DG-220-100型火电厂锅炉高硫无烟煤烟气湿式石灰法脱硫系统设计.doc

课程设计说明书
目录
1 文献综述……………………………………………………………………………1
1.1 湿式石灰法脱硫工艺…………………………………………………………1
1.2 工艺原理………………………………………………………………………1
1.3 主要设备………………………………………………………………………2
1.4 湿式石灰法特点………………………………………………………………2
1.5 应用现状………………………………………………………………………2
2 设计计算…………………………………………………………………………2
2.1烟气量的计算…………………………………………………………………2
2.2湿石灰法烟气脱硫系统设计…………………………………………………4
2.3 烟囱的设计……………………………………………………………………6
2.4 管道设计………………………………………………………………………9
2.5系统总阻力的计算……………………………………………………………10
2.6风机和电动机选择与计算……………………………………………………10
3 设计数据的核算…………………………………………………………………11
4 总结………………………………………………………………………………11
参考文献……………………………………………………………………………12

摘要
等其态污染物在大气中形成的二次微细粒子，它对大气造成的危害不容忽视。而控制空气中二氧化硫含量已经成为世界各国共同要解决的问题。目前，控制SO2排放的最有效途径是FGD技术，即烟气脱硫技术，其中石灰-石灰石法应用比较广泛，本设计正是采用的此方法。
这次湿式石灰法工艺脱硫技术课程设计内容主要包括：石灰法技术的原理及其原理的介绍；脱硫设备的影响因素及当代对石灰石法脱硫技术的应用现状。
在计算书中计算了脱硫系统各部分的结构组成。其中包括烟气产生量，二氧化硫含量烟尘浓度，并计算了脱硫设备的结构，对吸收塔结构、烟囱的结构、管道系统设计、阻力计算、风机电极的选择等。并绘制了流程图，喷雾塔、除雾器的CAD详图。

1 文献综述
1．1 湿式石灰法脱硫工艺
湿式石灰/石灰石法脱硫最早由英国皇家化学工业公司在20世纪30年代提出，目前是应用最广泛的脱硫技术。在现代的烟气脱硫工艺中，烟气用含亚硝酸钙和硫酸盐的石灰石浆液洗涤，与浆液中的碱性物质发生化学反应生成亚硫酸盐和硫酸盐，新鲜的石灰石和石灰浆液不断加入脱硫液的循环回路[1]。浆液中的固体连续的从将浆液中分离出来并排往沉淀池。湿法烟气脱硫技术的特点是：整个脱硫系统位于烟道的末端，在除尘系统之后；脱硫过程在溶液中进行,吸附剂和脱硫生成物均为湿态;脱硫过程的反应温度低于露点，脱硫后的烟气一般需经再加热才能从烟囱排出。湿法烟气脱硫过程是气液反应，其脱硫反应速率快，脱硫效率高，钙利用率高，在钙硫比等于1时，可达到90%以上的脱硫效率，适合于大型燃煤电站锅炉的烟气脱硫。目前使用最广泛的湿法烟气脱硫技术，主要是石灰石/石灰洗涤法，占整个湿法烟气脱硫技术的36.7%。它是采用石灰或石灰石的浆液在洗涤塔内吸收烟气中的并副产石膏的一种方法。是用石灰或石灰石浆液吸收烟气的，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]。
1.2 工艺原理
主要反应如下：以石灰浆液作吸收剂，

