环境工程课程设计大气.doc

前言
据记录,我国目前约有30万台中小型燃煤工业锅炉,耗煤量占全国原煤产量的1/3。而这些锅炉中,大部分没有安装脱硫设备,致使许多地区酸雨屡屡发生,严重危害了工农业生产和人体健康。因此,烟气脱硫是当前环境保护的一项重要工作。能用于烟气脱硫和除尘的设备很多，但要满足运转稳定可靠、不影响生产同时去除且压力降较小等规定，以袋式除尘器和旋流板为宜。
1. 设计任务书
1.1. 课程设计题目
燃煤采暖锅炉烟气解决系统设计
1.2. 设计原始材料
锅炉型号：SZL4-13型（额定热功率2.8MW），共3台
设计耗煤量：600 kg/h·台
烟气温度：160℃
脱硫塔出口烟温：60℃
标准状态下烟气密度：1.34kg/m3
空气过剩系数：α=1.4
锅炉外形尺寸：4866×3660×2550
锅炉烟囱尺寸：Φ600
排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：16%
烟气在锅炉出口前阻力：800Pa
本地大气压力：97.86kPa
冬季室外空气温度：5℃
标准状态下空气含水：0.01293kg/m3
烟气其他性质按空气计算
煤的工业分析值：
C=68% H=4% S=1% O=5%
N=1% W=6% A=15% V=13%
锅炉大气污染物排放标准（GB 13271-2023）二类标准：
标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m3
标准状态下二氧化硫排放标准：900mg/m3
2. 设计概况
2.1. 设计内容
某燃煤采暖锅炉，烟气排放最大量Q=18450m3/h，烟气最高温度160℃，烟气含尘量2340mg/m3，烟气中二氧化硫含量1950mg/m3。
2.2. 设计依据
《锅炉大气污染物排放标准》 GB13271-2023
《袋式除尘器技术规定》 GB/T6719-2023
《袋式除尘器性能测试方法》 GB12138-89
《袋式除尘器安装技术规定与验收规范》 JB/T8471-1996
《环境空气质量标准》 GB3095-1996
2.3. 设计规定
2.3.1. 排放标准
锅炉大气污染物排放标准（GB 13271-2023）二类标准：
标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m3
标准状态下二氧化硫排放标准：900mg/m3
3. 解决工艺设计
3.1. 除尘工艺设计
3.1.1. 各除尘器的简述
离心式除尘器 离心分离除尘器的工作原理是，运用烟气作旋转运动，依靠离心作用将烟气中粉尘分离出来。这种离心力要比单独靠中立获得的分离大得多，因而除尘较有效。它的结构简朴，运营操作方便，可以分离捕集较细的粉粒，但除尘效率不高，约85%左右，阻力一般不大于1000Pa，因此，它被广泛应用于独立的除尘装置，也可作其他除尘器的预解决装置。
洗涤式除尘器 洗涤式除尘器是用液滴、液膜、气泡等洗涤含尘气体，使含烟气互相凝集，从而使尘粒得到分离的装置。其中应用最多的是文丘里洗涤除尘器，它的重要部件是文丘里管。压力水从文丘里管的喉口的小孔进入，高速的含尘烟气流通过喉口将水雾化成无数水滴，同时使尘粒粘附在所生产的水滴上。将这种气液混合物引入分离器，使水滴与尘粒分离，烟气得到净化。文丘里洗涤器的除尘效率一般在95%以上，它随液滴直径、喉管气速的增长而增长。当液滴直径比尘粒大50倍时，其除尘效率最高。这种除尘器结构简朴，除尘效率高，水滴还能吸取烟气中的二氧化硫的三氧化硫。其缺陷是阻力大，需要有污水解决装置。
袋式除尘器 袋式除尘器是使含尘气体通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置，采用玻璃纤维作滤料的空气过滤器，重要可用于通风及空气调节的气体净化。袋式除尘器的除尘机理如下：含尘气体进入滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体从排出口排出，沉积在滤料上的粉尘可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中。粉尘因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，逐渐在滤袋表面形成粉尘初层。初层形成后，它成为袋式除尘器的重要过滤层，提高了除尘效率，滤布起形成粉尘初层和支撑它的骨架作用，但随着粉尘在滤袋上的积聚，滤袋两侧的压力增大，会把有些已附在滤料上的细小粉粒挤压过去，使除尘效率下降。袋除尘器的阻力一般为1000-2023Pa。此外，若除尘器阻力过高，还会使除尘系统的解决气体量下降，影响生产系统的排风效果。因此，除尘器阻力达成一定数值后要及时清灰，清灰不能过度，即不应破坏粉尘初层，否则会引起除尘效率显著减少。
