DZL2-13型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计任务书

1 锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计任务书 一、课程设计的题目 二、 课程设计的目的 大气污染控制工程课程设计是配合大气污染控制工程专业课程而单独设立的设计性实践课程。教学目的和任务是使学生在学习专业技术基础和主要专业课程的基础上，学习和掌握环境工程领域内主要设备设计的基本知识和方法，培养学生综合运用所学的环境工程领域的基础理论、基本技能和专业知识分析问题和解决工程设计问题的能力，培养学生调查研究，查阅技术文献、资料、手 册，进行工程设计计算、图纸绘制及编写技术文件的基本能力。 三、设计原始资料 13型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计 锅炉型号： 13 即：蒸发量 2t/h，出口蒸汽压力 13 计耗煤量： 350Kg/h 设计煤成分： 5% % % % % 5% 0%； %，属于高硫无烟煤 烟气密度 =g/准状态下 ) 当地大气压： 98烟温度： 160 空气过剩系数 =灰率 =16% 烟气在锅炉出口前阻力 550染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中二类区新建排污项目执行。连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度 50m， 900个。 注：锅炉大气污染排放标准（ 2001）中二类区执行标准 烟气浓度排放标准（标准状况下）： 200mg/2 二氧化硫排放标准（标准状况下）： 900mg/烟囱高度达不到 2001 表 4 锅炉房烟囱最低允许高度（ 4t 锅炉烟囱高度最低 35m， 6t 锅炉烟囱高度最低 40m）的要求，其排放标准值按 50%执行，即： 烟尘浓度排放标准 (标准状态下 )： 100 mg/ 二氧化硫排放标准 (标准状态下 )： 450 mg/、课程教学要求 本课程设计的选题紧紧围绕大气污染控制工程烟气除尘为主题。学生必须根据教学要求、设计工作量以及实际条件，进行恰当选题。能按照设计任务书，顺利完成设计任务，培养运用本学科的基础理论和专业知识解决本专业实际问题的能力，提高设计计算、工程制图和使用资料的能力。 四、设计内容与要求 1. 根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量，烟尘和二氧化硫浓度。 2 净化系统设计方案的分析，包括净化 设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；净化效率的影响因素等。 3 除尘设备结构设计计算 4 脱硫设备结构设计计算 5 烟囱设计计算 6 管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择 7. 设计任务完成后，学生要根据设计的全过程完成专业课程设计说明书，按照一定格式写出设计计算书。课程设计说明书主要内容有： （ 1）设计题目； （ 2）主要指标和要求； （ 3）方案工作原理； （ 4）设计计算依据、计算结果； （ 5）设备选择依据和工艺流程介绍； （ 6）结果汇总。 8 根据计算结果绘制设计图，系统图要标出设备 、管件编号、并附明细表；除尘系统、脱硫设备平面、剖面布置图若干张，以解释清楚为宜，至少 3 张 （ 3号） 图，并包括系统流程图一张 （ 3号图）。 3 此外，还要求文字应简明、通顺、内容正确完整，书写工整、装订成册。 前 言 在目前，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。 随着国民经济的发展，能源的消耗量逐步上升，大气污染物的排放量相应增加。而就我国的经济和技术发展就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。我国的大气污染 仍将以煤烟型污染为主。因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和 人类不仅能适应自然环境，而且还能开发利用自然资源，改造自然环境，使环境更加适合于人类生存。在人为活动影响下形成的环境，称为次生环境。工农业生产排放大量有毒有害污染物，严重污染大气、水、土壤等自然环境，破坏生态平衡，使人类生活环境的质量急剧恶化，人类生产和生活活动排入环境各种污染物，特别是生产过程排放的污染物种类极多，而且随着科学技术和工业的发展，环境中污染物的种类和数量还在与日俱增。