石灰浆液烟气脱硫原理，在流态化区，
H2O+SO2(g) ®H2SO3（aq）® H++HSO3-
HSO3-®H++SO32-
Ca(OH)2(s) ® Ca(OH)2(aq)
Ca(OH)2(aq) ®Ca2++ 2OH-
Ca2++ SO32-+1/2H2O®CaSO3·1/2H2O(s)¯
在氧化反应区，
O2(g) ®O2(aq)
HSO3-+1/2O2®SO42-+H+
Ca2++SO42-+2H2O® CaSO4·2H2O(s)¯
1.3 主要设备
（1）洗涤吸收塔
常见的有填料塔、道尔型洗涤器、盘式洗涤器和流动床洗涤器等。
要求洗涤器应具有：气液相间的相对速度高、持液量大、气液接触面积大、压降小等特点。
（2）氧化塔
多采用回转圆筒式雾化器。此类回转筒的转速为500~1000r/min，其氧化效率约为40%，较多孔板式高出2倍以上，其没有浆料堵塞的缺点。
1.4 湿式石灰法特点
其主要优点是：适用的煤种范围广、脱硫效率高(Ca／S=1时，脱硫效率大于9O％)、吸收剂利用率高(可大于90％)、设备运转率高(可达9O％以上)、工作的可靠性高、脱硫剂(石灰石)来源丰富且廉价。
但是石灰石／石膏法的缺点也是比较明显的：初期投资费用太高、运行费用高、占地面积大、系统管理操作复杂、磨损腐蚀现象较为严重、副产物一石膏很难处理(由于销路问题只能堆放)、废水较难处理等[3]。
1.5 应用现状
目前我国引进和待引进的烟气脱硫技术有：烟气循环流化床脱硫技术、喷雾干燥法脱硫技术、炉内喷钙尾部增湿活化脱硫技术、电子束脱硫技术、海水脱硫技术等。对这些技术国家经贸委要求结合实施脱硫示范工程进行消化吸收和组织开发，明确这些工艺的应用范围和条件，力争在2005年前拥有自主知识产权的设计技术。湿法脱硫是世界上应用最广的烟气脱硫技术，其特点是技术较为成熟，工业应用经验丰富， 二氧化硫的脱除率较高，但在商业应用过程中存在设备庞大，投资昂贵等问题，发展中国家难以承受，对于传统湿法脱硫技术的进一步改进就成为研究的重点[4]。
2 设计计算部分
2.1 烟气量的计算
以1Kg煤为基础，则由已知可

质量（g）
摩尔数（mol）
需氧气数（mol）
生成物（mol）
C
700
58.33
58.33
CO2:58.33
H
50
50.00
12.50
H2O:25.00
O
40
2.5
-1.25

N
10
0.71

N2 ：0.355
S
30
0.94
0.94
SO2：0.94
W
40

A
130

（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需空气量为：
即：
（3）实际所需空气量为：
即:
（4）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 含有的的量为：
即质量为：
d 含有的量为：
即质量为：
(5) 理论烟气量

空气过剩系数，实际烟气量为
所以有标况下烟气中的浓度为：
有标况下烟气中粉尘的浓度为：
所以在该设计下所得的总烟气量为：

（6）因操作温度为80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：

2.2 湿石灰法烟气脱硫系统设计
2.2.1 吸收塔设计
一般空塔流速为1-5m/s,此处以3 m/s进行设计，因
则可得吸收塔直径为：
，取5.20m
则

计算脱硫吸收塔的高

式中，v —烟气流速。 此处取v=3m/s
t —吸收反应时间，一般石灰系统的烟气脱硫时间为3—5s,此处取t=5s进行设计，则可得其有效高度为：
h=3×5=15m
其余设备根据需要选相应型号即可。
2.2.2 物料平衡计算的主要参数

56 64 172
60.16×14000
因根据经验一般钙/硫为：1.05—1.1，此处设计取为1.05 则由平衡计算可得1h需消耗的量为：

一般液气比为：4.7—13.6L/,此处以10L/进行设计，则可得1h 所需消耗的量为:

根据质量浓度查浆液的质量浓度为10%～15%，取15%，则新鲜浆液质量为：

一般液气比为：4.7～13.6L/m3，选取12 L/m3,则可得1h 所需消耗新鲜浆液的量为:

则储液槽的容积取
储液槽高度为：

所以1h生成的量为：

2.3 烟囱的设计
2.3.1 烟囱高度的确定
（1）由设计任务书上可得所有锅炉的总的耗煤量为23t/h,
然后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为:85m
表4.1 锅炉烟囱的高度
锅炉总额定出力/（t/h）
<1
1～2
2～6
6～10
10～25
26～35
烟囱最低高度/m
20
25
30
35
40
45　
（2） 烟囱抬升高度计算

式中 ——烟气的热释放率，；
——大气压力，；
　　　＿＿实际排烟量，；
——烟囱出口处的烟气温度， ；
——环境大气温度，，取；

式中 ， ——系数． 表4.2 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
2100≤＜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
当且≥35K时：

（3） 烟囱的有效高度

式中 ——烟囱抬升高度，；
——烟囱几何高度，。
（4） 烟囱高度较核

式中 ——污染物在y,z方向上的标准差，；
——烟气出口处的平均风速，，取4；
——源强，；
——地面最大浓度，；
当时：

（根据＜环境空气质量标准＞各项污染物浓度限值），符合标准
2.3.2 烟囱直径的计算
烟囱出口内经按下式计算：（m）
式中， Q—通过烟囱的总烟气量， W—烟囱出口烟气流速，取12。
，取11m
烟囱底部直径

