火电厂锅炉高硫无烟煤烟气电除尘湿式脱硫系统设计讲解.doc

中北大学（朔州校区）2012级大气污染控制工程课程设计说明书
SG-400/140型火电厂锅炉高硫无烟煤烟气
电除尘湿式脱硫系统设计
摘要
现如今火电厂数量逐渐增加，火电厂锅炉产生的烟气量也随之增多，烟气中的二氧化硫等气体若未经处理达到国家排放标准就排放，无疑会对我们的大气造成污染，危害人类及动植物的健康。因此，我们需要按照不同型号锅炉参数进行设计计算，以使烟气排放在达到国家标准的前提下尽可能的提高净化效率，使污染及危害降到最低。
本次课程设计就是针对SG-400/140型火电厂锅炉高硫无烟煤烟气，利用电除尘湿式脱硫的方法，设计计算出最高效的除尘净化系统，以降低烟气中有害气体的排放浓度，保护我们的大气环境。

关键词：烟气排放，湿式脱硫，大气污染，净化

I

目录
1 引言 1
1.1 电除尘简介 1
1.2 湿式石灰法脱硫简介 1
2 燃烧计算 2
2.1 理论需氧量 2
2.2 理论空气量 2
2.3 理论烟气量 2
2.4 实际烟气量 3
2.5 烟尘浓度计算 3
2.6 SO2浓度计算 3
3 净化系统设计方案的分析 3
3.1 净化设备的工作原理及特点 3
3.1.1 电除尘器的工作原理及特点 3
3.1.2 湿式石灰法脱硫的工作原理及特点 4
3.2 运行参数的选择与设计 4
3.2.1 电除尘器运行参数的选择与设计 4
3.2.2 湿式石灰法脱硫运行参数的选择与设计 4
3.3 净化效率的影响因素 4
4 尺寸计算 5
4.1 除尘设备结构设计计算 5
4.2 脱硫设备结构设计计算 6
4.2.1 喷淋塔内流量计算 6
4.2.2 喷淋塔径计算 6
4.2.3 喷淋塔高度计算 7
4.2.4 新鲜浆料的确定 8
4.3 烟囱设计计算 8
4.3.1 烟囱的几何高度的计算 8

4.3.2 烟气释放热计算 9
4.3.3 烟气抬升高度计算 9
4.3.4 烟囱直径的计算 9
4.3.5 烟囱高度校核 10
5 阻力计算 10
5.1 管径计算 10
5.2 摩擦压力损失 11
5.3 局部压力损失 11
5.4 烟囱阻力计算 12
5.5 系统总阻力计算 12
6 设备选型 12
6.1 风量的计算 12
6.2 风机风压的计算 13
6.3 电机功率的核算 13
7 总结 14
参考文献 15
致谢 16

1 引言
1.1 电除尘简介
我国全面系统地对电除尘器技术进行研究和开发始于上个世纪60年代。国内的研究主要分布在本质机理研究、存在问题与改造试验研究、外围辅助设备研究；而国外的研究主要包括：电场特性研究、除尘效率研究、粒子运动研究和模拟方法研究。并指出采用数据融合的技术来研究电除尘器的思路。
电除尘器是火力发电厂必备的配套设备，它的功能是将燃灶或燃油锅炉排放烟气中的颗粒烟尘加以清除，从而大幅度降低排入大气层中的烟尘量，这是改善环境污染，提高空气质量的重要环保设备。在收集细粉尘的场合，电除尘器是主要的除尘装置之一。
电除尘器是含尘气体在通过高压电厂进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒趁机在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。电除尘过程与其他除尘过程的根本区别在于，分离离直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上，这就决定了它具有分离粒子耗能小，气流阻力也小的特点。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以即使对亚微米级的粒子也能有效的捕集。
电除尘器主要由电晕电极、集尘极、高压供电设备、气流分布板等组成。电除尘器的工作原理涉及悬浮粒子荷电，带电离子在电厂内迁移和捕集，以及将捕集物从集尘表面上清除三个基本过程。在正负离子运行中,电晕区里的粉尘带正电荷,移向电晕极,因此,电晕极也会不断积灰,只不过量较小。收集到的粉尘通过振打装置使其跌落,聚集到下部的灰斗中由排灰电机排出,使气体得到净化。
1.2 湿式石灰法脱硫简介
湿式石灰法脱硫是采用石灰石或者石灰浆液脱除烟气中SO2的方法。该方法开发较早，工艺成熟，吸收廉价易得，因而应用广泛。且具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。
它的工作简介是：将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95% 。
2 燃烧计算
以1kg煤燃烧为基础，则

