每小时20t燃煤锅炉烟气的工艺设计-大气污染控制工程课程设计.doc

大气污染控制工程课程设计设计题目：20t/h燃煤锅炉烟气的工艺设计姓名：程涛学号：113010040120年级：1101系部：食品工程学院专业：环境工程指导教师：罗劼完成时间：2014.12.6- 1 -武昌工学院 大气污染控制工程课程设计 目 录1 设计任务及基本资料- 1 -1.1 课程设计题目（小四，加粗）- 1 -1.2 课程设计基本资料- 1 -2 设计方案- 2 -2.1 物料衡算- 2 -2.2 工艺方案的比较和选择- 3 -3 工艺计算- 5 -3.1 一级除尘装置旋风除尘器- 5 -3.2 二级除尘装置袋式除尘器- 7 -3.3 脱硫工艺- 8 -4 烟囱高度的计算- 13 -4.1 烟囱高度计算式- 13 -武昌工学院 大气污染控制工程课程设计1 设计任务及基本资料1.1 课程设计题目（小四，加粗） 20t/h燃煤锅炉烟气的工艺设计1.2 课程设计基本资料二、课程设计参数和依据1. 设计规模锅炉蒸发量2t/h23t/h2. 设计原始资料 （1）煤的工业分析如下表（质量比，含N量不计）：发热量CHSO灰分水分2093965.7%3.2%2.1%2.3%18.1%9.0%（2）锅炉型号：FG-35/3.82-M型（3）锅炉热效率：75%（4）空气过剩系数：1.3（5）水的蒸发热：2570.8KJ/Kg（6）烟尘的排放因子：30%（7）烟气温度：473K（8）烟气密度：1.18kg/m3（9）烟气粘度：2.410-5 pas（10）尘粒密度：2250kg/m3（11）烟气其他性质按空气计算（12）烟气中烟尘颗粒粒径分布平均粒径/um0.537.5152535455560粒径分布/320152016106373. 排放标准按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2014）中新建燃煤锅炉标准执行：标准状态下烟尘浓度排放标准：50mg/m3、二氧化硫排放浓度：300mg/m3。三、课程说明书内容本课程设计的选题紧紧围绕大气污染控制工程烟气脱硫除尘为主题，设计任务完成后，学生要按规范撰写设计说明书，绘制CAD图。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。2 设计方案2.1 物料衡算1小时燃煤燃烧的需热量：1小时锅炉需煤量：2.1.1 标准状态下理论空气量质量/g煤成分的物质的量/理论需氧量/生成物的量/C65754.7554.75C02；54.75H32168H2O 16S210.660.66SO2 0.66O231.44-0.72H2O865H2O 5理论需氧量为假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78，则1kg煤完全燃烧所需要的理论空气量为:即标准状态下的体积为 :2.1.2 标准状态下理论烟气量理论烟气量: 即 2.1.3 标准状态下实际烟气量空气过剩系数时，实际烟气量标准状态下的体积T=473K时，实际烟气量为实际烟气体积：烟气总量为：2.1.4 标准状态下烟气含尘浓度SO2的浓度：SO2的量：4665标准状态烟气浓度：实际烟气浓度：2.2 工艺方案的比较和选择2.2.1 除尘效率烟气的除尘效率烟尘除尘效率：SO2的脱硫效率SO2脱硫效率2.2.2 除尘设备的论证烟气的预除尘设备一般选用重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、多管旋风除尘器和喷淋洗涤塔等。它们基本性能如表21示。 表21 除尘设备的基本性能除尘器名称阻力（Pa）除尘效率()初投资运行费用重力沉降室501504060少少惯性除尘器1005005070少少旋风除尘器40013007092少中多管旋风除尘器80015008095中中喷淋洗涤塔1003007595中中 表22 各种除尘器设备费、耗钢量及能耗量指标除尘器名称所占空间体积m3/(1000m3/h)存储设备费（比值）耗钢量kg/(m3/h)能耗量（KJ/m3）重力沉降室20401.0惯性除尘器0.71.23.06.00.150.3旋风除尘器约1.751.04.00.050.10.81.6多管旋风除尘器3.92.55.00.070.151.64.0 表23 除尘器名称除尘作用力最佳粒径/um投资比较阻力Pa温度备注重力尘降室重力100低200100050低4001200400除尘效率较低旋风除尘器离心力520中400200060粒径分布/32015201610637分级效率/0.5616.9556.0683.6293.4196.5397.8798.5698.79总效率/59.23经过预除尘后（一级处理），烟尘浓度是：二级除尘的效率将要达到：3.2 二级除尘装置袋式除尘器在选择除尘技术时，应充分考虑经济性、可靠性、适用性和社会性等方面的影响。