式中， H—烟囱高度，m.
i—烟囱椎角（通常取i= 0.02—0.03），此处设计取i=0.02,
所以可得
2.3.3 烟囱阻力的计算
由下式可得

式中 ，L—管道长度m； d—管道直径，取均值m；
—烟气密度，设标况下烟气的密度为：1.46则可得在实际温度下的密度为： ；
v—管中气流平均流速， m/s； —摩擦阻力系数，使气体雷诺数Re和管道相对粗糙度的函数。可查手册得到（实际中对金属管道值取0.02，对砖砌或混凝土管道值可取0.04）。
2.4 管道设计
确定吸收塔、风机、烟囱的位置及管道的布置。并计算管道的直径、长度、烟囱高度及系统总阻力。
2.4.1 计算管道的直径
（1） 各装置及管道布置的原则 根据锅炉运行情况及锅炉现场的实际情况确定各装置的位置。对各装置及管道的布置应力求简单、紧凑、管程短、、占地面积小，并使安装、操作及检修方便即可。
（2） 管径的计算
（m）
式中：Q—工况下管道的烟气流量，；
v—管道内烟气流速，（对于锅炉内烟尘v=10—25）。此处设计取v=20,则

2.4.2 管道系统阻力的计算
（1）摩摖压力损失
对于圆管
式中， L—管道长度m； d—管道直径m；
—烟气密度，0.9 ； v—管中气流平均流速，m/s；
—摩擦阻力系数，取金属管道值取0.02
所以可得：
（2）局部阻力损失：
式中，—异形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50个，查表可得=0.29则可得：

60个弯头总压力损失为：
2.5 系统总阻力的计算
系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为960Pa，吸收塔的总阻力为：1200Pa，引风机阻力为146Pa）：
=锅炉出口前阻力+设备阻力+管道阻力+引风机阻力+烟囱阻力
2.6 风机和电动机选择与计算
2.6.1 风机风量的计算:
由

式中， 1.1—风量备用系数； Q — 通过风机前的风量；

2.6.2 风机风压的计算
由计算可得
式中， 1.2—风压备用系数； —系统总阻力，Pa.

根据和选定G、锅炉通风机，性能如下。
机号传动方式
转速（）
工况序号
流量()
全压（Pa）
效率/%
轴功率/KW
电动机型号
电动机功率/KW
C
960
7
65060
1716
87.2
695
Y250M-4
55
使用上述的风机3台串联进行工作。
3 设计数据的核算
由前面的设计可得如下资料：

吸收塔的吸收效率为：96%
生成物的烟气含粉尘量：1760
二氧化硫的初始浓度为：3670
进入吸收塔的烟气量：230000；
进入吸收塔的烟气的温度：取80摄氏度；
（1）可得排放烟气中二氧化硫的浓度为：
（1-96%）×3670=146.86mg/<700 mg/(其为GB16297-1996现有污染源大气污染物排放限值中二级排放区中二氧化硫最高允许排放浓度)。
所以符合要求，设计合理。
(2)排放烟气中二氧化硫的速率：
0.94×0.94×64×14000×4%×=31.66<200(其为GB16297-1996现有污染源大气污染物排放限值中二级排放区中二氧化硫最高允许排放速率)。所以符合要求，设计合理。
4 总结
本次设计是DG-220/100型火电厂锅炉高硫无烟煤烟气湿式石灰法脱硫系统设计，而通过本设计了解和掌握了更多有关脱硫的工艺的详细资料和具体设备，加深了对脱硫工艺的认识，在实际计算中遇到的困难体现出了我所学知识上的不足，另一方面也是理论与实践的差距的表现。所以就必须要更加牢固掌握理论知识来应对实际遇到的问题。而通过查阅文献和计算，体会到实际工作中必须要保持严谨的态度和细心认真。但是由于时间上很仓促，虽然已经完成了设计内容，但其中还有很多的不足和错误，这是很遗憾的，但通过这次的设计，使我动手解决问题的能力有了很大的提高，我会继续努力。
参考文献
1.季学李.空气污染控制工程. 北京：化学工业出版社，2005.7：195～210.
2.童志权.工业废气净化与利用. 北京：化学工业出版社，2001.5：238～247.
3. 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，2001.3:216～219.
4. 周兴求.叶代启.环保设备设计手册—大气污染控制设备.北京：化学工业出版社，2004.2:301～302

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