表1 燃烧成分表

重量/g
摩尔数/mol
需O2量/mol
生成物
生成物量/mol
C
670
55.8
55.8
CO2
55.8
H
23
23
5.75
H2O
11.5
O
130

S
35
1.1
1.1
SO2
1.1
N
15
1.1

N2
0.55
H2O
45
2.5

2.1 理论需氧量
（式2.1）
2.2 理论空气量
（式2.2）
2.3 理论烟气量
理论空气量条件下烟气组成（mol）为：
CO2:55.8 H2O:
SO2:1.1 N2:
理论烟气量为：
（式2.3）
2.4 实际烟气量
（式2.4）
160时，烟气量为
（式2.5）
烟气流量 （式2.6）
2.5 烟尘浓度计算
已知飞灰率为：ω＝3O.7%
（式2.7）
2.6 SO2浓度计算
（式2.8）
3 净化系统设计方案的分析
3.1 净化设备的工作原理及特点
3.1.1 电除尘器的工作原理及特点
原理：电除尘器的工作原理涉及悬浮粒子荷电，带电离子在电厂内迁移和捕集，以及将捕集物从集尘表面上清除三个基本过程。在正负离子运行中,电晕区里的粉尘带正电荷,移向电晕极,因此,电晕极也会不断积灰,只不过量较小。收集到的粉尘通过振打装置使其跌落,聚集到下部的灰斗中由排灰电机排出,使气体得到净化。
（1） 特点：电除尘过程与其他除尘过程的根本区别在于，分离离直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上，这就决定了它具有分离粒子耗能小，气流阻力也小的特点。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以即使对亚微米级的粒子也能有效的捕集。
3.1.2 湿式石灰法脱硫的工作原理及特点
（1） 原理：采用石灰/石灰石浆液吸收烟气中的，分为吸收和氧化两个阶段。先吸收生成的亚硫酸钙：
石灰石：
石灰：
然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙。
（2） 特点：有多种因素影响到吸收洗涤塔的长期可靠运行：设备腐蚀、结垢和堵塞、除雾器堵塞、脱硫剂的利用率、脱硫产物及综合利用等。
3.2 运行参数的选择与设计
3.2.1 电除尘器运行参数的选择与设计
多孔板通常采用厚度为3～3.5mm间的钢板，开孔率（开孔面积与板总面积之比）一般为25%～50%之间，孔径为30～50mm间，分布板层数为2～3层;板式除尘器两平行集尘板板间距离一般为200～400mm，极板高度为10～15m，极板的长度为10～20m；通常高压供电设备的输出峰值电压为70～100kv，电流为100～2000mA；气体含尘浓度超过30时，宜加设与净化设备；集尘极内平均流速为1.0～2.0m；比集尘极表面积一般为300～2400；集尘板长高比至少为1.0～1.5。
3.2.2 湿式石灰法脱硫运行参数的选择与设计
再热烟气温度大于75，烟气流速在1～5m/s，浆液Ph大于9，石灰/石灰石浆质量浓度在10%～15%之间，液气比在8～25，气液反应时间3～5s，气流速度为3.0m/s，喷嘴出口流速10m/s，喷淋效率覆盖率200%～300%，脱硫石膏含水率为40%～60%，一般喷淋层为3～6层，烟气中体积分数为4000/，脱硫系统阻力在2500～3000Pa。
3.3 净化效率的影响因素
（1） 电除尘器净化效率的影响因素：气流分布的影响、气体含尘量、粉尘的比电阻、气流速度、电气参数、清灰等。
（2） 湿式石灰法脱硫净化效率的影响因素：浆液pH、石灰石粒度、液气比、钙硫比等。
4 尺寸计算
4.1 除尘设备结构设计计算
(1) 除尘效率的计算：
= （式4.1）
(2) 集尘极的比集尘面积：
（式4.2）
（3） 集尘板总面积：
（式4.3）
考虑因处理气体量，浓度，压力的波动和供电系统的可靠性等因素影响，参照实际生产情况，取富裕系数m=1.5～2.0。
（4） 实际需要的集尘板面积为：
（式4.4）
取=7500
（5） 实际集尘板的比集尘面积为：
（式4.5）
（6） 电除尘器有效截面积：取气流速度
F===111.4m （式4.6）
（7） 集尘板高度为：h===10.55m （式4.7）
对于板卧式电除尘器而言，其电场断面接近正方形，一边气流与断面均匀分布。所以，集尘极极板宽度取10.55m。
（8） 气体在电除尘器内的通道数：取集尘极间距B=0.3m；
n==35.2，取n=35 （式4.8）
（9） 集尘板总长度；
=10.2m，取=11m （式4.9）

