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250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - I - I 摘摘 要要 本设计针对烟煤废气的性质，采用布袋除尘，优化后的双循环湿式石灰石 FGD 工艺去除二氧化硫。布袋除尘具有除尘效率高、造价低、处理烟气量大、 低耗能、运行稳定等特点。目前, 湿式石灰石-石膏法烟气脱硫技术是大型电站 的烟气脱硫技术中应用最广泛的一种，也是降低 SO2 排放量的最经济、有效的 脱硫技术一。 关键词：关键词：二氧化硫 燃煤废气 布袋除尘器 湿式石灰石-石膏法 Abstract This design in view of the fuel oil waste gas nature, uses the clothsack dust removal, has the electrically charged doing -like absorbentspray method to remove the sulphur dioxide. The cloth sack dustremoval has the dust removal efficiency high, the construction costlow, the processing smoke magnanimous, lowly consumes energy. At present, the wet limestone - gypsum flue gas desulphurization technology is the major power plant flue gas desulphurization technology in the application of the most extensive one, at the same time, it is one of the most economic and effective desulfurization technologies that reduces SO2 emissions. Key words: Sulphur dioxide Fuel waste gas The calico sack divideds by the dust 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - II - II 目目 录录 摘要摘要1 1 第一章、前言第一章、前言2 2 第二章、工艺流程论证第二章、工艺流程论证2 2 第一节、废气的除尘方法第一节、废气的除尘方法2 第二节、废气脱硫的方法第二节、废气脱硫的方法8 第三章第三章 烟气脱硫工艺综合评价与推荐方案烟气脱硫工艺综合评价与推荐方案1414 第四章、设备设施计算第四章、设备设施计算2121 第一节第一节 一号布袋除尘器的计算一号布袋除尘器的计算21 第二节第二节 吸收塔的计算与设计吸收塔的计算与设计23 第三节第三节 管道的设计管道的设计32 第四节第四节 泵的计算泵的计算33 第五节第五节 风机的选择风机的选择 34 第五章第五章 车间布置车间布置35 第六章第六章 相关基本要求相关基本要求 35 第七章第七章 工程投资概算工程投资概算3535 第八章第八章 运行费用概算运行费用概算 37 第九章第九章 结语结语 38 参考资料参考资料4040 致谢致谢 4141 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 1 - 1 第一章、前言第一章、前言 中国是世界上最大的煤炭生产和消费国之一，煤炭在中国能源结构中的比 例高达 76.2%（1990 年统计资料） ，而且高硫煤也比较多。据统计，中国 1995 年 SO2 排放量为 2341 万吨，超过美国当时的 2100 万吨，占世界第一位，中国 的大气污染特征呈现煤烟型污染。1997 年我国 SO 2 排放量上升到 2346 万吨， 达到最大值。近两年来，由于国内对煤炭产量和用量加以限制，SO2 排放量略 有下降。 SO2排放量剧增使大多数城市 SO2浓度处于较高的污染水平。高浓度的 SO2 和烟尘污染协同作用，造成对人体健康的经济损失约 950 亿元，占 GDP 的 1.6%（1995 年） 另外，SO2 排放量的持续增加，使中国的酸雨发展异常迅速， “八五”期间， 酸雨污染地区已由“七五”期间的西南等少数地区，扩展到长江以南，青藏高 原以东的大部分地区及四川盆地等。