SHL10-25型锅炉中硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计

1、SHL10-25型锅炉中硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计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

2、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

3、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 SO 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

4、增加，酸雨的危害日益严重，对 SO 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。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 SO2 排放量达 2346万

5、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#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。湿式脱硫除尘技术是由水、气、周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。2 工艺流程的选择及说明脱硫除尘工艺设计说明：双碱法烟气脱硫工艺主要包括吸收剂制备和补充系统，烟气系统，SO 吸收系统，脱硫产物处理系统四

6、部分组成2.1吸收剂制备和补充系统脱硫装置启动时用氢氧化钠作为吸收剂，氢氧化钠干粉料加入碱液罐中，加水配制成氢氧化钠碱液，在碱液罐中可以定期进行氢氧化钠的补充，以保证整个脱硫系统的正常运行及烟气的达标排放。 为避免再生生成的亚硫酸钙、 硫酸钙也被打入脱硫塔内容易造成管道及塔内发生结构、 堵塞现象， 可以加装曝气装置进行强制氧化或将水池做大，再生后的脱硫剂溶液经三级沉淀池充分沉淀保证大的颗粒物不被打回塔体。另外，还可在循环泵前加装过滤器，过滤掉大颗粒物质和液体杂质。2.2烟气系统锅炉烟气经烟道进入除尘器进行除尘后进入脱硫塔，洗涤脱硫后的低温烟气经两级除雾器除去雾滴后进入主烟道， 经过烟气再热后由

7、烟囱排入大气。 当脱硫系统出现故障或检修停运时，系统关闭进出口挡板门，烟气经锅炉原烟道旁路进入烟囱排放。2.3SO2吸收系统锅炉烟气从烟道切向进入主塔底部，在塔内螺旋上升中与沿塔下流的脱硫液接触，进行脱硫除尘，经脱水板除雾后，由引风机抽出排空。脱硫液从螺旋板塔上部进入，在旋流板上被气流吹散，进行气液两相的接触，完成脱硫除尘后从塔底流出，通过明渠流到综合循环池。2.4脱硫产物处理系统脱硫系统的最终脱硫产物仍然是石膏浆，从曝气池底部排浆管排出，由排浆泵送入水力旋流器。由于固体产物中掺杂有各种灰分及硫酸钠，严重影响了石膏品质，所以一般以抛弃为主。在水力旋流器内，石膏浆被浓缩(固体产量约 40%之后用

8、泵打到渣处理场，溢流液回流入再生池内。3 除尘器的设计原始数据(1)锅炉型号：SHL10-25 即，双锅筒横置式链条炉，蒸发量 10t/h，出口蒸汽压力25MPa(2)设计耗煤量：1.25t/h(3)设计煤成分：CY=64.5%HY=2%OY=3%NY=1%SY=1.5%AY=18%WY=10%VY=15%;属于中硫烟煤假设 4 然烧 1kg 该燃煤，计算可得表 1:表 4.11Kg 煤燃烧计算表g物质的量(mol)耗氧量(mol)C64553.7553.75H20205O30-0.94-0.94N100.360S150.470.47A180/0W1005.560(4)排烟温度：160c(5)

9、空气过剩系数=1.3(6)飞灰率=16%(7)烟气在锅炉出口前阻力 700Pa(8)污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2014 中新建排污项目执行。(9)连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度 100m900 弯头20 个。4 除尘器的设计及计算燃煤锅炉烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算3标准状况下燃烧 1kg 煤的理论空气量燃料与空气中的氧完全燃烧的化学反应方程式：CxHyOzSw+x+Y+zwO2+3.78x+z-N2Txg+2H2O+zSQxyI42J242J2222八yw-33.78x+ziN2+QHHSOT2HS02HCaCO3Ca2HCO3吸收Ca2+S

10、Cf+0,5H20TCaSQO.5H2O反应Ca2+HSQ+2H20TCaSQ2HzO+H+中和反应HHCO3一，H2CO3H2CO3CO2H2O总反CaC03+SQ+0.5H20TCaSO30.5H20C024.3.3 吸收塔吸收 SO 的吸收塔的选择，见下表 4,5:石灰SQ（气汁 H20TS02（液）+H2OSQ（液 QH20TH2SO3H2SC3HHSO2HSO2一H2OCaOCaOH2CaOH2Ca220H-Ca2SbO.5H2OCaSQO.5H2OCa2HSQ-2H2OCaSO2H2OHHOH-H20CaOSQO.5H2OCaSQO.5H2O表 4.5 吸收塔比较名操作参数优点缺点

