量空气折算系数 =1.8锅炉大气污染物过量空气系数折算排放浓度按下式计算：C =C a式中C折算后的烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度，g/ mN3C实测的烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放侬度，g/ mN实测的过量空气系数a 硼定的过量空气系数已知a =1.2,燃煤锅炉的过量空气折算系数a =1.8所以折算后烟气中 SO2的浓度：1.2，3c =1.302 二868mg/ mN1.83.3烟气SO2排放量的计算工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范(HJ 462 2009)对于65t/h以下工
11、业锅炉脱硫装置的设计脱硫效率不宜小于80%的标准。则每小时去除SO2的量为：868 19000 10$ 80% = 13.194kg/h出口烟气中SO2的排放量为：868 19000 10 (1 -80%) =3298mg/s=3.298kg/h取烟囱出口处平均风速 u为5.0m/s；烟囱出口处烟气流速不应低于该高度处平均风速的1.5z .倍，故取烟囱出口流速 v为9.0m/s；取为0.5;烟气出口处烟流温度 Ts为155 C；烟囱局 Z度取60m;烟囱出口内径 D为2m。根据霍兰德(Holland)公式得烟气抬升高度：VS DTs -TaH = S (1.5 2.7 s a D)uTs9.0
12、 25(1.5 2.7428 - 2934282) =11.53m总高度 H=60+11.53=71.53m一 2 3298 0 53地面最大浓度max = 2 32985 =0.0151mg/m3二e 5 71.532脱硫结果满足四川省大气污染物排放标准，亦满足环境空气质量标准的二级标准,即小于居民区大气中 SO2最高允许的日平均浓度 0.15mg/m3,脱硫效果良好。4工艺设计4.1 工艺选择钠法由于脱硫剂较贵， 因而运行费用高；氧化镁法的脱硫剂氧化镁不仅价格较贵，而且广东地区镁源不足， 造成运行成本高昂； 氨法存在氨泄漏问题，容易造成二次污染，而且脱 硫剂价格高，因而在中小型锅炉中应用不
13、多。相对于以上三种工艺， 双碱法消耗的脱硫剂主要是价廉的石灰。 吸收液中的钠碱通过再 生，大部分可循环回用， 减少了运行费用，具有投资少、占地面积较小、运行费用低等优点, 符合中小型锅炉烟气脱硫工艺选择的 技术成熟、经济合理、工程可行 主统一原则，因此 本方案采用双碱法脱硫工艺。4.2 吸收设备的选择SO2吸收净化过程，处理的是低浓度SO2烟气，烟气量相当可观，要求瞬间内连续不断地高效净化烟气， 脱硫吸收器的选择原则， 主要是看其液气接触条件、设备阻力以及吸收液循环量，因此选用气相为连续相、湍流程度高、相界面较大的吸收塔作为脱硫塔比较合适。 通常，喷淋塔、填料塔、板式塔、文丘里吸收塔等能满足这
14、些要求。吸收设备中，喷淋塔液气比高，水消耗量大；筛板塔阻力较大，防堵性能差；填料塔 防堵性能差，易结垢、黏结、堵塞，阻力也较大；湍球塔气液接触面积虽然较大，但易结垢 堵塞，阻力较大；文丘里阻力大。相比之下，旋流板塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性 好等优点，适用于快速吸收过程，且除尘脱硫效率高。因此，选用旋流板塔脱硫除尘器。4.3 工艺原理(1)吸收反应洗涤过程的主要反应式：Na2SQ+SQ+H2O_2NaHSO3洗涤液内含有再生后返回的Na0H及系统补充的Na2cO3,在洗涤过程中生成亚硫酸钠。2NaOH +Na2SQ 一 Na2SQ+H2。Na2C03+S02 一 S02 + C02在洗涤
15、液中还含有 Na2s04，系烟气中的O2与亚硫酸钠反应而生成。2Na2SQ + O2f2Na2SQ(2)再生反应用石灰浆料进行再生时：Na2SQ+ Ca(OH)2+l/2H2。一2NaOH +CaSQ 12小0 j亚硫酸钙的一般形式为半水亚硫酸钙。用石灰石粉再生时：2NaHSQ + CaC03 一 Na2SQ + CaSQ 1/2大0+ C02+1/2 H2O(3)硫酸钠的去除硫酸钠用硫酸酸化使其转变为石膏来去除。Na2SQ+2CaSQ I/2H2O+H2SQ+3H2。一2caSQ 2H2O+2NaHSO3+ 2+34+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