（10） 电晕线间距取300mm；
（11） 灰斗倾斜角45度，灰斗高2.25m，出口直径550mm，共设4个灰斗；
4.2 脱硫设备结构设计计算
4.2.1 喷淋塔内流量计算
假设喷淋塔内平均温度为，压力为150KPa，则喷淋塔内烟气流量为： =
（式4.10）
式中：—喷淋塔内烟气流量，；
—标志下烟气流量，；
K—除尘前漏气系数，0～0.1；
4.2.2 喷淋塔径计算
依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可选择喷淋塔内烟气流速v=3m/s，则喷淋塔截面A为：
A===55.7m （式4.11）
则塔径d为：
d===8.4m （式4.12）
取塔径=8500mm。
4.2.3 喷淋塔高度计算
喷淋塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。
(1) 吸收区高度
依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得，选择喷淋塔喷气液反应时间t=4s，则喷淋塔的吸收区高度为：
H=vt=3×4=12m （式4.13）

(2) 除雾区高度
除雾器设计成两段。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最上层(3.4～3.5)m。
则取除雾区高度为：
(3) 浆池高度
浆池容量按液气比浆液停留时间确定：
=15×10-3×601470×=902.2m3 （式4.14）
式中：
—液气比，取15；
Q—标况下烟气量，；
—浆液停留时间，取6min；
选取浆池直径等于或略大于喷淋塔，本设计中选取的浆料直径为9m，然后再根据计算浆池高度：
（式4.15）
式中：—浆池高度，m；
—浆池容积，；
—浆池直径，m。
从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.82m。本设计中取为2m。
(4) 喷淋塔高度
喷淋塔高度为：
12+3.5+14.2=29.7m （式4.16）
4.2.4 新鲜浆料的确定

1mol 1mol
因为根据经验一般钙/硫为：1.051.1，此处设计取为1.1,则由平衡计算可得1h需消耗Cao的量为：
1.1×0.5×14×103 =7700mol/h
4.3 烟囱设计计算
具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量,且温度高于周围气温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。这相对增加了烟囱的几何高度，因此烟囱的有效高度为：
（式4.17）
式中：H—烟囱的有效高度，m；
—烟囱的几何高度，m；
—烟囱抬升高度，m。
4.3.1 烟囱的几何高度的计算
查相关资料可得燃烧锅炉房烟囱最低允许高度设为为60m
4.3.2 烟气释放热计算
（式4.18）
式中：—烟气热释放率，kW；
—大气压力，取邻近气象站年平均值；
—实际排烟量，
—烟囱出口处的烟气温度，433K；
—环境大气温度，K；
取环境大气温度=293K，大气压力=978.4kPa
（式4.19）
= （式4.20）

Q=0.35×978.4×188×=16962kw （式4.21）
4.3.3 烟气抬升高度计算
由2100kW<<21000kW, -可得：
（式4.22）
式中：—系数，取0.6，取0.4，取0.292，则：
（式4.23） 烟囱有效源高
H=60+129.5=189.5m
4.3.4 烟囱直径的计算
设烟气在烟囱内的流速为，则烟囱平均截面积为：
A===7.52m （式4.24）
则烟囱的平均直径d为：
d===2.8m （式4.25）
取烟囱直径为D=3000mm，校核流速v得：
V===21.7m/s （式4.26）
4.3.5 烟囱高度校核
假设吸收塔的吸收效率为：96%，可得排放烟气中二氧化硫的浓度为：
（式4.27）
二氧化硫排放的排放速率：
（式4.28）
（式4.29）
式中：
—为一个常数，一般取0.51，此处取0.6；
H—烟囱有效源高；