1995 年，年平均降雨 PH 值小于 5.6 的区 域已占国土面积的 40%左右，硫沉降超临界负荷的面积为 210 万平方千米，占 国土面积的 21.9%，严重的酸性降水和脆弱的生态系统使我过经济损失严重。 1995 年，仅酸雨污染给森林和农作物造成的直接经济损失已达几百亿元。 中国酸性降水硫酸根与硝酸根的当量浓度之比大约为 64：1，折中硫酸型 酸雨表明，大量 SO2 排放是降水呈酸性的主要原因之一。而 SO2 排放量与煤炭 消耗量自 1983 年到 1995 年的相关系数达到 0.96。因此，控制 SO2 排放量控制 酸雨而污染发展的主要因素。 国内外可采用的防治 SO2 污染的途径很多，如可采用低硫燃料、燃料脱硫、 高烟窗排放等方法。但从技术，成本等方面综合考虑，今后相当长时间内，对 大气中 SO2 的防治，仍会以烟气脱硫的方法为主。因此，烟气脱硫的方法为主。 因此，延期脱硫技术仍会是各国研究的重点。我国目前已基本肯定了上烟气脱 硫装置控制大气质量的必要性。但由于烟气脱硫装置投资大，而国家经济实力 不足，因此大规模的发展受到限制。选择和使用经济上合理、技术先进，适合 我国国情的延期脱硫技术，仍会是今后防止 SO2 污染的重点。 煤炭是一项重要的能源资源 ,现今世界上电力产量的 60 %是利用煤炭资源 生产的。中国是燃煤大国 ,一次能源消耗 76 %是煤 ,到 2005 年我国煤 年产量达 20 亿 t ,其中一半将用于燃煤电厂,随着与日俱增的煤炭消耗将会导 致环境的严重恶化 ,我国燃煤排放的粉尘、SO2 、NOx 分别占总排放量的 9 %、89 %和 67 %。由此可见 ,我国电力部门环境保护的任务是相当重的。 本设计对 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫技术作了详尽的说明，本设计介绍和论证了 各种除尘和脱硫的方法及工艺流程，特别是对布袋除尘和湿式石灰石/石膏法烟气脱硫工艺 作了详尽的说明。 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 2 - 2 第二章、工艺流程论证第二章、工艺流程论证 第一节、废气的除尘方法第一节、废气的除尘方法 从含尘气流中将粉尘分离出来并加以捕集的装置称除尘装置或除尘器。 一、一、除尘器的分类除尘器的分类 按除尘器分离捕集粉尘的主要机制，可将其分为如下四类。 1、机械式除尘器 它是利用质量力（重力、惯性力、离心力）的作用使粉尘与气流分离 沉降的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。 2、电除尘器 它是利用高压电场使尘粒荷电，在电场力的作用下使粉尘与气流分离 的装置。 3、过滤式除尘器 它是使含尘气体通过织物或多孔填料曾进行过滤分离的装置，包括袋 式过滤器、颗粒层过滤层等。 4、湿式洗涤器 它是利用液滴或液膜洗涤含尘气流，使粉尘与气流分离沉降的装置，它 可用于除尘，也可用于气体吸收。当专用于气体除尘时，也称湿式除尘器。 上述四类六种除尘器示于表 2-1 ，表中分离区指除尘器内粉尘最后从 含尘气体中分离出来的空间，简图中的虚线指示出分离界面。 表表 2-12-1 四大类六种除尘齐的除尘过程四大类六种除尘齐的除尘过程 项目机械力除尘器电除尘器过滤式除 尘器 洗涤除尘 器 捕集阶段 作用（力） 重力惯性力离心力电力惯性碰撞 拦 截 扩 散 电力沉降 惯性碰撞 拦 截 扩 散 捕 集 分 离 过 程 分离区与 作用力 流动呆 滞区重 力 边壁上 超极限 负荷 外筒内 壁超极 限负荷 沉降极附 着力 滤料层附 着力 液体表面 表面张力 按除尘效率的高低，可把除尘器分为高效除尘器（电除尘器、过滤式除 尘器和高能文丘里洗涤器） 、中效除尘器（旋风除尘器和其他湿式除尘器） 和低效除尘器（重力沉降室、惯性除尘器）三类。 此外，还按除尘器是否用水分为干式除尘器与湿式除尘器两类。近年 来，各国十分重视研究新的高效微粒控制装置。现代除尘装置的发展趋势 是将多种捕集机制巧妙、综合应用于同一除尘过程，使其效率大为提高。 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 3 - 3 例如，童志权等开发的 XP 系列湿式除尘装置就综合利用了离心力、惯性力 及液滴、液膜、气泡捕集的多种机理，使工业装置的除尘效率均能达到 99% 以上，达到了电除尘器的效果。 