电除尘器 电除尘器是运用静电力实现尘粒与烟气流分离的一种除尘装置。电除尘器是在放电极与平板状集尘极之间加以较高的直流电压，使电晕极发生电晕放电。当含尘烟气低速流过放电极与集尘极之间时，一方面烟气中的气体分子发生电离，由于含尘烟气中大部分气体（氮气、氢气、二氧化碳）与电无亲和力，故会带负电荷成为负离子，它在向正极移动中碰到随烟气流动的大部分粉尘会使粉尘取得负电荷而转向阳极板上，使粉尘所带的电荷得到中和。集尘板上粉尘到一定厚度时，可用机械振打的方法使之落入灰斗。
电除尘器的除尘效率与电场强度、集尘板面积、烟气流量、粉尘趋进速度，特别是粉尘的导电性有关，电除尘器具有很高的除尘效率（可达99.99%），可捕集到0.1μm以上的尘粒。它阻力小，运营费用低，解决烟气量的能力大，运营操作方便，可完全实现自动化。缺陷是设备庞大，投资费用高。
旋风除尘器 旋风除尘器是运用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气-固分离装置。旋风除尘器用于工业生产以来，已有百余年历史。对于捕集5-10μm以上的粉尘效率较高，其除尘效率可达90%以上，被广泛地应用于化工、石油、冶金、建筑、矿山、机械、轻纺等工业部门。
旋风除尘器结构简朴，除尘器自身无运动部件，不需特殊的附件设备，占地面积小，制造、安装投资较少。操作、维护简朴，压力损失中档，动力消耗不大，运转、维护费用较低。操作弹性较大，性能稳定，不受含尘气体的浓度、温度限制。对于粉尘的物理性质无特殊规定，同时可根据化工生产的不同规定，选用不同材料制成，或内衬各种不同的耐磨、耐热材料，以提高使用寿命。
3.1.2. 重要除尘器的选用
在选择除尘技术时，应充足考虑经济性、可靠性、合用性和社会性等方面的影响。除尘技术的拟定受到本地条件、现场条件、燃烧煤种特性、排放标准和需要达成的除尘效率等多种因素的影响。
针对目前环保规定、污染物排放费用的征收情况以及静电除尘器和布袋除尘器在性能上的差异和在各行各业应用的实际情况，对两种除尘器在实际应用中的基本性能做一个简朴客观的对比。
1）除尘效率
布袋除尘器：对人体有严重影响的重金属粒子及亚微米级尘粒的捕集更为有效。通常除尘效率可达99.99%以上，排放烟尘浓度能稳定低于50mg/Nm3，甚至可达10 mg/Nm3以下，几乎实现零排放。
电除尘器：随着国家环保标准的进一步提高和越来越多的电厂燃用低硫煤（或者通过了高效脱硫），比电阻大，即使达标也变得越来越困难。而布袋除尘器的过滤机理决定了它不受燃烧煤种物化性能变化的影响，具有稳定的除尘效率。
针对目前国家环保的排放标准和排放费用的征收办法，布袋除尘器所带来的经济效益是显而易见的。
2）系统变化对除尘器的影响
锅炉系统是一个经常变动和调节的系统，因此从锅炉中出来的烟气物化性能、烟尘浓度、温度等参数也不能保证不发生变化。这一系列的变化，针对不同的除尘器会引起明显不同的变化。下面从重要的几个方面进行对比：
（1）送、引风机风量不变，锅炉出口烟尘浓度变化
①除尘器：
烟尘浓度的变化只引起布袋除尘器滤袋负荷的变化，从而导致清灰频率改变（自动调节）。烟尘浓度高滤袋上的积灰速度快，相应的清灰频率高，反之清灰频率低，而对排放浓度不会引起变化。
②对静电除尘器：
烟尘浓度的变化直接影响粉尘的荷电量，因此也直接影响了静电除尘器的除尘效率，最终反映在排放浓度的变化上。通常烟尘浓度增长除尘效率提高，排放浓度会相应增长；烟尘浓度减小除尘效率减少，排放浓度会相应减少。
（2）锅炉烟尘量不变，送、引风机风量变化
①对布袋除尘器：
由于风量的变化直接引起过滤风速的变化，从而引起设备阻力的变化，而对除尘效率基本没有影响。风量加大设备阻力加大，引风机出力增长；反之引风机出力减小。
②对静电除尘器：
风量的变化对设备没有什么太大影响，但是静电除尘器的除尘效率随风量的变化非常明显。若风量增大，静电除尘器电场风速提高，粉尘在电场中的停留时间缩短，虽然电场中风扰动增强了荷电粉尘的有效驱进速度，但是这局限性以抵偿高风速引起的粉尘在电场中驻留时间缩短和二次扬尘加剧所带来的负面影响，因此除尘效率减少非常明显；反之，除尘效率有所增长，但增长幅度不大。
（3）烟气温度的变化
①对布袋除尘器：