这些污染物随同空气、饮水和食 物进入人体后，对人体健康产生各种有害影响 。大气污染是随着产业革命的兴起，现代工业的发展，城市人口的密集，煤炭和石油燃料的迅猛增长而产生的。近百年来，西欧，美国，日本等工业发达国家大气污染事件日趋增多，本世纪 50界上由大气污染引起的公害事件接连发生，例如：英国伦敦烟雾事件，日本四日市哮喘事件，美国洛杉矶烟雾事件，印度博帕尔毒气泄漏事件等等，不仅严重地危害居民健康，甚至造成数百人，数千人的死亡。我国随着经济的快速发展，因燃煤排放的二氧化硫、颗粒物等有毒有害的污染物质急剧增多。空 气污染以煤烟型为主，主要污染物是二氧化硫和烟尘。据统计，1990 年全国煤炭消耗量 吨，到 1995 年煤炭消耗量增至 吨，二氧化硫排放量达 2232 万吨。超过欧洲和美国，居世界首位。由于我国部分地区燃用高硫煤，燃煤设备未能采取脱硫措施，致使二氧化硫排放量不断增加，造成严重的环境污染。如不严格控制，到 2010年我国煤炭消耗量增长到 15 亿吨时，二氧化硫排放量将达 2730 万吨。 因而已经到了我们不得不面对的时候，我们这里我们将用科学的态度去面对去防治 。 4 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 5 目录 前 言 . 3 1 设计方案的选取 . 7 定工艺 . 7 艺流程简图 . 8 其他工艺的比较 . 8 2 基本参数计算 . 10 气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算 . 10 气流量的确定 . 10 气浓度的计算 . 11 氧化硫浓度的计算 . 12 尘及脱硫效率的计算 . 12 . 12 率的计算 . 13 3 袋式除尘器的选型与计算 . 13 式除尘器的选型 . 13 灰方法的选择与比较 . 13 料的选取 . 14 袋形状及进气方式的选择 . 15 灰方式的选择 . 15 式除尘器 的相关计算 . 16 理气量的确定 . 16 工况下烟气流量 . 16 滤风速的选取 . 16 滤面积的计算 . 16 条滤袋的面积 . 17 袋的数量 . 17 据计算选择袋式除尘器 . 17 4 填料塔的计算 . 18 本参数 . 18 . 19 . 20 径的计算 . 20 填料层高度的计算 . 21 料层压降的计算 . 22 属装置的选择 . 24 液体分布器选取 . 24 除雾器的选择 . 24 液体再分布器的选取 . 25 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 6 5 管径的确定 . 25 6 系统阻力的计算 . 25 擦压力损失 . 25 诺数的计算 . 26 擦压力损失的计算 . 27 头的阻力损失 . 27 道上渐扩管的阻力损失 . 27 统总阻力的计算 . 28 7 风机和电动机的选择与计算 . 28 准状态下的风机风量的计算 . 28 . 28 8 烟囱的设计 . 29 2烟囱直径的计算 . 30 囱底部直径 . 30 . 31 囱的抽力 . 34 参考文献 . 35 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 7 1 设计方案的选取 定工艺 由于方案设计要求为 锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘 湿式脱硫系统的设计，所以除尘方式为袋式除尘器，主要确定湿式脱硫工艺。 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， 收系统，脱硫产物处理系统四部分组成。 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垢、堵塞现象，可以加装瀑气装置进行强制氧化或特 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。 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。 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，进行气叶两相的接触，完成脱硫除尘后从塔底流出，通过明渠流到综合循环池。 