大气污染课程设计SHS2025锅炉中硫的除尘去硫湿式石灰法系统工艺设计.docx

目录
1 引言 1
2 二氧化硫的控制及处理方法 2
3 湿式石灰法原理 3
4 湿式石灰法脱硫具有的特点 3
5 烟气量的计算 3
6净化系统设计方案 6
6.1 净化系统的组成 6
6.2 净化系统设计的基本内容 6
7 设备结构设计计算 7
7.1 除尘设备结构设计 8
7.2 脱硫设备结构设计 9
8 烟囱的设计 11
9 风机的选型与阻力的计算 16
10 结束语 19
参考文献 20

1 引言
我国是煤炭资源十分丰富的国家，一次能源构成中燃煤占75％左右。随着我国经济的快速发展，煤炭消耗量不断增加，二氧化硫的排放量也日趋增多，造成二氧化硫污染和酸雨的严重危害。据最新报道，1999年我国二氧化硫排放总量为1857万吨，其中工业来源为1460万吨，生活来源为397万吨。酸雨区面积占国土面积的30％，主要分布在长江以南、青藏高原以东的广大地区及四川盆地。对106个城市的降水pH值监测结果统计表明，降水年均pH值低于5.6的有43个城市，占统计城市的40.6％。统计的59个南方城市中，降水年均pH低于5.6的有41个，占69.5％。
酸雨使得森林枯萎，土壤和湖泊酸化，植被破坏，粮食、蔬菜和水果减产，金属和建筑材料被腐蚀。空气中的二氧化硫也严重地影响人们的身心健康，它还可形成硫酸酸雾，危害更大。
为防止二氧化硫和酸雨污染，1990年12月，国务院环委会第19次会议通过了《关于控制酸雨发展的意见》。自1992年在贵州、广东两省，重庆、宜宾、等九个城市进行征收二氧化硫排污费的试点工作。1995年8月，全国人大常委会通过了新修订的《大气污染防治法》。1998年2月17日，国家环保局召开了酸雨和二氧化硫污染综合防治工作会议。这都说明我国政府高度重视酸雨和二氧化硫污染的防治。
国家环保局局长解振华指出：“成熟的二氧化硫污染控制技术和设备是实现两控区控制目标的关键因素。”他同时指出：为了实现酸雨和二氧化硫污染控制目标，要加快国产脱硫技术和设备的研究、开发、推广和应用。因此研究开发适合我国国情的烟气脱硫技术和装置，吸收消化国外先进的脱硫是当前的迫切任务。  
能源工业是国民经济的基础，我国的能源结构以煤为主且在短期内难以改变。煤炭的大量使用，造成严重的环境问题，其中SO2是形成酸雨的主要物质之一，因此燃煤脱硫对环境保护、社会效益、经济效益各方面非常重要          
我国从20世纪70年代开始电站锅炉的烟气脱硫技术的研究，但进展缓慢。由于工业发展，燃煤增加，酸雨的危害日益严重，对SO2的污染控制技术在七五期间被列入国家重点攻关项目。此后经过多年努力，与引进技术相结合，建立了大型工业装置。我国引进的技术虽然设备先进、运行稳定、自控程度高，但投资和运行费用极高，以目前我国的情况很难推广应用。因此急需根据我国国情，开发适应我国市场需要的烟气脱硫技术，达到产业化应用。
2 二氧化硫的控制及处理方法
二氧化硫控制方法多种多样，可以分为三大类：
（1）燃烧前脱硫，如洗煤等。
（2）燃烧中脱硫，如型煤固硫、炉内喷钙等。
（3）燃烧后脱硫，即烟气脱硫（FGD），是目前应用最广、效率最高的脱硫技术
我国近年来大气污染严重，据国家环保局统计，1997年，我国的SO排放量达2346万吨，超过美国及欧洲国家，成为世界SO排放第一大国。1998年开始由于国家政策倾斜及环境问题越来越受到人们的重视，排放量开始下降，但大幅度控制SO排放仍迫在眉睫。目前，控制SO排放的最有效途径是FGD技术，即烟气脱硫。烟气脱硫技术一般分为湿法、干法、半干法三大类。
湿法脱硫是我国应用最广泛、最具发展前途的烟气脱硫方法，但普遍采用的方法都是从国外公司购买己经成熟的技术[1]。湿式脱硫除尘技术是由水、气、固三相工艺技术组成的一个系统，而不能仅仅把它看成是一个脱硫除尘器。从推广应用角度来说，水系统的完好性，对发挥该技术在脱硫中的作用有着更为现实和重要的意义。
3 湿式石灰法原理
基本原理：采用石灰浆液吸收烟气中的SO2，分为吸收和氧化两个阶段。先吸收生成亚硫酸钙，然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙（即石膏）[2]。总的反应过程为：

