旋流板塔净化烧结烟气.doc

摘 要我国是钢铁工业大国，钢铁的年产量居世界首位。烧结是钢铁工业的重要组成部分。在烧结过程中，产生大量的废气，其中含有较高浓度的粉尘和二氧化硫，依据环保的要求，必须加以治理，才可以排放。 本设计依据烟气的主要参数和国家排放标准的要求，设计首先针对本工程情况，进行了方案论证，最后选择以电除尘器为主要除尘设备，以喷淋塔为主要脱硫设施，采用石灰石-石膏法，对某钢铁厂130m2烧结机废气进行净化。本设计最后完成了设计计算说明书一份和部分设计图纸。关键词：喷淋塔，二氧化硫，石灰石-石膏法，烟气脱硫。AbstractThe our country is a big country of the steel industry, the year yield of the steel resides the world first.Burn the knot is an importance of industrial steel to constitute the part.In burn knot process, produce a great deal of waste gas, among them imply the dust and sulphur dioxides of the higher density, according to the request of environmental protection, must take in to manage, just can exhaust. This design designs to aim at this engineering circumstance first according to the request of the main parameter and national exhaustion standard that smoke annoy, carrying on the project argument, the end choice with electricity in addition to the dust machine for mainly in addition to the dust equipments, take spraying to pour the tower as to mainly take off the sulphur facilities, adopt the limestone- gypsum method, burn to knot the machine waste gas to carry on the decontamination to the some steel and iron works 130 m2.This design completes the design calculation manual an and parts to design the diagram paper finally.Keyword: Spray to pour the tower, sulphur dioxide, the limestone- gypsum method, the smoke spirit takes off the sulphur.前 言环境污染一直是各国政府关心的问题。我国是钢铁生产和消费大国，而烧结则是钢铁工业的重要一环。烧结生产产生大量的含有高浓度的粉尘和SO2。如不加以治理，将严重的污染环境。大气是人类赖以生存的最基本的环境要素，它给人类创造了一个适宜的生活环境，并保护住地球上的生物。但是，人类对它的破坏却在日益加剧。在我国，SO2和酸雨也是我国大气环境污染的主要问题，是制约经济协调和可持续发展的重要环境因素。