二、二、除尘器的性能指标除尘器的性能指标 表示除尘器性能的指标有下列六项： 1、处理含尘气体的量，是代表除尘器处理含尘气体能力大小的指标，一 般用通过除尘器体的体积流量（m3/h 或 m3/s）表示； 2、除尘效率； 3、压力损失； 4、设备投资及运行管理费用； 5、占地面积或占用空间体积； 6、设备可靠性及使用寿命。 前三项属于技术指标，后三项属于经济指标。 三、三、 除尘器的压力损失除尘器的压力损失 除尘器的压力损失p（又称阻力）是气体流经除尘器时所消耗的总机 械能。流体的总机械能包括势能与动能，而势能又由位能和压能两项组成。 在除尘器内，由于高度变化不大，气体的重度较小，位能一般可忽略不计。 因此，总机械能e可用压能 p 和动能 2/2 之和表示，即 e=p+2/2 在除尘技术中，习惯以静压代表压能，以动压代表动能，两者之和称 为全压，代表总机械能。因此，除尘器的压力损失一般用除尘器进，出口 断面上齐鲁平均全压之差 p（Pa）表示。 除尘装置的阻力主要和流速、流动状态、流体性质、流道大小及形状 等因素有关。不同类型除尘器的阻力计算式是不同的，后面将分别介绍。 由于通风机所耗功率与除尘器的阻力成正比，所以总希望其值小些。 各种除尘器简介各种除尘器简介 （一）（一）重力沉降室重力沉降室 结构如图 2-2 所示，含尘气流进入后，粉尘借本身重力作用向底部自 然沉降。要使具有沉降速度为 vs的尘粒在沉降室内全部沉降下来，必须使 气流通过沉降室的时间 L/v 大于或等于尘粒从顶部沉降到底部灰斗所需的 时间 H/v，即 s v H v L 式中 L除尘室长度，m； H沉降室高度，m； v沉降室内气流的水平运动速度，m/s。 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 4 - 4 含尘气流 尘粒 图2-2 重力沉降室 当沉降室的实际高度 H 大于粉尘的沉降高度 h（=vs）时，可用 h/H 表 示沉降室的分级效率 H L HH h ss d 重力沉降室结构简单，投资少，性能稳定可靠，维修管理容易，压力 损失小（50150Pa） ，但设备庞大，效率低。适用于净化密度大颗粒粗、 磨损强的粉尘。设计好时能捕集 4050m 以上尘粒，不宜于捕集 20m 以下尘粒。常用作多级净化系统的第一级粗净化。 （二）（二） 、惯性除尘器、惯性除尘器 惯性除尘器是使含尘气流冲击在挡板上，或让气流方向急剧转变，使 尘粒受惯性力作用而从气流中分离出来的一种除尘装置。起除尘机制示于 图 2-3。冲击到挡板 B1 上的尘粒当中，惯性力大的粗尘 d1 首先被分离下来， 而被气流带走的尘粒（如 d2，d2d1）由于挡板 B2 使气流方向转变，借离 心力作用又被分离下来，烟气中带走的尘粒 d3505 95988001200中中 冲击式除尘 器 5 9510001600中中上 文丘里除尘 器 0.519098400010000少大 电除尘器0.51909850130大中 袋式除尘器0.51959910001500中上大 表表 3 32.22.2 除尘设备的投资费用和运行费用除尘设备的投资费用和运行费用 设备投资费用运行费用 高效旋风除尘器100100 袋式除尘器250250 电除尘器450150 塔式洗涤器270260 文丘里洗涤器220500 选择除尘器时必须全面考虑有关因素，如除尘效率、压力损失、一次投资、 维修管理等，其中最主要的是除尘效率。以下问题要特别引起注意： 1. 选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放要求。 2. 粉尘颗粒的物理性质对除尘器性能具有较大影响。 3. 气体的含尘浓度。 4. 烟气温度和其他性质是选择除尘设备时必须考虑的因素。 5. 选择除尘器时，需考虑收集粉尘的处理问题。 6. 除尘器投资和运行费用。 该设计的燃煤锅炉出来的烟气温度高、气量大、一次除尘效率要达到 96.2%、粉尘含量比较大、回收的粉尘有很大的利用价值;除此还有考虑投资 和运行费用来选择除尘器。 表表 3 32.32.3 技术指标除尘器名称 96.2% 阻力1000处理高温回用粉尘投资运行 冲击水浴除 尘器 少中下 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 18 - 18 卧式旋风水 膜除尘器 中中 冲击式除尘 器 中中上 文丘里除尘 器 少大 电除尘器 大中 袋式除尘器 中上中 从表从表 3 32.32.3 可以确定选用布袋除尘器一次投资偏大，但除尘性能好，效率高，处理气可以确定选用布袋除尘器一次投资偏大，但除尘性能好，效率高，处理气 量大，能耗低，运行费用少。量大，能耗低，运行费用少。 