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 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 (固体含量约 40 ) 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 8 之后用泵打到渣处理场，溢流液回流入再生池内。 经过多方面资料的查询确定我们的选用双碱法脱硫工艺。 艺流程简图 图 1 工艺流程图 1 锅炉 2 袋式除尘器 3 灰斗 4 烟囱 5 气气热交换器 6 除雾器 7 填料塔 8 缓冲箱 9 配药箱 10 石灰仓 11 中间仓 12 熟化室 13 石灰反应器 14 浓缩池 15 过滤池 其他工艺的比较 湿法烟气脱硫，特点是脱硫系统位于烟道的末端、除尘器之后，脱硫过程的反应温度低于露点，所以脱硫后的烟气需要再加热才能排出。由于是气液反应，其脱硫反应速度快、效率高、脱硫剂利用率高，如用石灰做脱硫剂时，当 =1时，即可 达到 90%的脱 硫率，适合大型燃煤电站的烟气脱硫。但是，湿法烟气脱硫存在废水处理问题，初投资大， 运行费用也较高。 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 9 以下是各种湿法脱硫工艺的优缺点分析对比： 石灰石 /石膏法的主要优点是：适用的煤种范围广、脱硫效率高（有的装置=1时，脱硫效率大于 90%）、吸收剂利用率高（可大于 90%）、设备运转率高（可达 90%以上）、工作的可靠性高（目前最成熟的烟气脱硫工艺）、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 石膏很难处理（由于销路问题只能 堆放）、废水较难处理 氧化镁法，一些金属氧化物如 利用其浆液或水溶液作为脱硫剂洗涤烟气脱硫。我国氧化镁资源丰富，可考虑此法要求必须对烟气进行预先的除尘和除氯，而且该过程中会有 8%的 失，造 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 10 成二次污染。 氨法脱硫工艺 副产品硫酸铵的销路和价格是氨法工艺应用的先决条件，这是由于氨法所采用的吸收剂氨水价格远比石灰石高，其吸收剂费用很高，如果副产品无销路或销售价格低，不能抵消大部分 吸收剂费用，则不能 应用氨法工艺 ，此外 氨水来源也是选择此工艺的必要条件 ， 由于以上缺点在这里我们不选用该处理方法。 海水脱硫法， 工艺简单，无需脱硫剂的制备，系统可靠可用率高，根据国外经验，可用率保持在 100% 脱硫效率高，可达 90以上；不需要添加脱硫剂，也无废水废料，易于管理；与其他湿法工艺相比，投资低，运行费用也低 ，但 只能用于海边电厂，且只能适用于燃煤含硫量小于 中低硫煤 。 双减法脱硫工艺：克服了石灰石 进一步提高脱硫效率而发展起来的。要先用碱金属盐类 如钠盐的水溶液吸收 后在另一个石灰反应器中用石灰或石灰石吸收 生的吸收液返回吸收塔再用。而 于其固体的产生过程不是发生在吸收塔中的，所以避免了石灰石 双碱法比传统的湿法脱硫有以下优点： （ 1）以钠碱作为吸收剂，系统一般不会产生沉淀物； （ 2）吸收剂的再生和脱硫渣的沉淀发生在脱硫塔以外，避免了塔德堵塞和磨损 提高了运行可靠性，降低了操作费用 （ 3）钠基吸收液吸收 故可用较小的液气比，达到较高的脱硫率。 缺点是： 不断的补充 外， 总之，双碱法脱硫技术是国内外运用的成熟技术，是一种特别适合中小型锅炉烟气脱硫技术，具有广泛的市场前景。 经过多方面的比较我们选用双碱法作为最终的脱硫工艺。 2 基本参数计算 气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算 气流量的确定 以 1 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 11 组分 重量 (g) 摩尔数 (需氧量 (产物量 (C 650 40 40 10 20 O 23 - N 7 - 34 2O 100 - 分 14 - 发分 86 - 准状态下理论需氧量为 :准状态下理论 :因为空气中 2 所以标准状态理论 为：准状态下理论产物量 :0+准状态下理论烟气量 =理论 为 +产物量 =准状态下理论空气量 :准状态下实际空气量 =标准状态下理论空气量 a (空气过剩系数 =准状态下实际干烟气量 =标准状态下 理论烟气量 +标准状态下过剩空气量 =标准状态下理论烟气量 +(标准状态下实际空气量 =m3/分含量 =18 1000=m3/准状态下实际湿烟气量 准状态下实际干烟气量 +水分含量 = 烟气浓度的计算 8 . 