烟气温度太低，结露也许会引起“糊袋”和壳体腐蚀，烟气温度太高超过滤料允许温度易“烧袋”而损坏滤袋。但是假如温度的变化是在滤料的承受温度范围内，就不会影响除尘效率。引起不良后果的温度是在极端温度（事故/不正常状态）下，因此对于布袋除尘器就必须设有对极限温度控制的有效保护措施。
②对静电除尘器：
烟气温度太低，结露就会引起壳体腐蚀或高压爬电，但是对除尘效率是有好处的；烟气温度升高，粉尘比电阻升高不利于除尘。因此烟气温度直接影响除尘效率，且影响较为明显。
（4）气流分布
①对布袋除尘器：
除尘效率与气流分布没有直接关系，即气流分布不影响除尘效率。但除尘器内部局部气流分布应尽量均匀，不能偏差太大，否则会由于局部负荷不均或射流磨损导致局部破袋，影响除尘器滤袋的正常使用寿命。
②对静电除尘器：
静电除尘器非常敏感电场中的气流分布，气流分布的好坏直接影响除尘效率的高低。在静电除尘器性能评价中，气流分布的均方根指数通常是评价一台静电除尘器的好坏的重要指标之一。
3）运营与管理
（1）运营与管理
①对布袋除尘器：
运营稳定，控制简朴，没有高电压设备，安全性好，对除尘效率的干扰因素少，排放稳定。由于滤袋是布袋除尘器的核心部件，是布袋除尘器的心脏，且相对比较脆弱、易损，因此设备管理规定严格。
②对静电除尘器：
运营中对除尘效率的干扰因素多，排放不稳定；控制相对较为复杂，高压设备安全防护规定高。由于静电除尘器均为钢结构，不易损坏，相对于布袋除尘器，设备管理规定不很严格。
（2）停机和启动
①对布袋除尘器：
方便，但长期停运时需要做好滤袋的保护工作。
②对静电除尘器：
方便，可随时停机。
（3）检修与维护
①对布袋除尘器：
可实现不断机检修，即在线维修。
②对静电除尘器：
检修时一定要停机
4）设备投资
（1）对于常规的烟气条件和粉尘（重要是指比较适合静电除尘器的烟气），两种除尘器排放浓度要达成目前较低的环保规定（如150mg/m3）初期投资布袋除尘器比静电除尘器约高20-35%左右
（2）对于低硫高比电阻粉尘、高SiO2、Al2O3类不适合静电除尘器捕集的粉尘，两种除尘器要达成目前较低的环保规定（如150mg/m3）初期投资静电除尘器和布袋除尘器相称或静电除尘器投资高些。
（3）通常条件下达成相同的除尘效率或者说达成相同的排放浓度，静电除尘器的投资通常要比布袋除尘器的投资高。
以呼和浩特电厂200MW机级为例：
布袋除尘器：
每台机组的除尘器投资＜2023万元，保证排放浓度＜50mg/Nm3以下。
对静电除尘器：
按四电场，比集尘面积130m2/m3/S计算。达标250mg/Nm3,每台除法器投资约2500万元。
5）运营维护费用
（1）运营能耗
对布袋除尘器：风机能耗大，清灰能耗小。
对静电除尘器：风机能耗小，电场能耗大。
但是，总体来讲两种除尘器的电耗相称。对于静电除尘器难以捕集的粉尘，或者说当静电除尘器的电场数量超过4电场时，静电除尘器的能耗比布袋除尘器的要高，也就是说此时的静电除尘器运营费用要比布袋除尘器高。假如按照即将出台的新环保标准，静电除尘器要是做到达标话，必然是采用4电场以上的静电除尘器，其电耗也就一定比布袋除尘器高。
（2）维护费用
　　布袋除尘器的维护检修费用重要是滤袋更换费，从目前实际运营情况来看，一次滤袋的更换费用只需要1.5-2年排污费比静电除尘器的少缴部分就可以抵偿。
　　静电除尘器的维护维修费用重要是对阳极板、阴极线和振打锤等的更换等。此项费用较高，但年限比较长，约6年左右。
（3）经济效益分析
实际运营中布袋除尘器的排放浓度约是静电除尘器的10%，因此，电厂采用布袋除尘器实际交缴的排污费也为静电除尘器排污费的1/10左右。假如按照目前国家征收排污费的情况来看，采用布袋除尘器后每炉/每年的排污费少缴部分是相称可观的，至少上百万到几百万元。按照以前达标即不需要交纳排污费的话，采用布袋除尘器就可以免交排污费。此外，布袋除尘器有约5%左右的脱硫效率；这同样可以减少二氧化硫的排污费。
总之，新的环保标准出台以后，静电除尘器要想做到达标排放，就必须采用4电场以上的除尘器。此时静电除尘器的初期投资已经比布袋除尘器高，同时4电场以上的静电除尘器（或者4电场的高比积尘面积）运营电耗要比布袋除尘器的高很多。因此在新的环保规定下，静电除尘器即使达标，其初期投资和运营费用都比布袋除尘器高。此外，静电除尘器的排放浓度总是在布袋除尘器的10倍左右，目前新的排污费制度下，即使达标了也要对排放粉尘量进行收费，因此两种除尘器即使达标以后，静电除尘器又比布袋除尘器多支出了一笔费用。因此，布袋除尘器必将成为工业粉尘控制的首选设备。