除尘技术的确定受到当地条件、现场条件、燃烧煤种特性、排放标准和需要达到的除尘效率等多种因素的影响。针对目前环保要求、污染物排放费用的征收情况以及静电除尘器和布袋除尘器在性能上的差异和在各行各业应用的实际情况，对两种除尘器在实际应用中的基本性能做一个简单客观的对比。 1）除尘效率 布袋除尘器：对人体有严重影响的重金属粒子及亚微米级尘粒的捕集更为有效。通常除尘效率可达99.99%以上，排放烟尘浓度能稳定低于50mg/Nm3，甚至可达10 mg/Nm3以下，几乎实现零排放。 从目前电力行业燃煤锅炉应用的情况来看，布袋除尘器的排放能保证在30 mg/Nm3以下。呼和浩特电厂两台200MW机组的锅炉烟气净化采用了布袋除尘器，从CEMS系统长期自动监测的结果和权威检测单位的测试人员人工采样测试的结果来看，排放浓度均低于27 mg/Nm3。 电除尘器：随着国家环保标准的进一步提高和越来越多的电厂燃用低硫煤（或者经过了高效脱硫），比电阻大，即使达标也变得越来越困难。而布袋除尘器的过滤机理决定了它不受燃烧煤种物化性能变化的影响，具有稳定的除尘效率。针对目前国家环保的排放标准和排放费用的征收办法，布袋除尘器所带来的经济效益是显而易见的。3.2.1 设备计算（1） 烟气处理量：（2） 初步选型ZC型回转反吹扁袋除尘器。型号：240ZC400型 过滤面积 过滤气速： 符合ZC型回转反吹扁袋除尘器的入气速度1.01.5 滤袋数240 滤袋高度为4.0m （3） 每条滤袋的面积： （4） 所以 符合要求3.2.2 设备选型除尘器名称总效率（%）不同粒径（um）所对应的分级效率/% 0-55-1010-2020-44袋式除尘器99.799.5100100100100所二级除尘效率大于97.96% 满足要求3.2.3 除尘系统效果分析经过二级除尘，总除尘效率达到96，完全达到排放要求.一般经过二级除尘，效率都可以达到99.5%，同时压损也会很大，对滤袋、除尘仪器都有不利的影响，仪器的操作要求也会很高，运行耗能也会很大，实例说明在高效率时每降低一个百分点就会减少很大的压损，也考虑到后面要用湿法脱硫，对除尘也有一定的效率，所以降低除尘效率，降低压损，减少对滤袋、除尘仪器都有不利的影响，降低仪器的操作要求和运行耗能。为企业创造更多的收益。但选用型号除尘器后，要进行必要的改装，才可以达到要求。3.3 脱硫工艺3.3.1 锅炉烟气脱硫工艺的论证选择 目前, 世界上烟气脱硫工艺有上百种, 但具有实用价值的工艺仅十几种。根据脱硫反应物和脱硫产物的存在状态可将其分为湿法、干法和半干法 3 种。湿法脱硫工艺应用广泛, 占世界总量的 85.0%, 其中氧化镁法技术成熟, 尤其对中、小锅炉烟气脱硫来说, 具有投资少, 占地面积小, 运行费用低等优点, 非常适合我国的国情。 采用湿法脱硫工艺, 要考虑吸收器的性能, 其性能的优劣直接影响烟气的脱硫效率、系统的运行费用等。旋流板塔吸收器具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点, 。 湿法脱硫是一种化学吸收反应，吸收剂对吸收过程有很大的影响，不同的吸收剂与SO2反应的速度也不一样，常用的吸收剂有：氢氧化钠或碳酸钠、氧化镁、钠-钙双碱、氨、海水、石灰乳等。（1）氢氧化钠或碳酸钠作为吸收剂脱硫，存在如下诸多问题：a) 如果将脱硫后的产物亚硫酸钠回收利用，存在流程过长、回收费用过高、副产品无销路等问题；b) 脱硫剂消耗量大、脱硫成本高；c) 增加水处理费用。d) 氧化镁作为吸收剂脱硫：e) 氧化镁来源有限；f) 直接排放，对水体会造成严重污染；如果循环利用脱硫剂，则流程很长、设备繁多、占地面积大。本设计拟用纳-钙双碱法脱硫工艺，以氢氧化钠为吸收剂，氢氧化钙为氢氧化钠的再生剂，并采用喷淋塔。