11、称填空塔气速 2.0结构简单，设备小，制造容易，不能无水运行料5.0m/s,液气比 0.5占空间小，液气比小，能耗低；塔1.0L/m3,压力损失气液接触好，传质较以，可同时2001000Pa除尘、降温、吸收自液气比 110L/m3,喷结构简单，制造容易，填料可用不能无水运行激淋密度 6n3/(m2-h),耐酸陶瓷，较易解决防腐蚀问湍压力损失 500Pa/m,空题，流体阻力较小，能量消耗低。球塔气速 0.51.2m/s操作弹性较大，运行可靠。塔筛空塔气速 1.0结构简单，空塔速度高，处理气安装要求严格，塔板要求水平，板3.0m/s，小孔气速 16量大，能够处理含尘气体，可以操作弹性较小，易形成偏

12、流和22m/s,也曾厚度 40同时除尘、降温、吸收，大直径漏液，使吸收效率卜降。塔60mm 单板阻力 300塔检修时方便600Pa,喷淋密度 1215m3/(m2h)喷空塔气速 2.5结构简单，造价低，操作容易，气液接触时间短，混合不宜均淋4.0m/s,液气比 13可以同时除尘、降温、吸收匀，吸收效率低，液体经喷嘴塔30L/m3,压力损失喷入，动力消耗大，喷嘴易堵5002000Pa塞，产生雾滴，需设除雾器通过比较各种设备的性能参数，所以选用喷淋塔吸收二氧化硫。吸收塔内的流量计算假设吸收塔内平均温度为 80P,压力为 120KPa 则吸收塔内烟气流量为:式中：QV一吸收塔内烟气流量，m3/s；Q

13、一标况下烟气流量，m3/s；K 一除尘前漏气系数，0-0.1,取 0.05;l”27380101.3253,Qv=5.26：:：（10.05）=6.03m3/s273120吸收塔的塔径计算根据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，选择吸收塔内烟气流速 v=3m/s,则吸收塔截面 A 为：A=Qv=6.03=201m2(式 4.22)v3则塔径 d 为：d=4A=J4：01=1.60m(式 4.23)D0-2000mm吸收塔的高度计算吸收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：%=

14、vt=34=12mQV=Q2ZL101325（iK）273P（式 4.21）取塔径（式 4.24）层（3.43.5）m,则取除雾区高度为：H2=3.5m（3）浆池高度浆池容量 Vi按液气比浆液停留时间 ti确定：Vi=L/GMQMti（式 4.25）式中：L/G 一液气比，一般为 1525L/m3,本设计取 18L/m3;Q 一标况下烟气量，m3/h；t1一浆液停留时间，s；一般t1为4min8min,本设计中取值为 6min。则浆池容积为：V1=1810，189506-：-60=34.11m3选取浆池直径等于或略大于吸收塔D。，本设计中选取的浆池直径 DI为 2m 然后再根据VI计算浆池高度

15、：=（式 4.26）D1式中：h0一浆池高度，m;VI一浆池容积，m3;DI一浆池直径，mo,434.11hg=2=10.86m3.1422从浆池液面到烟气进口底边的高度为 0.82m 本设计取 2nl（4）吸收塔高度HT=H1+H2+ho=12+3.5+10.86=26.36m（式 4.27）烟囱设计及计算烟气释放热计算QH=0.35 已 MQv父一（式 4.28）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Ts式中：QH烟气热释放率，kw;Pa一大气压力，近似取 888.6hPa；Qv一实际排烟量，m3/sTs烟囱出口处的烟气温度，160c=433 代Ta环境大气温度

16、，取环境大气温度 Ta=293KAT=TS-Ta=433-293=140Ksa环境大气压下的烟气流量:-18950273160101.3253.QV=10.059.99ms360027388.86TQH=0.35PaQV丁=0.35888.69.99烟囱直径计算求得 D=0.80m,取烟囱直径为 D 为 800mm校核流速v=%=49.992=19.88m/suD20X0.802烟气抬升高度计算21.5VsD0.01QH由QH1700kw,可得AH=S-H式中：Vs烟囱出口流速，取 20m/s;D烟囱出口内径，m；u烟囱出口处平均风速，朔州当地年平均风速为2.5-4.5m/s,取 3m/s.A

17、H2（1.5200.800.01100457）=22.70m（式 4.29）1401004.57kw433烟囱出口烟气流速不应低于该高度处平均风速的1.5 倍，为保证烟气顺利抬升，出口流速应在 2030m/s,取 20m/s。则有（式 4.30）（式 4.31）4.4.4 烟气几何高度计算根据锅炉的蒸发量，然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定确定烟囱高度。表 4.6 锅炉的蒸发量与烟囱高度的关系锅炉总锅炉的蒸发量(t/h)1122661010202635烟囱最低高度(m)202530354045由设计任务书上可得所有锅炉的总的蒸发量为 10t/h。通过上表可以确定烟囱的几何高度为：HS=40