表1 布袋除尘器与电除尘器的比较表
比较的内容
名称
布袋除尘器
静电除尘器

烟气特性的
影 响
烟气的温度
敏感，决不能超温
对效率有影响
压力影响
极小影响
小
湿度
不利，不能超过极限
有利，但要防腐蚀
氧，硫氧化物
影响滤料的选择
有利
烟气的其它成分
几乎没影响
几乎没影响
流量对效率影响
不大
对效率影响较大
含尘浓度
效率稳定，影响寿命
效率有一定变化
气流均布
不敏感，效率稳定
对效率影响较大

粉尘特性的
影 响
粉尘的粒径分布
影响小，效率稳定
对效率影响较大
真密度、堆积密度
影响极小
比电阻值大时影响较大
粘附性
不利
有一定影响
比电阻
无影响，效率稳定
对效率影响大
粉尘的化学成分
影响滤料的选择
对效率影响大
粉尘硬度
影响滤袋寿命
几乎没影响
设备结构的影响
各种形式都效率高
对效率有一定影响
运营及机组起停的影响
影响较大，规定严格
影响小
维修技术含量
低
工作量小
设备故障运营的影响
对负荷率影响较大
可维持运营，对负荷率影响较小

通过比较，选择袋式除尘器。
3.2. 脱硫工艺设计
3.2.1. 脱硫方法概述
目前，世界上烟气脱硫工艺有上百种, 但具有实用价值的工艺仅十几种。根据脱硫反映物和脱硫产物的存在状态可将其分为湿法、干法和半干法 3 种。湿法脱硫工艺应用广泛, 占世界总量的85.0%，其中氧化镁法技术成熟，特别对中、小锅炉烟气脱硫来说，具有投资少，占地面积小，运营费用低等优点，非常适合我国的国情。
采用湿法脱硫工艺，要考虑吸取器的性能，其性能的优劣直接影响烟气的脱硫效率、系统的运营费用等。旋流板塔吸取器具有负荷高、压减少、不易堵、弹性好等优点，可以快速吸取烟尘，具有很高的脱硫效率。
3.2.2. 工艺比选
1）脱硫工艺及脱硫吸取器比较选择
(1) 脱硫工艺比较选择（见表2）

表2 脱硫工艺比较
项目
石灰石/ 石膏湿法脱硫工艺
双碱法脱硫工艺
氧化镁脱硫 工艺
喷雾干燥法脱硫工艺
氨法脱硫工艺
循环流化床脱硫工艺
工艺形式
湿 法
湿 法
湿 法
半干法
干法
干法
脱硫剂
石 灰 石
镁基和 钠基石灰
氧化镁
石灰
氨
石灰石
副产物状态
湿 态
湿 态
湿 态
干态
干态
干态
烟煤含硫量
无 限 制
可合用 高硫煤 1% 左右
无限制
中、低 硫煤
高 硫煤
中、低硫煤
脱硫率
高
高
高
一般
高
一般
适 用 范 围
大容量
最大装机容量1000MW
大容量
实验 中档 容量
最大 200MW 机组
中、小容量
投 资
中
中
低
中
低
中
运营费
中
低
低
高
低
中

脱硫
工艺
湿 法
半干法
干法
石灰石/ 石膏湿法
钠法
双碱法
氧化镁
氨法
海水法
喷雾干燥法
炉内喷钙
循环流化床
等离子体
脱硫
效率﹪
90~98
90~98
90~98

