燃煤锅炉脱硫系统设计.pdf

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1、. . 环境工程综合实验 课程设计 专业: 环境工程 姓名: 学号: . . 目录 1 课程设计题目3 2 设计依据 3 2.1 技术标准及依据. 3 2.2 设计参数及参数范围. 3 2.3 设计原则及设计目标. 4 3 污染源强分析 4 3.1 污染物浓度的计算. 4 3.2 烟气中 SO2的浓度计算 6 3.3 烟气 SO2排放量的计算 6 4 工艺设计 7 4.1 工艺选择 . 7 4.2 吸收设备的选择. 7 4.3 工艺原理 . 8 4.4 脱硫系统工艺流程. 9 4.5 工艺组成 . 9 5 相关的设计计算 . 10 5.1 脱硫剂液箱容量与设计. 10 5.2 增压风机 . 1

2、0 5.3 SO2吸收系统 10 5.3.1 塔径及底面积计算. . 10 5.3.2 脱硫塔高度计算. . 11 6 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 13 . . 1 课程设计题目 四川省某火电厂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（HJ4622009） （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 （GB

3、3095-1996） （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： 30 t/h 锅炉一台 烟气排放量：19000m 3/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/ 3 N m 含硫率： 1.1% 锅炉热效率：75% 空气过剩系数：1.2 (2) 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（ HJ 4622009） ，故有 : 液气比（ G/L）为 2 钙硫比

4、（ Ca/S）为 1.1 . . 净化效率不小于 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/m 3 （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 （GB3095 1996） 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/m 3 （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

5、硫率为1.1%，选择煤种为无烟煤 以 1kg 无烟煤为基础，则： 成分质量 /g 物质的量 /mol 理论需氧量 /mol C 649.572 54.131 54.131 H 25.308 12.654(分子) 6.327 O 14.06 0.879 -0.4395 N 6.327 0.226 (分子) S 7.733 0.242 0.242 H20 75 4.17 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

6、： 60.2605 (1+3.78) mol/kg =288.0452 mol/kg （燃煤） 即标况下 288.0452 22.4 1000 m 3 N /kg = 6.452 3 N m/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 ； H2O 12.654+4.17=16.824 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=

7、282.383mol/kg （燃煤） 282.383 22.4 1000 3 N m /kg = 6.325 m 3 N /kg （燃煤） 理论湿烟气量为： （282.383+16.824 ）mol/kg=299.207mol/kg （燃煤） 299.207 22.4 1000 m 3 N /kg = 6.702 3 N m /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+理论空气量 （空气过剩系数-1 ） =6.325+ 6.452 0.2 = 7.6154 3 N m/kg （燃煤） 实际湿烟气量Vfg = 理论湿烟气量+理论空气量

8、 （空气过剩系数-1 ） =6.702+ 6.452 0.2 = 7.9924 3 N m/kg （燃煤） (4) 锅炉燃煤量： hkg Q iiD B/ )( 12 低 式中： D：锅炉每小时的产汽量（kgh）； Q低：煤的低位发热量（kcal/kg ） ：锅炉的热效率（ % ）； i2：锅炉在某工作压 力下的饱和蒸汽热焓 （kcal/kg）； 1.25MPa 时为 1400.4kJ/kg i 1：锅炉给水热焓（ kcal/kg ），一般给水温度取20，则 i1=84.80kJ/kg， 则: hthkgB/37.2/52.2371 %7522190 )80.844.1400(100030 (

9、5)标准状态下的总干烟气量： hmN/07.1806052.23716154.7 3 标准状态下的总湿烟气量： hmN/14.1895452.23719924.7 3 取设计烟气量为19000 3 N m /kg . . 3.2 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： PSGso Y 10002 2 (Kg/t) 式中： S Y- 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 ） ，% 94.13919.0%)1 .13 .70(1000210002 2 PSGso Y Kg/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