18、m4.4.5 烟气有效高度计算：H=Hs+AH=40+22.70=62.70m（式4.32）4.4.6 烟气阻力计算标准状况下的烟气密度为1.46kg/m3,则可得在实际温度下的密度为:2732733P=Pn父=1.46x=0.92kg/m273160443（式4.33）2人烟囱阻力可按下式计算：Ap=入上，口d2（式4.34）式中：入一摩擦阻力系数，无量纲，本处取 0.02;v管内烟气平均流速，m/s；l烟囱长度,m;即 H.262.700.9219.882p=002父=379.96Pa0.6024.4.7 烟气高度校核假设吸收塔的吸收效率为 80%可得排放烟气中二氧化硫的浓度为:皿=（1-

19、80%）1984.17=396.83mg/m3（式4.35）氧化硫排放的排放速率:vso2=8S02MQv=396.83M9.99 父 10，g/s=3.96g/s（式 4.36）式中：也一为一个常数，一般取 0.5：1,此处取 0.5;Pz查得国家环境空气质量二级标准时平均 SO2的浓度为0.5mg/m3,设计符合要求管道系统设计计算管径的计算d_4Q_45.26一.V-.3.1415式中：v烟气流速 m/s（对于锅炉烟尘 v=1015m/s）本设计取为 15m/s。圆整并选取峰值：表 4.7 钢制板风管外径 D/mm外径允许偏差/mm壁厚/mm70010.12内径 d1=700-2X0.1

20、2=699.76mm一.,4Q4526，、烟气流速v=-2=:2=13.68m/s（式 4.39）二d23.140.699762由此可知，除尘器的管径设计合理。摩擦阻力损失计算校核2Vso2Py用ax=2TIUHePz（式 4.37）Max一23.961000Z一一2二362.70e0.5=0.04mg/m=0.67m（式 4.38）根据流体力学原理，空气在任何横截面形状不变的管道内流动时，摩擦阻力12A 如可用下式计算：八际=JUd2式中：v管内烟气平均流速，m/s；1一管道长度，100m_2A0.0210013.680.92pm=二245.96Pa20.7式中：n 一弯头个数，20 个;t

21、一局部阻力系数，无量纲;p烟气密度，kg/m3；v管内烟气平均流速，m/s；在烟气管道中采用 900弯头，其局部阻力损失系数1=0.25,所以管道局部阻2力损失为：4丽=20父0.25父0.92父一=430.43Pa2管道总阻力损失即为：p=245.96+430.43=679.39Pa4.5.3 系统总阻力计算系统的总阻力包括烟气在锅炉出口前的阻力（取 700Pa）、烟囱阻力、管道总阻力与脱硫设备的阻力之和。查相关资料，脱硫设备的阻力为 500Pa,除尘的阻力为 1500Pa,则系统总压力损失为P 系统=锅炉出口前阻力+烟囱阻力+管道总阻力+脱硫设备阻力+除尘阻力（式 4.40）烟气管道局部阻

22、力损失可按下式计算：A方=n1（式 4.41）A 廉统=700+379.96+679.39+500+1500=3759.35Pa5 风机电机的选择风机的选择风机风量的计算选择通风机的风量按下式计算：qv,0=(1+K1)qv(式 5.1)式中：qv一管道计算的总风量，m3/h;K1一考虑系统漏风所附加的安全系数，取 0.1。qv,o=(10.1)20845=22929.5m3/h风机风压的计算选择通风机的风压按下式计算：AR=(1+K2)Ap(式 5.2)P式中：Ap一管道计算的总压力损失，Pa；K2一考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数，一般管道取 0.10.15,本设计取 0.12;Po标定状态下的空气密度，对于引风机p0=0.745kg/m3;P一运行工况下进入通风机时的气体密度。0.745Ap0=(10.12)3759.35-3409.57Pa0.92电机的选择系统总阻力计算（式 4.42）N-Kqv001000123600式中：K-电机安全系数，取 1.15%-风机效率，取 75%“2-机械效率，取 1.0结合通风机风压及总风量，经选择，本设计采用 Y2-10 型锅炉引风机。表 5.1Y2-10 型引风机性能参数引风机型号流量m3/h全压Pa功率kw6 总结中国的大气污染以煤烟型为主，主要的污染物