90~98

90~98

70~90
70~85
60~75
60~90
≧90
吸取剂
CaCO3
NaOH
NaCO3
NaOH
Mg(OH)2
CaO
MgO
NH3
海水
CaO
CaO
CaO
NH3
可靠性
高
高
高
高
一般
高
一般
一般
高
高
结垢
易结垢
不结垢
不结垢
不结垢
不结垢
不结垢
易结垢
易结垢
易结垢
不结垢
堵塞
堵塞
不堵塞
不堵塞
不堵塞
不堵塞
不堵塞
堵塞
堵塞
堵塞
不堵塞
占地
面积
大
小
中
小
大
中
中
中
中
中
运营
费用
高
很高
一般
低
高
低
一般
一般
一般
一般
投资
大
小
较小
小
大
较小
较小
小
小
大
表3 脱硫工艺比较
（2）石灰（石）/石膏湿法脱硫工艺和氧化镁脱硫法的特点对比
① 石灰（石）/石膏湿法脱硫工艺
石灰（石）/石膏湿法脱硫工艺是采用石灰石（CaCO3）或石灰(CaO)作脱硫吸取剂原料，经消化解决后加水搅拌制成氢氧化钙(Ca(OH)2)作为脱硫吸取浆。石灰或吸取剂浆液喷入吸取塔，吸附其中的SO2气体，产生亚硫酸钙，进而氧化为硫酸钙（石膏）副产品。
该工艺的优点重要是：
A、脱硫效率高，在Ca/S比小于1.1的时候，脱硫效率可高达 90％以上；
B、吸取剂运用率高，可达成90％；
C、吸取剂资源广泛，价格低廉；
D、合用于高硫燃料，特别合用于大容量电站锅炉的烟气解决；
E、副产品为石膏，高品位石膏可用于建筑材料。
该工艺的缺陷是：
A、系统复杂，占地面积大；
B、造价高，一次性投资大；
C、运营问题较多——由于副产品CaSO4易沉积和粘结，所以， 容易导致系统积垢，堵塞和磨损；
D、运营费用高，高液/气比所带来的电、水循环和耗量非常大；
E、副产品解决问题——目前，世界上对该副产品解决，重要采用抛弃和再运用两种方法：西欧和日本因缺少石膏资源，所以用此副产品做建筑用石膏板，与此同时，本地建筑规范也为该产品的推广使用提供了方便。但对副产品石膏的成分规定严格（CaSO4>96%）。在美国，因天然石膏资源丰富，空地较多，过去一般采用抛弃解决。在中国，天然石膏资源丰富，而石灰石的成分却很难保证，因此脱硫石膏的成分不稳定，建筑行业很难采用；对于建在城市近郊或工业区的需要脱硫的电厂，又很难容纳大量石膏渣液的抛弃，即使有空闲场地抛弃，从长远来讲，仍然也许导致固体废弃物的二次污染。因而副产物解决存在问题。
F、由于该工艺技术成熟，运用广泛，目前国家有相应技术规范，但国家环保总局在脱硫技术指导文献中明确指出该种方法合用于大型电站锅炉的脱硫，中小锅炉运用存在规模不经济等问题。
G、为适应国内中小型锅炉的烟气脱硫，对该工艺进行了改造运用，减少脱硫剂制备和石膏生成系统尚可，但其他部分的或缺带来诸多问题，因此要谨慎用之。
② 氧化镁脱硫法
氧化镁脱硫技术是运用氢氧化镁作为脱硫剂吸取烟气中的二氧化硫，生成亚硫酸镁，并通入空气将亚硫酸镁生成溶解度更大的硫酸镁。氢氧化镁作脱硫剂具有反映活性大、脱硫效率高、液气比小等优点，因此具有综合投资低，运营费用低等特点。
氧化镁吸取SO2的湿法脱硫方式是目前适合于中、小型锅炉烟气脱硫技术最为成熟的脱硫方式之一。综合氢氧化镁脱硫法具有以下四个特点:
A、氧化镁原料取得容易
目前涉及在日本、首尔、东南亚地区、台湾地区等均有普遍使用的实绩和经验，而所使用的的氧化镁大部分均来自大陆地区。我国拥有丰富的氧化镁资源，储量约为160亿吨，占全世界的80%左右，环渤海湾的山东、辽宁地区以及山西都有丰富的产量。由于广泛地运用，使该技术相对于其他脱硫技术更加成熟。
B 、MgO工艺也是技术成熟的脱硫工艺，该工艺在日本已应用了100多个项目，台湾的电厂约95﹪是.MgO法，美国波士顿的Mgstic电厂150Mw机组.MgO湿法脱硫1982年投产。
C、 MgO法脱硫效率达成90﹪~98﹪，由于MgO活性强，实例表白在相同操作条件下，MgO作为吸取剂比用CaCO3作为吸取剂时吸附效率高。
D 、脱除等量的SO2消耗的MgO量仅为CaCO3的40﹪。
E 、MgO法脱硫循环液呈溶液状，不易结垢，不会堵塞。
氧化镁湿法的脱硫产物硫酸镁是一种溶解度很大的物质，因此在吸取塔脱硫的反映过程中，不似石灰石(石灰)/石膏法会产生结垢或堵塞的问题。
F、 脱硫后溶液，解决后可直接排放，无二次污染。
G、脱硫设备简朴，操作简朴，成本低。
脱硫系统涉及熟化系统、吸取系统、废液解决系统，系统简朴明了，现场布置简洁紧凑，系统运营安全可靠。
L、 脱硫产物的用途
假如把MgO法脱硫工艺产物，不经氧化曝气则可以把浆液脱水湿渣，其组成MgSO3 60~70% MgSO4 20~30 %溶解状，杂质10% ，湿渣可以作为农用肥料。可直接作基肥，追肥和叶面肥。植物正常发育的所需镁量，一般为干重5g/kg左右。施用镁肥不仅可增长作物产量，还可改善产品品质，如镁肥对甘蔗、香蕉、烟叶产量和品质都有良好作用。据调查本地区盛产甘蔗、香蕉。
根据全国土壤普查表白不少地区土壤缺镁比较严重，缺镁土壤面积巨大，大约占全国耕地面积的5.8 ，若对每亩地施镁肥，则每年需求镁肥量十分巨大。
2） 脱硫吸取器比较选择
脱硫吸取器的选择原则, 重要是看其液气接触条件、设备阻力以及吸取液循环量。脱硫吸取器比较选择如表4所示。