第三节、第三节、 从技术、经济指标综合评价脱硫工艺从技术、经济指标综合评价脱硫工艺 表表 3 33.13.1 对几种典型脱硫工艺综合评价：对几种典型脱硫工艺综合评价： FGD 方法 项目 湿式石灰 石/石膏法 简易石灰 石/石膏法 旋转喷雾 法 炉内喷钙 尾部增湿 法 海水脱硫 电子束脱 硫 适用煤种 含硫/% 1.51.5 12 9080 70806085 90 80 Ca/S1.011.021.011.021.52.02.03.0 占总投资 /% 152081010157 左右78 设备占地 面积 大较小较大小大较大 FGD 方法 项目 湿式石灰 石/石膏法 简易石灰 石/石膏法 旋转喷雾 法 炉内喷钙 尾部增湿 法 海水脱硫 电子束脱 硫 结垢、堵 塞 有有有有无无 灰渣状态湿湿干干干 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 19 - 19 运行费用高较高较高较低较低较高 烟气再热需再热需再热不需再热不需再热需再热不需再热 钙利用率 9090 40503540 推广应用 前景 燃用高中 硫锅炉 同左（当 地有石灰 石） 燃用中低 硫煤锅炉 燃用中、 低硫煤锅 炉 燃用中低 硫煤锅炉 燃用高、 中、低煤 脱硫副产 品 脱硫渣为 CaSO4 及 少量烟尘， 送灰场堆 放或制成 石膏 同左 脱硫渣为 CaSO4、C aSO3、氢 氧化钙和 尘的混合 物 脱硫渣为 CaSO4 CaSO3、C aO 混合物， 目前不能 利用 无 脱硫副产 品为硫酸 铵和硝酸 铵可直接 做化肥 从该燃煤锅炉烟气的性质和除尘脱硫要求，选用由湿式石灰石/石膏法改良、 优化后的双循环湿式石灰石 FGD 工艺（DLWS） 。 该工艺由德国诺尔（NOELL）公司开发的双循环湿式 FGD 工艺一个比较好的 FGD 技术，在美国有 7800MW 以上容量的机组装有该系统。目前，全世界已有 26000MW 的机组装了该工艺系统。优化双循环石灰石 FGD 系统与传统的湿式 FGD 相比有以下优点：1.石灰石的利用率大 97以上；2.运行可靠，没有备用吸收 塔，可以多台锅炉使用一个吸收塔；3.脱硫率达 90以上，高的可达 95；4. 净化后烟气经冷却塔排出而不进烟囱。 第四节第四节 推荐方案推荐方案 从上面的比较可知，采用布袋除尘法和优化双循环石灰石 FGD 系统处理该 250MW 燃煤电厂锅炉烟气脱硫可以达标，并且效果良好，技术成熟，总投资属 于中等；回收的粉尘还可以作为生产水泥的生料，取得良好得经济效益、社会 效益。 其流程图如下： 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 20 - 20 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 4 灰尘 1.14烟气；2电除尘器；3引风机；4吸热器；5粉尘储存器；6吸收塔；7预洗段（下段）循 环泵；8吸收段加料槽；9吸收段（上段）循环泵；10石灰石；11喷雾器水；12空气压缩机； 13氧化空气；15浆液泵；16过滤器；17离心分离器；18石膏；19滤液；20净化烟花出口。 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 21 - 21 第四章第四章 设备设施计算过程设备设施计算过程 第一节第一节 一号布袋除尘器的计算一号布袋除尘器的计算 过滤式除尘器，又称空气过滤器，是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离 捕集的装置，采用滤纸或玻璃纤维等填充层作滤料的空气过滤器，主要用于通 风及空气调节方面的气体净化。采用廉价的砂、砾、焦炭等颗粒物作为滤料的 颗粒层除尘器，是 20 世纪 70 年代出现的一种除尘装置，在高温烟气除尘方面 引入注目。采用纤维织物作滤料的袋式除尘器，在工业尾气的除尘方面应用较 广。 袋式除尘器的除尘效率一般可达 99%以上。虽然它是最古老的除尘方法之 一，但由于它效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。 同时，在结构形式、滤料、清灰方式和运行方式等方面也都得到不断的发展。 滤袋形状传统上为圆形，后来又出现了扁袋，在相同过滤面积下体积小而现实 较大的生命力。 烟气管道的选择：烟气管道的选择： 本设计由于设计运用了两种布袋除尘器，压力损失比较大，所以在管道选 择的时候最好选择比较低的流速。这样在管道的压力损失方面不致太高，在选 择风机的时候就更容易。 