16、中的Ca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。CaSQ 12H2。+ 3/2 H2O 一 CaSQ 2H2。4.4 脱硫系统工艺流程4.5 工艺组成脱硫剂制备系统脱硫剂制备系统主要包括：石灰消化池、钠碱罐、搅拌器及相应的阀门、管道及管件等。由成品石灰(粒径小于 10mm (90%)的粉状石灰)运至厂里后手工加入石灰消化池进行消 化，消化后的石灰浆液自流至再生池中进行脱硫液再生反应。烟气系统热烟气自锅炉出来后进入吸收塔，向上流动穿过喷淋层，在此烟气被冷却到饱和温度， 烟气中的SO2等污染物被脱硫液吸收。经过喷淋洗涤
17、后的饱和烟气，经除雾器除去水雾后， 通过烟道经引风机进入烟囱排空。从锅炉出口至脱硫塔进口段的连接烟道采用A3钢制作，并根据需要设置膨胀节。SO2吸收系统在吸收塔内，脱硫液中的氢氧化钠与从烟气中捕获的SO2、SO3等发生化学反应，生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠等物质。脱硫后的净烟气通过除雾器除去气流中夹带的雾滴后排出吸 收塔。SO2吸收系统主要由脱硫主塔、连接烟道(副塔)、喷淋层、组合式除雾器、预埋件及外部钢结构、冲洗系统组成。5相关的设计计算5.1 脱硫剂液箱容量与设计(1)石灰消化池本设计采用化灰池搅拌器，得含固率为15%勺石灰浆液，其密度为1.2 t/ m3,熟石灰的质量流量为26.46 + 5
18、6 X 78=36.86kg/h 。按照工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规2h的浆液消耗量，所范(HJ 462 2009),脱硫剂浆液贮罐的容量宜不小于设计工况下 以，熟石灰浆液箱容量为V浆液箱36.8615% 1.2 100032 = 0.41m所以设计V浆液箱为0.5m3。尺寸：直径 4 =085m,高度h=0.86m。(2)钠碱溶解池 3钠碱溶解池的有效谷积取 1.5m。尺寸：直径。=1.23m ,高度h=1.24m。5.2 增压风机30t/h 锅炉相当于24.5MW 机组容量，参考HJ/ T 179-2005经验，机组容量在300MW以下，脱硫增压风机可选用高效离心风机，增压风机的风
19、量为满负30t/h荷工况下烟气量的110%，增压风机的压头为脱硫装置在满负荷工况下并考虑10c温度裕量下阻力的120%。所以增压风机的风量为Q =19000 110% = 20900m3 / h正常状态下，烟气动过烟气管道、进口挡板、脱硫塔喷淋层、除雾板、烟气管道、出口挡板，整个系统压降为 P=AP管道+ P挡板+ P喷淋+ AP除雾 P管道约为210Pa P挡板约为2X5=10Pa P喷淋约为85 Pa P除雾约为15 Pa所以 P=210+10+85+15=320Pa5.3 SO2吸收系统5.3.1 塔径及底面积计算塔内流速：设v=2m/s2Q vS v ：. rQ 20900/3600
20、,r0.96m、v二3.14 222底面积S =斯=2.9m5.3.2 脱硫塔高度计算循环水泵流量:-Q HG q=iGoe液气比取L/G= 2.1 ,烟气中水气含量设为4%= 2.1 20900 1 .0.04 /42.13m3/h1000塔底浆液区的高度：塔底浆液区取泵5min的流量，则H1 = (42.13 + 60乂5)23.8 = 0.924m计算洗涤反应区高度：停留时间取2.5秒，则洗涤反应区高度H2 =2.0M2.5 = 5.0m反应区为二级喷淋，层间距 2.2m 除雾区高度取3.0米，所以，H 3=3.0m第一级除雾器距离最上一层喷淋层距离为1m第二级除雾器距离第一级除雾器1m
21、第二级除雾器上端留有 1.0m的间隙管道直径：D =2 , Q 进气口烟气管道直径进气口烟气流速不超过15m/sc 20900/3600 c /二2 0.71m3.14 15取管道直径D管道为0.8 m所以管道烟气流速为13.4 m/s脱硫塔总高度:H =H +H2 +H3 +D 管道=0.924+5+3.0+0.8 = 9.7m6附图附图1双碱法烟气脱硫工艺流程图1.锅炉匚好电除尘毒3.褐炉引风机九睨京风机LBUFJ5.拦板瓦巴，接搏率MCEL噢收塔乩清水泉凡H艺过程用事10.牯环第口.钠找法12 .她最治13 .生石发罐14 .化版范挎.回流收箕箱 旖.混合也17 .再生素18 .苒生治19 .沉淀范20 .事才聚港暗附图2吸收塔系统至:，帝龙工艺f|=b2二岳山心工工木1=1:至二遭次黑鼻.JI石友及液r由药在娱亚江昂司1=1迎汶,亲肃事枇禁:史若至事过我菱有附图3吸收塔平面图