表4 脱硫塔性能
吸取器类型
持液量
逆流接触
防堵性能
操作弹性
压降
除尘性能
喷淋塔
低
是
差
好
低
差
筛板塔
高
是
中
中
高
好
填料塔
中
是
差
好
中
差
湍球塔
高
是
差
差
高
好
旋流板塔
高
是
好
好
低
好

吸取设备中: 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。相比之下, 旋流板塔具有负荷高、压减少、不易堵、弹性好等优点, 合用于快速吸取过程, 且具有很高的脱硫效率。因此, 选用旋流板塔脱硫吸取器。
3.2.3. 工艺原理
（1） 氧化镁法脱硫原理
氧化镁法脱硫的重要原理：在洗涤中采用品有MgO 的浆液作脱硫剂, MgO 被转变为亚硫酸镁(MgSO3) 和硫酸镁 (MgSO4) , 然后将硫从溶液中脱除。氧化镁法脱硫工艺有如下特点：
A 、氧化镁法脱硫工艺成熟, 目前日本、中国台湾应用较多, 国内近年有一些项目也开始应用。
B、脱硫效率在 90.0%～95.0%之间。
C 、脱除等量的 SO2, MgO的消耗量仅为 CaCO3的 40.0%。
D 、要达成 90.0%的脱硫效率, 液气比在 3～5L/m 3之间, 而石灰石- 石膏工艺一般要在 10～15L/m 3之间。
    E、 我国 MgO储量约 80 亿 t, 居世界首位, 生产量居世界第一。
（2） 旋流板塔吸取器脱硫原理
旋流板塔工作时，烟气由塔底从切向高速进入，在塔板叶片的导向作用下旋转上升。逐板下流的液体在塔板上被烟气喷成雾滴状，使气液间有很大的接触面积。液滴在气流的带动下旋转，产生的离心力强化气液间的接触，最后被甩到塔壁上，沿壁下流，通过溢流装置流到下一层塔板上，再次被气流雾化而进行气液接触。由于塔内提供了良好的气液接触条件，气体中的SO2等酸性气体被碱性液体吸取的效果好；旋流板塔同时具有很好的除尘性能，气体中的尘粒在旋流塔板上被水雾粘附，并受离心力作用甩到塔壁而除去，从而具有较高的除尘除雾效率。
来自锅炉的含尘烟气一方面切向进入塔底段，呈螺旋形上升到旋流板,从旋流板叶片间的开孔高穿过，将经特殊给液装置分派到各叶片上的洗涤溶液雾化，雾化后的洗涤溶液获得较高比表面积，并与废气接触完毕脱硫除尘。
3.3. 工艺流程
3.3.1. 工艺流程图