国家已制定各种相关政策控制SO2的排放。现今在我国，酸雨面积不断地扩大，目前平均降水PH值低于5.6 的地区占全国面积的40%左右。所以对烧结废气进行治理迫在眉睫。借这次毕业设计的机会，我以喷淋塔工艺净化烧结烟气为题，对烧结废气进行设计、治理。到目前为止，各国烟气脱硫技术已有较大的发展，我国通过引进、消化、吸收世界各种先进脱硫技术并逐渐实现国产化。在众多脱硫技术中，石灰石石膏湿法是应用最广泛且最成熟的脱硫技术。该工艺主要优点有：技术成熟可靠、脱硫效率高、烟气处理范围大、吸收剂的利用率高等。所以在烟气脱硫时宜优先考虑采用石灰石石膏湿法工艺。目 录摘要-IAbstract-II前言-III第一章 设计说明书1、概述-12、烧结厂废气治理现状-13、工艺方案比较-24、主要处理构筑物及设备说明-25、主要处理构筑物及设备说明-3第二章 设计计算书-51、物料衡算-52、旋流板塔的计算-63、石灰浆槽-94、石灰化灰池-95、再生反应池-106、水利循环加速澄清池-107、斜管沉灰池的设计-158、泵前池-159、烟囱的计算-1610、引风机的选型-1711、泵的选型-17第三章 设备及构筑物一览表-181、设备一览表-182、构筑物一览表-18第四章 经济分析-191、建筑物、构筑物的固定资产基本估算-192、运行成本估算-19结论-21参考文献-22致谢-23第一章 设计说明书1 概述： 大气污染是我国目前最突出的环境问题之一，它已给人体健康带来了严重危害，对国民经济造成了巨大损失，工业废气是大气污染物的重要来源。 当前现代化工业发展特点是：建筑规模大、单机功率大、设备集中程度高，烧结机、高炉、电炉等主要冶炼设备都在向大吨位发展，本次设计主要针对其中的烧结机排放烟气进行处理。烧结厂烟气中含有大量的SO2和粉尘，对空气造成极大的污染，并且会对人体健康造成影响。2 烧结厂废气治理现状 2.1 从局部治理到整体治理我国烧结厂废气治理技术经过实验研究，生产实践和国外先进技术的引进、消化、吸收，有了普遍的提高。一些重点钢铁企业烧结厂的废气治理技术已经达到国际水平。 我国烧结厂发展初期，废气治理措施很少，只是为了保护抽烟风机，才在烧结机（机头）烟气系统中设置了旋风或多管除尘器，随着安全防尘和环境保护要求的提高，从治理主要尘源，逐步发展到治理生产流程中的各个尘源。现在我国烧结厂粉尘污染源已经基本上得到了治理。 2.2 对烧结废气的各种治理技术得到了全面的掌握 经过多年的探索，已经基本上掌握了在热矿工艺、冷矿工艺各种生产条件下，因地制宜地采用就地除尘机组、分散式除尘系统和大型集中式除尘系统，治理不同生产工艺中产生的废气。在热矿工艺的混和料系统中，采用冲激除尘器，成功地解决了水气粉尘共生的废气治理问题，满足了防尘和环境保护的需要。 2.3 改革生产工艺流程 烧结厂在改革生产工艺方面，主要采用以下三项措施： 2.3.1 热矿工艺改为冷矿工艺，取消了热返矿，减少了混合料加水产生的水气粉尘共生的废气。 2.3.2 采用烧结矿铺底料，提高了烧结矿的产量和质量，减少了粉尘散发量，从而减轻了除尘系统的粉尘负荷。 2.3.3 贯彻精料方针，实行了选矿脱硫，降低了精矿的含硫量，从而减少了烧结过程中的SO2的排放量。 3 工艺方案比较 在长期的研究、开发和应用过程中，烟气脱硫工艺流程多达180种，然而取得工业应用价值的不过十余种。分类方法很多，一般按照操作特点分为干法、湿法和半干法；按照生成物的处置方式分为回收法和抛弃法；按照脱硫剂是否循环使用分为再生法和非再生法。根据净化原理也分为两大类：（1）吸收吸附法，用液体或固体物料优先吸收或吸附废气中的SO2；（2）氧化还原法，将废气中的SO2氧化成SO3；，再转化为硫酸或还原为硫，再将硫冷凝分离。前者应用较多，后者还存在一定的技术问题，应用较少。 