本设计选择管道的流速为 20m/s，由于本设计的烟气量比较大，所以分开 4 个等直径的管道同时对布袋除尘器输进烟气，则管径： 144.4 4 1.516 4 20 3.14 dm d 取 1.5m，则烟气流速为： 2 144.4 4 20.4/ 4 3.14 1.5 vm s （一）（一） 、设计估算。、设计估算。 1除尘效率计算： =100%=75% 40 1040 2选定除尘器型号为 MC 型脉冲袋式除尘器,采用脉冲喷吹清灰方式, 滤料 采用玻璃纤维，其长期工作的最高温度为 280（锅炉尾气温度大概在 250260）,允许压力损失为 800Pa. 3. 根据含尘浓度,滤料种类及清灰方式等,确定过滤气速 Vf=1.4m/min。 4过滤面积 A=6190.4m2 f v Q 60 520000 60 1.4 5. 确定滤袋尺寸：直径 d=165mm，高 l=7000mm 每条滤袋面积 2 3.14 0.165 73.6267adhm 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 22 - 22 滤袋条数 n=1700 条 a A6190.4 1706.8 3.6267 6布阵： 检修走道 检修走道 （二） 、设计后的计算。 1、过滤面积：A=na=17003.6267=6165.39 m2 2、过滤气速：vf= m/min 520000 1.4 6060 6190.4 Q A 3、清灰时间的确定：p=pf+pp pf=110Pa p=800Pa pp=p-pf=800-110=690Pa t= p 22 pK 690 0.78 1.32 555min 1.46.534 0.1 c g v p袋式除尘器的压力损失。 pf清洁滤料的压力损失。 pp通过颗粒层的压力损失。 Kp颗粒层或滤料的渗透率。 c烟尘的密度。 烟气中粉尘浓度。 g气体粘度。 过滤气速。 设计说明：设计说明： 本除尘器的过滤面积为 6190.4m2 2，由十个滤袋室组成，每个室长，宽分别 为 16000mm，4400mm，每室布置 170 个滤袋，滤袋直径为 165mm，长 7 米。 由于此除尘器只是作为脱硫器的一个预处理工序，预处理要求达到的除尘 效率为 75%。而布袋除尘的效率可达到 95%99%。所以此除尘的预处理可以待 到预期的目的，可将烟尘的浓度控制在 10 mg/m3。固可以进行下一部的设计计 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 23 - 23 算。 第二节第二节 吸收塔的计算与设计吸收塔的计算与设计 一、一、填料选择填料选择 塔内填充填料的主要目的是，提供足够大的接触面积，促使气液两项从分 接触，对气液流动又不至于造成过大的阻力。它是填料塔的核心。填料塔操作 性能的好坏，与所选用的填料有直接的关系。表 42.1 是几种主要填料的性能 与优缺点。 表表 4 42.12.1 填料优点缺点材料 拉西环填料1、 形状简单 2、 制造容易 3、 对其研究充分， 计算方法成熟 1、 气体阻力大 2、 通量小 3、 沟流和壁流现象 严重 1、 陶瓷 2、 金属 3、 塑料 鲍尔环和阶梯环1、与拉西环相比较， 其气体通过能力与体 积吸收系数都有显著 提高 1、比拉西环造价贵1、陶瓷 1、 金属 2、 塑料 鞍形填料1、 有较好的稳定性， 液体分布均匀， 效率和空隙率较 高 2、 阻力较小，不易 堵塞 3、 比鲍尔环制作方 便 1、易在填料层中形 成局部的叠合或空架 现象 1、 陶瓷 2、 金属 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 24 - 24 波纹填料1、 结构紧凑，通道 规整，气体阻力 小，比表面积较 大 2、 流动性能和传质 性能都好 1、 清理困难 2、 造价较高 3、 不适用于容易结 垢、有沉淀物、 粘性大的物质 1、 金属 2、 陶瓷 3、 塑料 4、 玻璃钢 由上表的比较可得，塑料鲍尔环由上表的比较可得，塑料鲍尔环( (乱堆乱堆) )查查P209P209 表表 9-69-6 得相应的填料，其性能如下：得相应的填料，其性能如下： 填料尺寸/mm比表面积 (m/m) 空隙率 /(m/m ) 堆积密度 (Kg/m) 填料因子 /m-1 塑料鲍尔 环（乱堆）381300.9167.7105 二二 吸收过程的物料衡算和操作线方程吸收过程的物料衡算和操作线方程 在稳定操作状态,可通过物料衡算确定塔中任一截面上相互接触得气液两 相间得浓度关系,叫操作线方程. 