锅炉烟气
布袋除尘
烟气脱硫
（湿法—氧化镁）
烟
囱
循环池
配剂池
曝气池
出渣
出灰

热
交
换
器

燃煤采暖锅炉烟气解决工艺流程
3.3.2. 工艺流程简述
工艺流程重要分为两个工段。第一个工段为烟气除尘，第二个工段为烟气脱硫。该工艺采用过滤式脉冲布袋除尘器，脉冲袋式除尘器重要由上箱体、中箱体、下箱体和控制器等组成。含尘空气从进气口进入除尘箱，因气体忽然扩张，流速骤然减少，颗料较粗的粉尘，靠其自重力向下沉降，落入灰斗。细小粉尘通过各种效应被吸附在滤袋外壁，经滤袋过滤后的净化空气，通过文氏管进入上箱体，从出气口排出，被吸附在滤袋外壁的粉尘，随着时间的增长，越积越厚，除尘器阻力逐渐上升，解决的气体量不断减少，为了使除尘器经常保持有效状态，设备阻力稳定在一定的范围内，就需要清除吸附在滤袋外面的积灰。
经除尘后的烟气进入第二个脱硫工段，采用湿法烟气脱硫技术在旋流板塔吸取器中对除尘后的烟气进行脱硫解决。在洗涤液中采用品有MgO的浆液作脱硫剂, MgO 被转变为亚硫酸镁(MgSO3) 和硫酸镁 (MgSO4) , 然后将硫从溶液中脱除。旋流板塔工作时，烟气由塔底从切向高速进入，在塔板叶片的导向作用下旋转上升。逐板下流的液体在塔板上被烟气喷成雾滴状，使气液间有很大的接触面积。液滴在气流的带动下旋转，产生的离心力强化气液间的接触，最后被甩到塔壁上，沿壁下流，通过溢流装置流到下一层塔板上，再次被气流雾化而进行气液接触。由于塔内提供了良好的气液接触条件，气体中的SO2等酸性气体被碱性液体吸取的效果好；旋流板塔同时具有很好的除尘性能，气体中的尘粒在旋流塔板上被水雾粘附，并受离心力作用甩到塔壁而除去，从而具有较高的除尘除雾效率。
重要化学反映式：
MgO + H2O → Mg(OH)2
SO2 + H2O → H2SO3 → 2H+ + SO3-2
Mg(OH)2 + H2SO3 → MgSO3↓ + 2H2O
MgSO3 + 1/2O2 → MgSO4
4. 工艺、设备设计计算
4.1. 除尘工艺设计计算
4.1.1. 烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算
（1）标准状态下理论空气量

式中 ， ， ，——分别为煤各元素所含的质量分数。
代入C＝68% ，H＝4%，S＝1%，O＝5%，
得
（2）标准状态下理论烟气量（设空气含湿量为12.93）
（m3/kg）
式中　——标准状态下理论空气量，；
　　　——煤中水分所占质量分数，％；
　　　——N元素在所占质量分数，％；
代入　=6.97 ,=6%,=1%,　
得 ＝1.867(0.68+0.3750.01)+11.20.04+1.240.06+(0.016+0.79) 6.97+0.80.01=7.42
（３）标准状态下实际烟气量

式中　——空气过剩系数,取1.4
注意：标准状态下烟气流量Q以计，因此，设计耗煤量
代入　＝7.42 ，＝6.97 ，
得=7.42+1.0160.46.97＝10.25
设计耗煤量==18450
——标准状态下实际烟气量
（４）标准状态下烟气含尘浓度

式中　——排烟中飞灰占不可燃成分的质量分数；
　　　——煤中不可燃成分的含量；
　　　——标准状态下实际烟气量，。
代入＝16%,=15%,＝10.25,
得C=0.150.16/10.25=0.00234
（５）标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

式中　——煤中可燃硫的质量分数
代入＝1%,＝10.25,
得=20230/10.25＝1.95
脱硫塔应达成的脱硫效率

式中　C——标准状态下烟气二氧化硫浓度，；
　　　——标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中规定值，。
代入C=1950,=900,得＝1-900/1950= 0.5385=53.85%
4.1.2. 除尘器的选择
（1）除尘器应达成的除尘效率

式中　C——标准状态下烟气含尘浓度，；
　　　——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，。
代入C=2340,=200,得＝1-200/2340=0.91453=91.45%
（２）除尘器的选择
工作状况下烟气流量
= 29263
——标准状态下实际烟气量，
——工作状况下烟气温度，K
——标准状况下温度，273K
总的烟气流速 8.1
单个锅炉的烟气量： ==9754=2.7
采用MC-60ⅡC型脉冲袋式除尘器，阻力为P=1177-1471