本设计具体的工艺流程如下: 由于锅炉烟气温度高达200，不适合二氧化硫的吸收去除，故需先将其进行冷却预处理，经过冷却塔后烟气的温度可降至60左右，送入钠碱吸收塔，原始吸收溶液浓度150,吸收后生成的进入储罐投加固体浓缩缓冲。根据储罐中溶液的停留时间，选两个储罐，一个生产储罐，另一个作为备用储罐。应吸收塔较高，吸收塔出口溶液进入储罐采用自流，省去了泵的使用。因尾气温度较高，且碳酸钠溶考虑到尾气的温度较高，湿度较大，不适宜用干法吸收，该工艺流程设计以碳酸钠溶液吸收塔吸收尾气中的二氧化硫。高温不利于吸收反应的进行，并且对吸收塔的腐蚀较大，应此先将尾气降温处理。由于尾气中的二氧化硫具有强腐蚀性，操作过程中反应都受到PH值的影响，随时需要进行酸度调节；因此需在地下池设备中安装PH值自动控制仪表，调节水的酸度，防止对环境的二次污染。冷却塔出水由于吸收大量的热能，出水温度升高，要循环利用地下池的水需经循环水冷却塔降温，循环水冷却塔采用自然通风冷却，安装两台进水泵，一个生产用泵，一个备用泵，水来自集水池；两台出水泵，一个生产用泵，一个备用泵，水送往冷却塔。水经过循环利用从而节省了大量的水资源。液吸收二氧化硫的反应放热，高温不利于吸收反应的进行，因此浓缩后的碱液需经换热器的降温后 进入吸收塔循环吸收二氧化硫。吸收塔出口气体温度为60左右，用引风机引气排放，由于气液分离不完全，气体中携带水蒸气会引起引风机的震荡，因此在引风机前应设置气液分离器。且气体温度降低，在高烟囱中会冷凝酸化，腐蚀烟囱，且气体温度降低不利于气体的扩散排放，在排放前要升高气体温度，使气体在烟囱口的排放温度达到160以上。3.3.2 工艺原理（1）吸收反应洗涤过程的主要反应式： +2洗涤液内含有再生后返回的及系统补充的,在洗涤过程中生成亚硫酸钠。 2+ 在洗涤液中还含有,系烟气中的与亚硫酸钠反应而生成。 2+2（2）再生反应 用石灰浆料进行再生时： + +2 + 亚硫酸钙的一般形式为半水亚硫酸钙。用石灰石粉再生时：2 + + +1/2（3） 硫酸钠的去除 硫酸钠用硫酸酸化使其转变为石膏来去除。 +2+32+2加酸后，PH 下降到23，使亚硫酸钙转化为亚硫酸氢钙而溶于溶液中，于是溶液中的超过了石膏的溶度积，使石膏沉淀出来。（4） 氧化反应在回收法中，最终产品是石膏，需将由再生反应应得到的亚硫酸钙氧化为石膏。 +3.3.3 工艺计算锅炉烟气性质：烟气量， 1冷却塔 冷却塔中的相变过程200(汽）100 (汽）100 (水）60（水）（1）总放热量 Q= 其中:锅炉烟气的平均比热容/();(/() -焚锅炉烟气的温度差；（ ）（2） 冷却水的用量 其中：Cp2-水的比热容，；（） -冷却水的温度差，；（ t2=45-10=35） -水的密度,kg/m3;(=1000) （3）塔径其中：v-气体体积流量，; -空塔气速，m/s;（空塔气速一般为0.5-1.2m/s,取=1.2m/s)塔截面积将塔截面积放大1.1倍，即： （4）塔高冷却塔是空塔，其高度是液气接触段、上部的液气分离段与下部的液气分离段之和。设液气接触段气体的停留时间设计10秒，则液气接触段的高度 根据经验值，上下段分离高度至少大于塔径，一般为1.52D（塔径）。取1.5倍，则上下段分离高度为： 群座高为 =1m,则吸收塔高为 2 吸收塔（1） Na2SO3溶液的用量锅炉烟气中二氧化硫的含量为：尾气急冷过程中被吸收掉0.7%.则进塔气体中含量为： 设吸收塔中的去除率为96%，即去除量为： 排除气体中含量为： =由反应方程式： + + 可知吸收64kg需 106kg ，则用量为： ，设用溶液的浓C为200,质量分数为30%，则用量为： 取安全系数1.2，则Na2CO3溶液实际用量为 L=（2）塔径气体体积流量 其中 ： 锅炉烟气出口每小时排除烟气质量，kg/h;(=20t/h) 60时烟气密度，;(=1.4393)60时烟气密度=1.4393,常温时碳酸钠溶液：密度=1200, 黏度=2.3溶液密度与水的密度比为： =0.8进塔气体质量流量=5t/h进塔碳酸钠溶液质量流量WL= 331.2kg/h查图得 p=0.008,液泛气速=0.55m/s其中： 气体体积流量，m3/s; U 空塔气速,m/s;塔截面积为：比例因子取1.2， 计算得 D=5.32m（3）塔高 分一层，层高度0.497m 其中：填料层高度，m：h=0.5m; 分离与分布区高，m; =3.2m; 裙座高度，m; =3.5m;4 烟囱高度的计算4.