系统构成或主要设备：泵，喷淋塔，除雾器，再热器，换热器 ，喷淋器。主要工艺参数：运行PH值>9；烟气流速：1～5m/s；石灰/石灰石浆质量浓度：10%~15%；除雾器残余水分<100mg/m3；液气比：8～25 L/m3 ；气液反应时间：3～5s；喷嘴出口流速10m/s；一般喷淋层3～6层，喷淋交叉覆盖率200％～300％；再热烟气温度>75℃；脱硫石膏含水率40％～60％；脱硫系统阻力：2500～3000pa[3]。
4 湿式石灰法脱硫具有的特点
优点：技术成熟；脱硫效率高，可达95%以上；烟气处理量大；煤种适应性强，对高硫煤优势突出；吸收剂利用率高；
缺点：设备腐蚀；易于结垢、堵塞；投资费用高；占地面积大，耗水量相对较大，有少量污水排放[4]。
5 烟气量的计算
已知：设计耗煤量：2.4t/h
设计煤成分：CY=64.5% HY=4% OY=3% NY=1% SY=1.5% AY=14% WY=12% VY＝15％属于中硫媒，排烟温度：160℃，空气过剩系数：1.25，飞灰率：29％，烟气在锅炉出口前阻力：800Pa，污染物排放按锅炉大气污染排放标准中2类区新建排污项目执行，连接锅炉，净化设备及烟筒等净化设备系统的管道假设长度150m，90°弯头30个。
以1Kg煤为基准，则由已知可：
表2.1 各个反应参数

质量（g）
摩尔数（mol）
需氧数（mol）
生成物（mol）
C
H
O
N
S
A
W
V
645
40
30
10
15
140
120
150
53.75
40
1.875
0.714
0.469

6.667

53.75
10
-0.9375
0
0.469
0
0
0
CO:53.75
HO:20

SO:0.469

（1）所以由上表可得燃煤1kg的理论需氧量为：

（2）假定干空气中氮与氧的摩尔比为3.78， 则1kg该煤完全燃烧所需理论空气量为：
即：
（3）空气过剩系数：。
实际所需空气量为：
即:
（4）理论烟气量为：
53.75＋20＋6.667＋0.469＋63.282*3.78=320.092mol/kg媒
即：
空气过剩系数：
实际烟气量为：
（5）燃用1kg该煤产生的烟气量中：
a.含有的水量为：mol
即质量为：：g
b.含有的量为：
即质量为：：
c.含有的量为：=0.469mol
即质量为：=0.469×64=30.016g
即的浓度为：
d.含有的烟尘的浓度为：
（5）所以在该设计下所得的总烟气量为：