表5 MC-60ⅡC型脉冲袋式除尘器性能参数
型号规格
过滤面积m2
含尘浓度g/m3
过滤风速m/min
过滤风量m3/h
压力损失/Pa
效率％
外型尺寸长×宽×高(mm)
重量(Kg)
MC-60Ⅱ
45
＜15
2-4
5400-10800
1177-1471
99.5
2290×1678×3667
1490

图1 MC-60ⅡC型脉冲袋式除尘器结构示意图
4.1.3. 系统管道管径的计算
(1) 管径的拟定
单个锅炉的流量1,2,3,4,5管： =2.7

式中 ——工况下管内烟气流量，；
——烟气流速，取=10m/s （锅炉烟尘=10~15 m/s）
则 m
圆整并选取风道

外径D/mm
钢制板风管
外径允许偏差/mm
壁厚/mm
560
±1.5
1

内径d1=560-2×1=558 mm
由公式可计算出实际烟气流速：
11 m/s
对6管： =0.968 m
圆整，取d=1000 mm
内径d2=1000-2×1=998 mm, 10.4 m/s
4.1.4. 系统阻力的计算
(1)摩擦压力损失
对于圆管
式中 L——圆管长度，m；
d——管道直径，m；
——烟气密度，；
——管中气流平均速率，m/s；
——摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度K/d的函数。可以查手册得到（实际中对技术管道值可取0.02，对砖砌或混凝土管道可取0.04），这里采用钢板制圆形通风管,取0.02。

其中 ——标准状态下烟气密度，kg/m3；
——标准状态下大气压力，Pa；
——标准状态下烟气温度,K；
则工况下烟气密度：
=0.82 (kg/m3)

对于Φ560圆管：=11m/s, D=560mm,L=19.5m,
34.55 Pa
对于Φ1000圆管：=10.4m/s, D=1000mm,L=3.5m，
3.10 Pa
（2）局部压力损失

式中 ——异型管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过实验获得；
——与相相应的段米娜平均气流速率，m/s；
——烟气密度，
渐缩管（600-560mm）：
渐缩管（560-350mm）：
渐扩管（350-560mm）：
渐扩管（560-1000mm）：
弯头（D=560mm）：
弯头（D=1000mm）：
四通管：
系统总阻力（其中锅炉出口前阻力800 Pa，除尘器阻力1400 Pa）
= 6884.72 Pa
4.1.5. 风机及电动机选择及计算
（1）标准状态下风机风量的计算

式中 1.1——风量备用系数；
Q——标准状态下风机前表风量，；
——风机前烟气温度，若管道不太长，可以进似取锅炉排烟温度；
——本地大气压，kPa。

（2）风机风压的计算

式中 1.2——风量备用系数；
——系统总阻力，Pa；
——烟囱抽力，Pa；
——风机前的烟气温度，℃；
——风机性能表中给出的实验用气体温度，℃；
——标准状况下烟气密度，1.34。

8396.77 Pa

根据和选定高压离心风机9-26系列机号为12.5D的引风机：
表6 高压离心风机12.5D引风机性能参数
机号
转速（r/min）
流量（m3/h）
全压（Pa）
内功率（kw）
12.5D
1450
33540~58695
9713~7993
108.91~181.10

（3）电动机功率的计算
（kw）
式中 ——风机风量, ；
——风机风压,Pa；
——风机在全压头时的效率,0.81（一般风机为0.6，高效风机约为0.9）；
——机械传动效率，当风机与电动机用V形带传动时=0.95；
——电动机备用系数，对风机，=1.3。
131 Kw
根据电动机的功率、风机的转速、传动方式选定电动机的型号为Y315L1-4 ：

表7 Y315L1-4型电动机性能参数
型 号
额定
功率
额定
电流
转速
效率
功率
因数
堵转转矩
堵转电流
最大转矩
噪声
振动
速度
重量
额定转矩
额定电流
额定转矩
1级
2级
kW
A
r/min
%
COSФ
倍
倍
倍
dB(A)
mm/s
kg
Y315L1-4
160
289
1480
94.5
0.89
1.8
6.8
2.2
96
101
2.8
1105

4.2. 脱硫工艺设计计算
4.2.1. 旋流板塔内气体流量计算
假设旋流板塔内平均温度为，压力为120KPa，则旋流板塔内烟气流量为：

式中：—喷淋塔内烟气流量，；
—标况下烟气流量，；
K —除尘前漏气系数，0～0.1；
代入公式得：
=26191.65(