通常，在工程实践中习惯采用脱硫剂命名的工艺流程，要比其他分类方法直观而实用，主要分为钙法、氨法、镁法、钠法、水法和其他方法，见下表：常用的FGD工艺分类方法序号工艺名称脱硫剂操作方式备注1钙法石灰石/石灰湿式制成浆液，洗涤烟气石灰石石灰干式半干式炉内直喷或增加烟气活化制浆喷雾干燥或增加灰渣循环CFBB，LIFAC，SDA，CFB，NID2氨法氨水液氨湿式干式洗涤烟气烟气被辐照后与氨作用EBA3镁法MgO制成乳液，洗涤烟气4钠法NaOH/Na2CO3制成溶液，洗涤烟气W-L56水法双碱法碱铝法氧化铜（锌）法活性炭法磷氨法海水钠碱Al2(SO4)3Al2O3CuO/ZnO活性炭活性炭氨直接淋洗烟气碱溶液洗涤吸收，中和再生吸收，中和再生吸附，解吸吸附，氧化，冲洗，再生吸附，氧化制酸，分解，与氨反应渍碘PAFP4 工艺选择 通过对本次工艺的比较论证，采用双碱法工艺，因为双碱法具有以下特点： 钙基脱硫渣在反应池中而非塔内生成，大大减少结垢机会； 钠基清液吸收SO2速率快，故可用较小的液气比达到较高的脱硫率； 对脱硫除尘一体化技术而言，可避免未反应完的石灰颗粒混在沉灰池的灰渣中，而提高石灰利用率。采用的工艺流程如下：烟囱引风机旋流塔烧结烟气 石灰化灰池石灰浆槽泵泵前池澄清池再生反应池沉灰池 工艺流程简述：本系统的核心设备是用作主塔的XLB-130旋流板塔，锅炉烟气经喷水段降温，沿切线方向进入旋流塔底部，在塔内经脱硫除尘后，自塔顶除雾装置除雾后进入管段，再由引风机送入烟囱排空。循环液由旋流塔顶部进入，在旋流塔板上分散成雾滴与烟气充分接触后，从主塔底部经管道明渠流入沉灰池，在此将除下的飞灰沉淀下来；上清液经管道流如再生反应池，在池内与由化灰池引如的石灰乳进行再生反应，再生液流入澄清池，使反应生成的CaSO3和氧化生成的CaSO4共同沉淀，澄清池中上清液流至泵前池，由泵打回旋流塔顶部循环使用。各池沉渣用污泥干化场自然干化，定期外运用于筑路或制砖。5 主要处理构筑物及设备说明 5.1 旋流板塔 旋流板塔是浙江大学发明的一种高效通用型传质设备，具有通量大、压降低、操作弹性宽、不易堵、效率稳定等优点，其综合性能优于国内外普遍使用的吸收塔。操作时，气体通过塔板螺旋上升，液流从盲板分配到各叶片上形成薄膜层，同时被气流喷洒成液滴。液滴随气流运动的同时被离心力甩至环行的集液槽，再通过溢流装置流到下一块塔板的盲板上。当液体在旋流板上被喷洒于气体中时，黏附其中的尘粒，然后被甩至塔壁，带着尘粒下流，气体中未被黏附的尘粒，还有机会被甩到塔壁上被黏附。旋流塔板在原理上与文氏管有类似之处，只是通过旋流板开孔的气速要比文氏管喉管中的气速低得多，故压力损失较低，且易于实现多级洗涤。选用XLB130旋流板塔。5.2 石灰浆槽石灰浆槽主要用于生成再生剂石灰乳，用以除去硫，生成再生脱硫液。该槽采用规格尺寸为：。5.3 石灰化灰池石灰化灰池用于提供石灰，以便能够产生充足的石灰乳液，该池子规格尺寸为：。5.4 再生反应池再生反应池是再生液产生和硫去除的主要反应池，在这能够充分去除硫，形成石膏。该池子采用上部分为圆柱形，下部为圆锥形，能够定期去除池中的沉淀物。规格尺寸为：圆柱部分为：，圆锥形为：。5.5 澄清池在该池中沉淀完大部分的钙的沉淀物，选用水力循环澄清池，在池中，水的混合及泥渣的循环回流不是依靠机械进行搅拌和提升，而是利用水射器的作用，即利用进水管中水流的动力来完成的。所以，其最大特点是没有转动部件。该池子尺寸为：。5.6 沉灰池在该池中去除大量的灰渣，采用斜管沉灰池，该池子可以弥补以往各种类型的沉淀池的去除率不高，容积大，占地面积大等不足。斜管沉灰池具有沉淀效率高，停留时间短，构造简单，占地少等优点。本次设计采用池子规格尺寸为：。5.7 泵前池该池中补充脱硫液Na2CO3，以及回收澄清池中再生的碱液，采用规格尺寸为：。