（6）因排烟温度为160摄氏度，即T=433K.由公式： 可得：

所以有在排烟温度160摄氏度下，烟气中的浓度为：

烟气中粉尘的浓度为：
在该温度下所得的总烟气量为：

6净化系统设计方案
6.1 净化系统的组成
一般净化系统由以下几部分组成：
（1） 集气罩 集气罩是用以捕集污染空气的，其性能对净化系统的技术经济指标由直接的影响。由于污染源设备结构和工作操作工艺的不同，集气罩的形式也多种多样的。
（2） 风管 在净化系统中用以输送气流的管道称为风管，通过风管使系统的设备和部件连成一个整体。
（3） 净化设备 为了防治大气污染，当排气中污染物含量超过排放标准时，必须采用净化设备进行处理。达到排放标准后，才能排入大气。
（4） 通风机 通风机是系统中气体流动的动力。为了防治通风机的磨损和腐蚀，通常把风机设在净化设备后面。
（5） 烟囱烟囱是净化设备的排气装置，由于净化后的烟气仍含有一定量的污染物，这些污染物在大气中扩散，稀释，并最终沉降到地面。为了保证污染物的地面浓度不超过大气环境质量标准，烟囱必须有一定的高度。
6.2 净化系统设计的基本内容
净化系统设计的基本内容包括污染物的捕集装置。输出管道，净化设备及排放烟囱设计四个部分。当然，为了满足系统正常运行的需求，还应针对处理污染物的特性，完成上述系统增设设备及附件的设计。
（1） 捕集装置的设计 污染物的捕集装置通常是集气罩。设计内容主要包括集气罩结构形式，安装位置以及通风机参数确定等内容。此设计采用外部集气罩，它的结构简单，制造方便，吸气方向与污染气流方向往往不一致，一般需要较大的排风量才能控制污染气流的扩散，而且容易受到室内横向气流的干扰，捕集效率很低。采用侧吸罩形式。
（2） 输出管道设计 管道设计主要包括管道布置，管道内气体流速确定，管径选择，压力损失计算以及通风机选择等内容。
（3） 净化设备选择 按以下程序进行：工程调查。根据排放标准和生产要求，计算需要达到的净化效果。根据污染物性质和操作条件确定净化方法和净化流程。对设备的技术指标和经济指标进行全面比较，选定最适宜的净化设备。确定净化设备的型号规格及运行参数。
（4） 排放烟囱设计 主要包括结构尺寸及工艺参数的设计。
以上相应设计在下面计算。
7 设备结构设计计算
湿式除尘器具有投资低，操作简单占地面积小，能同时进行有害气体的净化、含尘气体的冷却和加湿等优点，特别适用于处理高温高湿和有爆炸性危险的气体的净化。文氏管洗涤器主要用于净化细微粉尘，能除去1—5的尘粒，效率高而且不会产生二次飞扬，特别对粒径在2以下具有粘附性和潮解性的粉尘，更是适宜，因而在很多部门都得到采用。但是它有比较大的缺点，首先是压降大。当除去l以上的尘粒时，压降为200左右，效率约为98%，当粉尘粒径小于0．5时，压降要高达1000，效率也较低。其次是含尘污水的处理。文氏管洗涤器由于用水量较大，在设计与选用时必须充分考虑污水处理，以免造成水源的污染。
7.1 除尘设备结构设计
由前面计算可得：进口烟气流量为:

进口烟气浓度为：2.32
设计喷雾塔洗涤器除尘。
一般空塔流速为0.6-1.5m/s,此处以1m/s进行设计，
则可得吸收塔直径为：
V=A·v （4.1）
所以可得： （4.2）
，取3.6m
校正： （4.3）

计算喷雾塔的高 由
h=v·t （4.4）
其中：v —烟气流速。 此处取v=1m/s
t —喷雾时间，此处取t=2s进行设计，则可得其有效高度为：
一般取除尘器压力算损失为200Pa.液气比为：0.4～2.7.喷水压力：0.1～0.2ūPa。
7.2 脱硫设备结构设计
一般空塔流速为1-5m/s,此处以1m/s进行设计，
则可得吸收塔直径为：
V=A·v （4.5）
所以可得： （4.6）
，取3.6m
校正： （4.7）

计算吸收塔的高 由
h=v·t （4.8）
其中：v —烟气流速。 此处取v=1m/s
t —吸收反应时间，一般石灰系统的烟气脱硫时间为6—10s,此处取t=7s进行设计，则可得其有效高度为：
物料平衡计算的主要参数：

56 64 172
30.016×2400
因根据经验一般钙/硫为：1.051.1，此处设计取为1.05 则由平衡计算可得1h需消耗的量为：

根据质量浓度

式中，V——m3带入数据可得：
假定通过喷雾干燥器后生成的有30%以粉尘的形式进入烟气，经过喷雾干燥后烟气温度变为40—60摄氏度，此处取平均温度47摄氏度进行计算。
（1） 则在此温度下烟气体积为：
（2）则可得进入粉尘浓度为：