10、： 100 ) 100 1 (2)( 2 ar Sq BgKSOM 式中： M(SO2) 脱硫装置入口烟气中的SO2 质量流量， t/h K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/h q锅炉机械未完全燃烧的热损失，% Sar燃料的收到基硫分， % 所以： hKgSOM/742.24 100 1.1%3 .70 ) 100 25 1(37.29.02)( 2 烟气中 SO2 的实测浓度为： /302.1 19000 1000 742.24g 3 N m 根据锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）的相关规定，需将实物浓度折算，规定说明 燃煤

11、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： CC 式中 C 折算后的烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度，g/ 3 N m C 实测的烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度，g/ 3 N m 实测的过量空气系数 规定的过量空气系数 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： /868 8.1 2.1 302.1mgc 3 N m 3.3 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 4622009）对于 65t/h以下工业锅炉 . . 脱硫装置的

12、设计脱硫效率不宜小于80% 的标准。 则每小时去除SO2的量为： hkg /194.13%801019000868 6 出口烟气中SO2的排放量为： hkgsmg/298.3/3298%)801 (1019000868 6 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1.5 倍，故取烟囱出口流速v 为 9.0m/s ；取 y z 为 0.5; 烟气出口处烟流温度Ts 为 155；烟囱 高度取 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： mD T TT u DV H s asS 53.11)2 428 2

13、93428 7 .25.1( 5 20.9 )7 .25.1( 总高度 H=60+11.53=71.53m 地面最大浓度 3 2max /0151.0 53.715 5 .032982 mmg e 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/m 3，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多。 相对于以上三

14、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”三统一原则，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些要求。 .

15、 . 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： +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

16、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。 + . . 4.4 脱硫系统工艺流程 主塔 副塔 引风机 烟囱 P-1 P-2 P-3 沉灰池 再生反 应池 泵前 池 泵 P-4 P-5 P-6 P-7 P-8 澄清池 P-10P-11 石灰浆 槽 石灰化灰 池 石灰 P-12 P-13 P-14

17、 锅炉烟气 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

18、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% 的石灰浆液，其密度为1.2 t/ m3， 熟石灰 的质量流量为26.46 5678=36.86kg/h 。按照工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规 范（ HJ 4622009），脱硫剂浆液贮罐的容量宜不小于设计工况下2h 的浆液消耗量

19、，所 以，熟石灰浆液箱容量为 3 m41.02 10002.115% .8636 浆液箱 V 所以设计 V 浆液箱为0.5m 3。 尺寸：直径 =0.85m ，高度 h=0.86m。 (2) 钠碱溶解池 钠碱溶解池的有效容积取1.5m 3 。 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10温度裕量下阻力的120%

20、。 所以增压风机的风量为 hmQ/20900%11019000 3 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=P 管道 +P 挡板 + P 喷淋 + P 除雾 P 管道约为 210Pa P 挡板约为 25=10Pa P 喷淋约为 85 Pa P 除雾约为 15 Pa 所以 P=210+10+85+15=320Pa 5.3 SO2吸收系统 5.3.1 塔径及底面积计算 塔内流速：设v=2m/s . . 2 rvvSQ m v Q r96.0 214.3 3600/20900 底面积 22 9.2mrS 5.3.2 脱硫塔高度计算 液气比

21、取L/G= 2.1 ，烟气中水气含量设为4% 循环水泵流量：hm ML HGQ G L Q/13.42 1000 04. 01 209001. 2 )/(1000 3 3 塔底浆液区的高度： 塔底浆液区取泵5min 的流量，则mH924.08.3)56013.42( 1 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mH0.55.20 .2 2 反应区为二级喷淋，层间距2.2m 除雾区高度取3.0 米，所以， H3=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 第二级除雾器上端留有1.0m 的间隙 进气口烟气管道直径进气口烟气流速不超过15

22、m/s 管道直径：m v Q D71.0 1514.3 3600/20900 22 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： mDHHHH7.98.00.35924.0 321管道 . . 6 附图 附图 1 双碱法烟气脱硫工艺流程图 . . 附图 2 吸收塔系统 附图 3 吸收塔平面图 单纯的课本内容，并不能满足学生的需要，通过补充，达到内容的完善 教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。 . . 单纯的课本内容，并不能满足学生的需要，通过补充，达到内容的完善 教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。