5.8 烟囱将达标的烟气排放入大气中，其规格尺寸为：底部直径为4.5m，顶部出口直径为3.3m，高度为30m。5.9 引风机将处理过的烟气从塔引入烟囱中进行排放，采用型号为Y315S-6，功率为75kw的引风机，两用一备。5.10 泵将循环液打入塔中进行循环使用。采用型号为4B54A，功率为20kw的泵三台，两用一备。第二章 设计计算书1 物料计算1.1 已知条件：烧结机尾废气总量：Q=120000m3/h；SO2浓度为800mg/m3粉尘浓度为450 mg/m3，烟气温度160。 处理的SO2量为：1.2 初期补给Na2CO3的量： 初期在旋流塔中的反应式为： 所以： 1.3 1.3.1钠碱的补充量：进入循环后，NaHSO3在系统中必会有所损失，即Na+必有损失。设其利用率为85% 初期补给的Na+的量 所以后期需不断补充钠碱，补充量 1.3.2 Ca（OH）2的补充量硫元素转化为CaSO31/2H2O以及损失的NaHSO3 损失的Na+的物质的量为： 则被损失的Na+带走的硫的量为： 所以 即 所以需补充的Ca（OH）2的量为： 1.4 塔的物料衡算 1.4.1 初期： 所以： 而 进塔物质总量：出塔物质总量：物料平衡。1.4.2平衡时： 两式相加有： 此时： 所以： 进塔物质总量：出塔物质总量：基本平衡。2 旋流板塔的计算2.1 旋流叶片外径叶片数m取24，叶片用不锈钢，其厚度取2mm。盲板直径塔的内直径，取塔内直径为4m。穿孔面积叶片仰角，一般取25穿孔气速穿孔动能因子2.2 罩筒高度叶片间在外沿处的最大距离2.3 叶片径向角2.4 压力损失溢流口的流速式中：液体的体积流量，m3/h 溢流口的总面积一般取67，本设计中取6。则由于SO2量不大，因此可采用塔板数N=3。全塔总压力损失 =1277Pa加上一块除雾板，则总压力损失为： =1281Pa2.5 塔盘间距采用弧形接口的降液管时，可先估算塔壁液环高度为： 塔盘间距2.6 封头选择 查机械设备基础中表可据塔径选取封头高度为1000mm。2.7 塔的高度2.7.1 塔的顶部空间高度塔的顶部空间高度是每时塔顶第一层塔盘到塔顶封头切线的距离。为了减少塔顶出口气体中夹带的液体量，顶部空间一般取1.21.5m。本次设计中采用顶部高度为。 2.7.2 塔的底部空间高度塔的底部空间高度是指塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线处的距离。液体的停留时间取5分钟。流量为130m2。所以有： ， 2.7.3 塔主体高度 取最上面塔盘到除雾装置高度为2500mm，最末一层塔盘高度为2500mm，所以：2.7.4 裙座高度 裙座为圆柱形裙座，其高度为塔底封头切线至出料管中心线的高度和出料管中心线至基础环的高度两部份组成，各取高度为2000mm和3000mm。总高度。2.7.5 塔的总高 3 石灰浆槽3.1 石灰浆体积100g水中仅能溶解0.165gCa(OH)2,由于每小时需补充 Ca(OH)2,需加入的水量为：水的体积为：，取石灰浆体积为120m33.2 石灰浆槽尺寸设该石灰浆槽为立方体形，其边长为，停留时间为1h，则有： 取石灰浆槽超高取0.3m，则该石灰浆槽的设计尺寸为：长为5m，宽为5m，高为5.3m。4 石灰化灰池4.1 石灰加药量石灰中含Ca(OH)2量为80%，则每小时加入石灰量为： 为了节省操作时间，选择一天加一次料，则停留时间为24h。则每次加入石灰量为4.2 石灰化灰池尺寸石灰的表观密度约为800kg/m3，则石灰体积设石灰化灰池为立方体形，边长为，则有：， ，取。则该石灰化灰池设计尺寸为：长、宽、高均为2m。5 再生反应池设计流量Q=130m3/h，停留时间t=30min。则再生反应池容积设该池子上部为圆柱形，下部为圆锥形，设其上部柱体直径为d，上部高度为h，则，取h=3m，得d=5.2m。