1 1、物料衡算物料衡算 具体参数如下: SO2 吸收率 =82.8% , 实际烟气量 Q=8.31 m/kg(标况),塔 内温度为 20,压强 101.325Kpa, SO2 的摩尔分数为 0.001428. 根据设计要求可知: 单位时间内进入吸收塔气体摩尔流量为: Y2 X2 520000273.15 (1 0.001428)21600/ 22.4273.1520 Vkmol h 进塔气体中 SO2 浓度(用摩尔比 Y 表示)为: m 00143 . 0 001428 . 0 1 001428 . 0 1 Y n 出塔气体中 SO2 浓度为: Y1 X1 2 0.001428 (1 0.828)0.000246Y Y X 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 25 - 25 进塔石灰石浆所含的 SO2 为 0,故 X2 = 0 . 查表得 SO2 在 20时得亨利系数是 0.355104 Kpa .根据 m = E / P，得 m = 0.355104 / 101.325 =3.503 由气液平衡方程: X X X X Y 503 . 2 1 503 . 3 )503 . 3 1 (1 503 . 3 * 取下列的点代入方程得取下列的点代入方程得: : 编 号 123456789 X0.00000.00050.00010000150.000200.000250.000300.000400.00050 Y*0.00000.0001750.000350.0005260.0007010.0008760.0010520.0014030.001754 按照已知的平衡关系式,在 Y-X 直角坐标系中绘出平衡曲线 OE,与 Y=Y1相交 于点 B*,过点 B*作 X 轴的垂线,交 X 轴于点 X1*. 0 0 0.00015 0.00030 0.00045 0.00060 0.00075 0.00090 0.00105 0.00120 0.00135 0.00150 0.000050.00010.000150.000200.000250.000300.000350.000400.000450.000500.00055 Y1 T(Y2) Y*=f(X) B* X1* 从图中计算得知X1* =0.0003569 从图中可以得知从图中可以得知 X1* =0.0003569 12 12 ()21600 (0.001430.000246) min71657.05/ *0.00035690 V YY Lkmol h XX 根据生产实践,一般情况下取吸收剂用量为最小吸收剂用量的 1.12.0 倍;取 1.5Lmin,得 1.5 min1.5 71657.05107485.6/LLkmol h 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 26 - 26 吸收液浓度可依全塔物料衡算式求出: 12 12 ()21600(0.001430.000246) 0.00000.000238 107485.6 V YY XX L 2.2.计算塔径与核算液体喷淋密度计算塔径与核算液体喷淋密度 炉气的平均分子量为炉气的平均分子量为( (实际烟气量为实际烟气量为 8.318.31 m/kg,m/kg,标况下标况下) ) 名称CO2SO2H2ON2过剩空气 分子量 g/mol4464182829 摩尔数 mol/kg 54.750.5321235.2259.55 烟气的摩尔数为: 8.31 m/kg1000l/ m22.4l/mol =371mol/kg. 所以炉气的平均分子量为: molgM/00.30 371 55.592922.23528211853 . 0 6475.5444 平均 入炉气体流量为: 3 273.1520 520000558074.3/ 273.15 Vmh 炉气的质量流量: 558074.3273.15 30.0696428.55/ 22.4273.1520 Wvkg h 炉气的密度: 696428.55 1.247/ 558074.3 v kg mol 石灰石浆的密度: 33 1 /064 . 0 10 64 4082 mmolC 33 2 /0109 . 0 10 64 700 mmolC Ca/S 为 1.01,则 CaCO3 的理论用量为: min520000 (0.0640.0109)27612/Lsmol h 实际用量取 1.3 倍的理论用量,为 1.32761210010-3 =3589.6kg/h 在该用量 CaCO3 的石灰石浆的密度:l=1001.3kg/ m. 