7 4 3 5 0 3 0 5 9 W mg/h 标准状态下烟气含尘浓度 （ / 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 12 式中 : 标准状态下实际烟气量 , m3/ A 煤中不可燃成分的含量 (此处 1 140g) 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数， %。 C= 31 6 % 1 4 0 2 . 5 6 1 08 . 7 4 mg/ 二氧化硫浓度的计算 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 61022 （ 3m ） 式中 : 标准状态下燃煤产生的实际烟气量 , m3/ S 煤中可燃硫的质量分数， %。 62 0 4 108 = 103 mg/尘及脱硫效率的计算 氧化硫及烟尘排放量的确定 首先确定烟囱高度通 过烟囱高度确定污染物排放量。 确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量（ t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（表 2）确定烟囱的高度。 表 2 锅炉烟囱高度表 锅炉总额定出力 /（ t/h） 袋长径比（ e/d) 30 25 20 优点：圆袋的支撑骨架及连接简单，清灰容易，维护管理也比较方便，所以应用非常广泛。 扁袋式除尘器：滤袋为扁平型，厚度及履带间隙为 2550度为 度为 300500大优点是：单位容积的过滤面积大，但是清灰、检修、换袋很复杂，因此应用范围受限。 气方式与过滤方式的选择 进气方式有上进气和下进气两种方式。采用上进气时，粉尘的沉降速度与气流速度相重叠，能在滤袋上形成较均匀的粉尘 层，过滤性能好，但配气室设在上部，是除尘器高度增加，并有积灰现象。采用下近期方式时，粗尘粒可直接沉降于灰斗中，降低了滤袋的负荷与磨损。但由于气流方向与灰尘下落方向相反，清灰后的细尘会重新沉积与滤袋表面，降低了清灰效果。 过滤方式有外虑和内虑两种方式，如图 1所示。内虑式是使含沉气流进入滤袋内部，粉尘被阻留于滤袋内表面，净化气穿过滤袋逸至袋外，袋外干净，便于换袋与检修，且袋内无骨架，减少了滤袋的磨损，但滤袋扭曲较大，仅适用于机械振打与逆气流清灰方式；外虑气流方向则相反，滤袋内必设骨架，适于脉冲喷吹、高压气流喷吹 清灰方式，但滤袋与骨架磨损较大。 由以上分析，本设计方案选用下进气上排气外虑式进气方式和过滤方式！ 灰方式的选择 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 16 清灰方式有人工清灰、机械清灰；逆气流、气环清灰；脉冲喷吹；反吹风与振动结合等几种。一般反吹与振动为间歇式，即清灰时切断气流。气流和脉冲为连续式，即清灰时不切断气流，但气环反吹对滤袋磨损很快，气环相与传动构件易发生故障，目前使用较少。 本设计方案选用脉冲喷吹方式进行清灰。 式除尘器的相关计算 理气量的确定 从锅炉流出的烟气在进入除尘器 时，由于除尘器的密封不严等原因使进入除尘器的烟气流量变大，即除尘器本身存在漏风率，除尘器的漏风附加率一般为10%15%，本方案中取漏风率为 12%， 工况下烟气流量 Q/= m3/h)= 3 0 5 9 1 0 1 . 3 2 5 ( 2 7 3 1 6 0 )2 7 3 9 8 =5016(m3/h) 则烟气的流量为 3 5 0 1 6 1 . 3 9 3 ( / )3 6 0 0 3 6 0 0Q 由前面计算可知： 30 5 0 1 6 /Q m h所以： 30 (1 1 2 % ) 5 0 1 6 1 . 1 2 5 6 1 7 . 9 2 ( / )Q Q m h 滤风速的选取 风速的大小与含尘气体的性质、织物的类别及粉尘的性质有关。