（3）该喷雾干燥吸收塔的吸收效率为：96%
则由前面的计算可得：二氧化硫的初始浓度为：

8 烟囱的设计
（1）烟囱直径的计算：
烟囱出口内径按下式计算：
（m） （5.1）
式中， Q——通过烟囱的总烟气量，m3/h；
W—烟囱出口烟气流速 , m/s。
表5.1 烟囱出口烟气流速/（）
通风方式
运 行 情 况
全 负 荷 时 最小负荷
机 械 通 风
10—20
4—5
自 然 通 风
6—10
2.5—3
选定w=20则可得
，取0.8m。
由设计任务书上可得所有锅炉的总的蒸发量为20t/h，
表5.2 锅炉烟囱高度/(m)
锅炉总额定出力/(t/h)
<1
1～2
2～6
6～10
10～20
26～35
烟囱最低高度
20
25
30
35
40
45
根据锅炉大气污染排放标准中的规定则可确定烟囱的高度必须大于40m[6] 。
（2） 排烟温度下烟气量QV：
因排烟温度为160摄氏度，即T=433K.由公式：
（5.2）
带入数据可得：

在该温度下所得的总烟气量为：

（3） 烟气热释放率：
（5.3）
式中，——烟气的热释放率，；
—大气压力， hPa，查得近年平均值为906.35hPa；
　 ——实际排烟量，；
—烟囱出口处烟气温度，单位为绝对温度（K），本设计中为433K；
—烟囱出口处环境平均温度，单位为绝对温度（K），查得太原市年平均气温在本设计中取20℃；
带入数据可得：

（4） 烟气抬升高度ΔH的计算
由霍兰德公式：
（5.4）
式中，ΔH——烟气抬升高度，m；
—烟气出口流速，m/s，本设计中取为20m/s；
—烟囱出口内径，2.3m ；
—烟囱出口处的平均风速，2.5m/s；
带入数据可得：

又有公式：
（5.5）
式中，——烟气的热释放率，；
—烟囱出口处的平均风速，2.5m/s；
Hs ——烟囱有效高度，m；
——系数，可按表6.3查得。查得城市近郊区：当
表6.3 系数的值
/KW
地表状况

≥21000
农村或城市远郊区
1.427
1/3
2/3
城市或近郊区
1.303
1/3
2/3
＜21000
且ΔT≥35K
农村或城市远郊区
0.332
3/5
2/5
城市或近郊区
0.292
3/5
2/5
带入数据可得：

算得：
Hs=51.84m
Hs=51.84m>45m,符合标准。
（5）烟囱几何高度H：
（5.6）
式中，H——烟囱几何高度 ，m；
ΔH——烟气抬升高度，m；
Hs ——烟囱有效高度，m；
带入数据可得：

（6） 烟囱高度较核

式中，——污染物在y,z方向上的标准差，，取0.8；
——烟气出口处的平均风速，，取2.5；
——SO排放量，，为38.6；
——地面最大浓度，；
H——烟囱几何高度 ，m；
带入数据可得：

（根据《环境空气质量标准》各项污染物浓度限值），符合标准[7]．
（7）烟囱底部直径：
（5.7）
式中，H—烟囱高度，m.
i— 烟囱椎角。烟囱椎角i通常取i= 0.02—0.03，取i=0.02；
带入数据可得：
取4.6m。
（8）烟囱阻力计算：
假设标况下烟气的密度为：1.46 Kg/m3,则可得在实际温度下的密度为：；
平均烟囱直径：
（5.8）
式中，d1—烟囱出口内径；
d—烟囱底部直径。
带入数据可得：

烟囱阻力为
（5.9）
式中， L—烟囱长度m；
d—烟囱直径，m；
—烟气密度，Kg/m3；
v—管中气流平均流速,m/s；管道内烟气流速v对于锅炉内烟尘v=10—25，此处设计取v=20；
—摩擦阻力系数。
带入数据可得：