则: 1 1 2 2 107485.6 181.163 0.0947 696428.551001.3 l Wv Wvl 由P56 埃克特通用关联图中查得乱堆填料泛点线可查 出,横坐标为 0.0947,纵坐标为 0.138;由手册查得塑料鲍尔环(乱堆)尺寸为 25mm 的填料因子 =105m-1 .石灰石浆的粘度为 l=1mN.s/m,故 f 为: 0.20.2 0.140.138 9.81 1001.3 3.371 105 1 1.136 1 l f vl g m/s 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 27 - 27 (2)(2)求求 已知 = 75%f 则: = 75%3.371=2.528 m/s 塔径为: (m), 圆整为 44 558074.3 8.84 3.14 2.528 3600 Vs D D=8.90m . 3.3.核算液体喷淋密度核算液体喷淋密度 因填料尺寸小于 75mm,取(Lw)min=0.08m/(m.h) 又由手册中查出该填料的比表面积 =130m/ m 则: m/(m.h) min 0.08 13010.4U 操作条件下的喷淋密度 U: m/(m.h) 2 102108.6 1001.3 40.86 (8.9) 4 U 计算可知计算可知: : U U U Umin min 4.4.填料层高度的计算填料层高度的计算 填料层高度填料层高度= =传质单元高度传质单元高度传质单元数传质单元数 即即 h=Hh=HOL OLN NOL OL （1 1）求传质单元数）求传质单元数 采用梯级图解法来计算 NOL 。在 Y-X 直角坐标系中标绘出操作线 BT 与 平衡线 OE，在 BT 线上选若干点，向 OE 线作表示该点推动力 Y-Y*的垂线，连接 这些垂线的中点得曲线 MN。从表示塔顶得 T 点出发，作水平线交 MN 于 F 点， 延长 TF 致 F，使 TF=FF,过 F点作垂线交 BT 于 A 点，梯级 TFA 代表一个传 质单元。继续从 A 点出发按上述方法，画出梯级，直到达到或超过塔底端点 B 为止，所画出得梯级数即为传质单元数。作图如下： 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 28 - 28 0 0 0.00015 0.00030 0.00045 0.00060 0.00075 0.00090 0.00105 0.00120 0.00135 0.00150 0.000050.00010.000150.000200.000250.000300.000350.000400.000450.000500.00055 Y1 T(Y2) Y*=f(X) B* X1* 由图可见，达到由图可见，达到 B 点得梯级数约为点得梯级数约为 16 个个 即 NOG 16 （2 2）求传质单元高度）求传质单元高度 因为二氧化硫得浓度很低，可以根据化工原理下册式 280 算出 kGa 和 kLa 再根据式： 算出 KGa ,再根据式 Kya=KGa P 算出 Kya HkKk LaGaGa 111 。 气体得质量速度： A V W 3 /248 . 1 29331 . 8 0 . 30325.101 mkg RT PM 2 2 1.248 558074.3 /(. ) 8.93.14 4 V WKgm h A 11201 液体的质量速度： 2 2 2 107485.6/18/ /(. ) 4 kmol hkg kmol kgm h D m 31115. 2 40.90.25 40.90.25 9.81 10/( . ) 9.81 109666.631115.2/( . ) /( . ) Ga kGWKmolmhkmol Kpa Kmolmhkmol Kpa Kmolmhkmol Kpa 50. 31 0.820.821 0.0116 1120124.26 La ka Wh 由 得 HkKk LaGaGa 111 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 29 - 29 H=0.157 HkkK LaGaGa 111 3.5408Kmol/(m3.s) Ga K Kya = P3.540810132.535877.7kmol/(m3.s) Ga K 则传质单元高度为： 2 558074.3 0.25 35877.7 0.785 8.9 OG ya V Hm K 0.25 16 OGOG ZHNm4 （3 3）欲求气体通过每米填料层的压降时）欲求气体通过每米填料层的压降时，可将操作气速代入， 2 . 