一般脉冲袋式除尘器的过滤风速在 24m/过参考相关袋式除尘器的设计实例，本设计采用的过滤风速为 3m/ 过滤面积的计算 总过滤面积的计算公式为：221 60 S 总过滤面积， 2m ； v 过滤速度， m 1S 滤袋工作部分的过滤面积， 2m 2S 滤袋清灰部分的过滤面积， 2m Q 通过除尘器的总气体量， 2m 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 17 滤袋清灰部分的过滤面积是指滤袋没用来过滤的面积，一般占滤带面积的5%10%，本方案计算中取 8%； 所以： )(760 21 21 1 1 条滤袋的面积 单条圆形滤袋的公称面积， 滤袋直径， m L 滤袋长度， m 由前面描述可知：滤袋 12000此选 D=250袋长度（即高度） 3m,在此选 L=2m 所以： 袋的数量 据计算选择袋式除尘器 由前面的计算，参阅除尘设计工程手册，本方案设计中我们选用了I/基本参数如下： 表 5 1/型 号 处理烟气量 (除尘效率 （ %） 本体 阻力 （ 过滤面积（ 滤 袋 数 量 (条 ) 脉冲阀 数 量 （个） 13570 5 48 8 过滤风速 （ m3/ 气源压力 （ 滤袋规格 （长宽高）（ 脉冲控制仪表 最大外形尺寸 （长宽高）（ 设备质量 （ 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 18 2 5 196 294 120 2500 电控或气控 1800 1400 4550 6 1/ A B e D L E a b=c 640 1360 380 300 1720 1500 16 100=1600 110 120 y x F b2= h 1680 1600 120 38 4 1100 14 100=1400 119 220 8 b3= 150 95 436 356 100 36 2 100=200 20 4 填料塔的计算 由前面的计算 2体积分数为 知用纯水吸收氨的方式在此不再适用，所以需用化学吸收的方法来处理废气中的 2常用的化学吸收方法有双碱法、石灰石吸收法、氢氧化 镁洗手法等 在综合考虑各种因素的前提下，本方案选用双碱法处理废气中的 2又本方案进入填料塔时温度范围为 60 80，计算时全部按 70时溶液的相应参数来算 对低浓度吸收过程 ， 选用 5%的 混合气体的黏度可近似取为烟气空气的黏度。 综合考虑实验条件的要求，本方案采用金属鲍尔环（乱堆）做填料，其基本性能参数如下： 表 7 填料性质 金属鲍尔环 实际尺寸 比表面积 空隙率 堆积密度 填料因子 关联系数 38838 32 /130 = 33 /95.0 2/379 =92/m A=本参数 烟气和 5%的 0 的物性常数如下： 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 19 烟气： 3/076.1 0 5 0 2碱液中的扩散系数为 : /635 烟气的流量为 ,本方案要求烟气中 2去除效率为 93%,计算时按去除效率为 95%算 混合气体的黏度近似取 70 时的空气密度 h)1 2 K g / ( 5 查手册 2气中的扩散系数 0 3 0 2 料衡算 衡算式： V（ =L（ 7 . 7 8 2 2 . 4 0 . 0 0 164 = y2= (1=于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 惰性气体流量 V=（ =h Y1=1 Y2=1得 总压 a,温度 293亨利系数 E=103平衡常数 1 H=小液气比 11 2 = 0 . 0 0 2 7 2 0 . 0 0 0 1 3 60 . 0 0 2 7 2 03 5 . 0 4=操作液气比 i n （ =L（ 知 2+1 0 0 01 3 27 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 20 进塔惰性气体的气体流量为： )/(hk m o hK m o 4 1 径的计算 8141232 )()()()( 由前面填料的选取可知 A=相质量流量： h 液相质量流量： 18=h 8141232)1 0 5 4 4 3 5 0 6( 6 0 5 30)(得： 为 故取 u= 由 0 0/ 1 744 塔径圆整：得 D=点率校核 6 00/7 2 所以： 在允许范围（ 填料规格校核 液体喷淋密度校核， D 900称尺寸为 50为填料的直径为 38以填料塔不需分层。 料层压降的计算 采用关联图计算填料层压降 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 23 图 1 填料泛点气速通用关联图 烟气、吸收剂的质量流速计算： =h L 18=h 关联图横坐标： L=1050 3/ 3 0 5 4 4 3 5 0 6)( 纵坐标为： 006 7 由横纵坐标查得压降在 15间，用内插法求得压降为 16 大 气 课 程 设 计 报 告 书 第 页 24 即 p /填料层压降为 属装置的选择 液体分布器选取 为了有效地分布液体，需在塔顶安装喷 淋装置，安装高度一般高于填料层150 300上 ,以提供足够的自由空间 ,