国家环境空气质量二级标准日平均的浓度为0.15mg/m3>0.1036mg/m3，则设计符合要求。
5 阻力计算
5.1 管径计算
设管道采用钢板材料制造，管道内平均流速为12m/s，平均温度为，则管径的为：
（式5.1）
取管径D为4m，校核流速为：
（式5.2）
5.2 摩擦压力损失
已知l=550m，温度为100下烟气浓度为0.950，则
（式5.3）
式中：
—摩擦压力损失，Pa；
l—管段长度，m；
—摩擦阻力损失系数；
—管道内气体的平均流速，12m/s；
—管道的水力半径，m；
—烟气浓度，0.950；
取，则：

5.3 局部压力损失
已知弯头75个，设其标准弯头
（式5.4）
式中：
—局部压力损失，Pa；
n—弯头个数，75；
—局部压力损失系数，=0.35；
—烟气浓度，0.950；
—管道内气体的平均流速，12m/s；

则管道系统阻力= （式5.5）
5.4 烟囱阻力计算
已知烟囱高度h=189.5m，取，，则；

5.5 系统总阻力计算
已知烟气在锅炉出口前阻力为1060Pa，查相关资料，脱硫设备的阻力为880Pa，电除尘器的阻力为250Pa，引风机阻力取500Pa，则系统总阻力为：
系统总阻力=炉系统阻力+管道系统阻力+脱硫设备阻力+引风机阻力+烟囱阻力+电除尘器阻力=1060+880+250+500+725.8+3300.3=6716.1Pa
6 设备选型
6.1 风量的计算
（式6.1）
式中：
—通风机风量，；
—管道系统的总风量，；

6.2 风机风压的计算
（式6.2）
式中：
—通风机风压，Pa；
—系统总阻力，Pa；
实况下的风机风压：

根据和选定Y4-73-11锅炉用离心通风机。
6.3 电机功率的核算
（式6.3）
式中：
—风机风量，；
—风机风压，Pa；
—风机在全压头时的效率，此处取0.7；
—机械传动效率，采用风机与电机直接传动，取1；
—电动机备用系数，对引风机，=1.3；

根据电动机的功率及风机的性能参数选定型电动机。
7 总结
经过了一周的努力，终于到了总结结束的步骤。这次我们设计的是SG-400/140型火电厂锅炉高硫无烟煤烟气电除尘湿式脱硫系统设计。通过这次设计，我对烟气除尘的工作原理及其意义有了更深刻的了解；通过对一系列电除尘器相关结构的尺寸计算，我更加牢固并详细了解到电除尘器的构造及运行过程；我还参考了烟气净化效率的影响因素，知道了借此可以分析提高净化效率。
这次课程设计可以说是收获颇丰，在整个过程中我都觉得充实快乐。所以我自己感觉这次课程设计算是圆满收工。

参 考 文 献

[1] 郝吉明，马广庆.大气污染控制工程.第二版.北京：高等教育出版社，2002
[2] 刘天齐.三废处理工程技术手册废气卷.北京：化学工业出版社，1999
[3] 童志权.工业废气精华与利用.北京：化学工业出版社，
[4] 赵毅，李守新.有害气体控制工程.北京：化学工业出版社，2001
[5] 周兴求.环境设备设计手册.北京：化学工业出版社，2004
[6] 魏先勋.环境工程设计手册(修订本).长沙：湖南科技出版社，2002，
[7] 刘景良.大气污染控制工程.中国轻工业出版社，2002，，附录8
[8]张殿印. 除尘工程设计手册[M]. 北京：化学工业出版社，2003
[9]蓝火金.工业锅炉房常用设备手册[M]. 北京：机械工业出版社，1993

致 谢
在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。 首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因.在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。 其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环境。 最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。

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