可取底部锥体高度。取池子超高为0.3m，则池子总高为6 水利循环加速澄清池6.1 设计水量 回流比 1：4 喷嘴流速第一反应室出口流速 第二反应室进口流速 分离室上升流速 水在第一反应室停留时间 6.2 设计计算 6.2.1 喷嘴（图61） 喷嘴直径 采用 喷嘴管长采用500mm，其底部直径为160mm 喷嘴与喉管的距离，试运转时可在510cm间调节，视出水水质而定 6.2.2 喉管（图62）喷嘴与喉管的直径比，采用。则 喉管的提升量喉管流速喉管长度取喇叭口斜边采用450倾角，高度取240mm，到喇叭口直径为d2=720mm 6.2.3 第一反应室（图63）上口面积上口直径设第一反应室高度h2，则其容积为 水在第一反应室的停留时间取t1=15s 取h2=3.1m 6.2.4 第二反应室进口断面第二反应室直径（包括第一反应室） 第二反应室高度取h3=3m（包括超高0.25m）第二反应室体积（包括第一反应室的部分体积） 停留时间 扣除第一反应室体制后，停留时间均为t2=74s 6.2.5 澄清池直径D分离室面积澄清池直径 取D=6.7m 6.2.6 澄清池高度H喉管喇叭口距池底 0.51m喉管喇叭口高度 0.24m喉管长度 第一反应室高度 1.44m第一反应室顶水深 3.10m超高 0.30m池体总高度为H=5.84m 6.2.7 坡角 池底直径采用 池底坡角采用 池底斜壁部分高度为 池子直壁部分高度6.2.8 澄清池总体积及停留时间 直壁部分体积 锥体部分体积 =39.22m3 池的总体积 由此可粗略计算总停留时间为 水在池内的实际历时 分离区停留时间 6.2.9 排泥设施 泥渣室容积按澄清池总容积的1%计，即 设置一个排泥斗，形状采取倒立正四棱锥体，其锥底边长和锥高均为Z，其体积为： 排泥历时取t4=30s，排泥管中流速取v5=3m/s 排泥流量 排泥管直径 取 6.2.10 进出水系统 6.2.10.1 进水管 进水管流速采用v6=2m/s，则进水管直径 取 6.2.10.2 集水槽 环形集水槽设在池壁外侧，采用淹没孔进水。 流量超载系数取K=1.5，则槽中流量 槽宽，取0.22m。 孔眼轴线的淹没水深取50mm，超高取70mm。 起点槽深 终点槽深 为了加工和施工简便，采用等断面，即b=20cm，h=40cm。 6.2.10.3 槽壁孔眼 孔眼总面积 式中 流量系数，取0.62； 孔眼中心线以上水头，取0.05m。所以 孔眼直径采用20mm，单孔面积=3.14cm2孔眼数孔眼流速孔眼中心间距出水管径采用d=150mm，放空管径采用d=100mm。7 斜管沉灰池的设计设表面水力负荷，7.1 沉灰池表面积7.2 池子平面尺寸设沉灰池为方形池，则有池子边长，取。7.3 池内停留时间设斜管长为1.0m，斜管倾角为60，斜管高度设斜板区上部水深，则池内停留时间7.4 沉灰部分所需容积粉尘密度为3.47g/cm3,粉尘总量，含水率为80%，所以总容量7.5 污泥斗容积设污泥斗下部边长，污泥斗高度污泥斗容积7.6 池子总高度设沉灰池的超高，斜管下缓冲层高度，池子总高度8 泵前池8.1 池中流量该池中补充补充脱硫液Na2CO3，以及澄清池中回收的碱液。每小时需补充的Na2CO3量，而Na2CO3的质量分数为6.43，所以补充溶液量，取其密度约为水的密度，则其体积 澄清池流量为130m3/h，则可取泵前池流量为135 m3/h。8.2 池的尺寸设停留时间t为15min，则该泵前池容积设计该池子为立方体形，边长为，则有：，则可取该池子长为3m，宽为3m，高为4m，水量超高约为0.2m。9 烟囱的计算9.1 烟囱高度 首先确定使用烟囱的锅炉的蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定确定烟囱的高度 锅炉总额定出力/（t/h）1122661010202635烟囱最低高度/m202530354045锅炉额定出力为4t/h，故选定烟囱高度为30m。