9 风机的选型与阻力的计算
(1) 管径的计算
（m） （6.1）
式中，V—工况下管道的烟气流量，m3/s；
v—管道内烟气流速，m/s。
带入数据可得：

（2）摩摖压力损失 对于圆管
（6.2）
式中， L—管道长度m；
d—管道直径m；
—烟气密度，Kg/m3；
v—管中气流平均流速，m/s；
—摩擦阻力系数。
带入数据可得：

（3）局部阻力损失：
（6.3）
式中，—管道的局部阻力系数；
v—与相对应的断面平均气流流速，m/s；
—烟气密度；
已知连结锅炉、净化设备及烟囱等净化系统总需90度弯头30个，查表可得=0.29
带入数据可得：

30个弯头总压力损失为：
（6.4）
带入数据可得：
（4） 系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力为200Pa,喷雾干燥吸收塔的总阻力为：1566Pa）为：
=锅炉出口前阻力+设备阻力+管道阻力烟囱阻力+除尘器阻力=800+1566+675+177.87+200=3418.87Pa
（5） 风机风量的计算:
（6.5）
式中， 1.1—风量备用系数；
V — 通过风机前的风量；
－风机前温度，，取锅炉排烟温度160。
带入数据可得：

（6） 风机风压的计算
（6.6）
式中，1.2—风压备用系数；
—系统总阻力，Pa；
－风机前温度，；
－风机性能表中给出的实验用气体温度，：
－标准状态下烟气密度，取1.34。
所以可得
根据和选定G、锅炉通风机，性能如下。
机号传动方式
转速
流量()
全压（Pa）
轴功率/KW
电动机型号
电动机功率/KW
20D
730
104600
1378
94.55
Y5-47
160
电动机功率的计算：
（6.7）
式中，风机风量，；
-风机风压，Pa；
－风机在全压头时的效率，取0.6；
－机械传送效率，此采用风机直接与电机传动，取1；
－电动机备用系数，取1.3。
则代入公式：

10 结束语
通过这几天的努力，把老师教给的任务得以全部完成，通过这些天的学习，让我对湿式石灰法除尘脱硫有了深层的了解。让我了解了硫烟媒烟气湿式石灰除尘脱硫一体化系统构造和工作原理，以及它的净化设备的工作原理和其特点，还有各个运算步骤的设计和构造。还有目前，世界各国日益重视由锅炉燃烧所生成的烟尘、SO2和NOx所造成的环境危害，特别是一些发达的工业化国家，已制定了严格的法律、法规和技术保障措施，控制锅炉燃烧过程中的污染物生成，并采取措施减少其排放量。
　　以上综合介绍了国外较成熟的烟气脱硫技术和几个主要工业发达国家燃煤电厂烟气脱硫技术及使用情况，以促进我国燃煤电厂对烟气脱硫的重视和脱硫技术的发展。
从中学到了许多在课本上所学不到的东西，而且锻炼了自己画图的水平，提高了自己的能力，使自己也更深地了解了喷雾干燥技术的优点及原理，为以后走上工作岗位奠定了一定的基础。此设计由于时间紧凑，其中难免有许多不足之处，希望老师及各位读者批评知道。
由于本人的能力有限，收集的材料也有限，在课程设计难免会出现错误和缺点，还望老师批评，谅解。
此外，还要感谢赵老师的辅导和帮助！
参考文献
[1] 钟秦.燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例「M].北京:化学工业出版社2002.
[2] 郝吉明，马广大.大气污染控制工程[M].第二版.北京：高等教育出版社，2002:45～48
[3]黄学敏.张承中.大气污染控制工程实践教程.北京：高等教育出版社，2003
[4] 刘天齐.三废处理工程技术手册·废气卷[M].北京：化学工业出版社，1999
[5] 刘景良.大气污染控制工程[M].北京：中国轻工业出版社，2002：300～305
[6] 张殿印.除尘工程设计手册. 北京：化学工业出版社，2003
[7] 童志权.工业废气净化与利用. 北京：化学工业出版社，2003