9.2 烟囱直径 烟囱出口内径可按下式计算：式中：通过烟囱的烟气量，m3/h 烟囱出口烟气速度，m/s烟囱出口烟气流速/（m/s）通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风102045自然通风6102.53选定，而，则有：，圆整取；烟囱底部直径：式中 烟囱出口直径，m 烟囱高度，m 烟囱锥度（通常取）取，。10 引风机的选型 经查手册，选用全压180mmH2O，风量64000m3/h的引风机三台，两用一备，该引风机型号为Y315S-6，转数980r/min，功率为75kw。 选风机依据：两台风机处理风量为128000m3/h，大于处理的烟气量120000m3/h，全压，两台风机全压为3528Pa，大于总压降1281Pa，合理。11 泵的选型 根据塔进液口离地高度，及泵中流量查离心泵规格表，选用三台4B54A型泵，两用一备，其流量为70m3/h，扬程为48m，功率为20kw。第三章 设备及构筑物一览表 1 设备一览表序号名称规格/型号技术参数数量备注1旋流板塔XLB-13012引风机Y315S-675kw3两用一备3离心泵4B54A20kw3两用一备 2 构筑物一览表 序号名称规格、型号（m）数量设计参数1沉灰池1流量停留时间2再生反应池 1流量停留时间3石灰浆槽1停留时间4石灰化灰池15澄清池 1流量停留时间67泵前池烟囱 1流量停留时间1第四章 经济分析1 建筑物、构筑物的固定资产基本估算1.1 设备投资： 根据设备一览表中所列设备，初步估算得出设备投资总费用为120万元，设备运输、安装费按设备总投资金额的20%估算，为24万元。1.2 土建工程： 工程土建按折合价1500元/m2算。钢筋水泥土为550-700元/m3，取600元/m3，砖瓦结构按350元/m3。 工程土建： 构筑物： 沉灰池：1.5万元 再生反应池：6.6万元 石灰浆槽：7.9万元 石灰化灰池：1.2万元 澄清池：5.8万元 泵前池：3.42万元 烟囱：12.86万元 得出估算表： 项目估算费用（万元）备注设备购置费120设备运行安装费24土建工程费147.62总价291.62设计费用8.75总价3%不可预见费29.16总价10%总投资329.63 2 运行成本估算 2.1 水、电、药品费用：2.1.1 水费：每小时100m3，一天供水2400m3，则每年水费为：2.1.2 电费：引风机每天工作24小时用电量： 泵每天24小时用电量： 其他用电与照明共计：12kw。 日均用电量：4572kw。 年电费为：2.1.3 药品费 Na2CO3每小时加入量为10.4kg/h，石灰加入量为5400kg/天。生石灰按180元/t，Na2CO3按8000元/t计。则每年的药品费为： 2.2 工人工资： （技术人员1500元/月人，生产人员1000元/月人，*年终奖金1万元） 劳动定员：行政及技术负责2人，分析化验人员1人，生产操作人员4人，维修人员1人。总工资为： 2.3 折旧费： 2.4 维护费，按固定投资成本=万元/年 2.5 管理费，按固定投资成本=万元/年 合计每年运行费用：300.17万元。结论旋流板塔作为浙江大学发明的优良传质通用设备，用于烧结烟气同时脱硫、除尘的确是十分有效的，其脱硫除尘一体化工艺简单、投资省，运行稳定、烟气处理效果良好，除尘效率和脱硫效率都很高。而配用双碱法工艺，更能体现出塔的优点，因为运用双碱法，钙基脱硫渣在反应池中而非塔内生成，这就大大减少了在塔内结垢的机会，又钠基清液吸收SO2速率快，故可用较小的液气比达到较高的脱硫率，另外，对脱硫除尘一体化技术而言，可避免未反应完的石灰颗粒混在沉灰池的灰渣中，而提高石灰利