0 2 g L l g 求出纵坐标和横坐标的交点，由图上读交点所对应的压降线，即得气流通过每 米填料层压降 P. 其中，u=2.528 m/s，填料因子 105m1，ul=1.0Pa.S,=1.0,g=1.163kg/ m3 L=1001.3 kg/ m3 ,则， 为横坐标 ，纵坐标为 22 0.20.2 2.528105 11.163 1.00.079 g9.811001.3 g L l ，在化工原理第二版 p209 图 1 1 2 2 107485.6 181.163 0.0947 696428.551001.3 l Wv Wvl 526 上由纵坐标为 0.0947，横坐标为 0.079，确定之交点所对应得压降线仍 为 500Pa/m。采用塑料鲍尔环为填料也是合理的。 三、封头的设计三、封头的设计 填料塔的封头有两个，查化工手册P33 得封头得有关尺寸： 曲率半径公称直径 D/mm球面 R 折边 r 封头高度 H 直边高度 h 壁厚 S重量 Q（公 斤） 220020002004974010434 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 30 - 30 四、填料塔总高度的确定四、填料塔总高度的确定 87654321 HHHHHHHHH 其中：H1气体进口到封口顶的高度，1290mm H2下封头的高度，537mm H3除膜部分高度，196mm H4填料层高度，4000mm H5液体喷淋部分高度 300mm H6气体出口加安装除雾器部分高度 300mm H7上口排放烟气高度，750mm H8液体出口到下封口顶高度 150mm. 则 H1290+537+196+4000+300+300+7501507514mm 五、填料塔的附属结构五、填料塔的附属结构 1 1、填料支承板填料支承板 填料支承板起支承填料的作用，根据算得的塔径可以确定支承板的直 径，本设计采用竖扁钢制成的栅板型式，扁钢条之间的间距宜为填料外径 的 0.60.8 倍。设计时应注意，支承板上流体通过的自由截面积应为塔 截面的 50以上，要有足够的强度支承填料，选择的材料要有抗腐蚀性。 简图如下： 2 2、体的分布装置、体的分布装置 喷淋装置主要的作用时填料塔操作时，从塔顶引入的液体能沿整个塔截面 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 31 - 31 均匀地分布进料填料层如液体分布不良将影响到传质效果。下面列出三种常见 的液体分布器。 分布器优点缺点适用范围 管式喷淋器1、 弯管式和缺口式 一般只用于塔径 在 300mm 以下的 小塔 2、 多孔直管式适用 于直径 600mm 以 下的塔 3、 多孔盆管适用于 直径在 1.2m 以 下的塔 莲蓬式喷洒器1、 制造、安装简单 2、 喷洒比较均匀 1、 小孔易堵塞 2、 液体的喷洒范围 与压头密切有关 1、一般用于直径为 600mm 以下的塔 盆式喷洒器1、此类分布器适用 于直径 800mm 以上的 塔 由以上比较可得，应用盆式喷洒器。其简图如下由以上比较可得，应用盆式喷洒器。其简图如下 3 3、气体分布器气体分布器 气体分布器的作用是填料塔的气体进口装置应能防止液体流体流入气体管， 同时还能使气体分布均匀。其简图如下： 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 32 - 32 4 4、液体再分布器液体再分布器 液体再分布器是用来改善液体在填料层内的壁流效应的，每隔一定高度 的填料层设置一个再分布器。再分布器的形式如下图： 5、气体出口装置气体出口装置 气体出口装置的作用是保证气体流动通畅，又应能除去被夹带的液体雾滴。 当喷淋装置有严重溅液现象时，或操作气速过大、气体中带有较多雾滴、并且 工艺中不允许气相带液时，需在塔顶的喷淋装置上方设置除雾器。 第三节、管道的计算第三节、管道的计算 一、水管的计算一、水管的计算 水的适宜流速 u1.5-3.0m/s ,选取水在管内得流速 u=2.0m/s,根据公式 ，V=kmol/h1934.9m3/h ，则有 u V d 785 . 0 107485.6 585mm 1934.9 0.585 3600 0.785 2.0 dm 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 33 - 33 如下 D2ABCPEFRDRX 有效 长度 5853832151051173281.6281.65204200 二、气管的计算二、气管的计算 查查化工原理化工原理第二版，知燃煤锅炉气体在管道中有：第二版，知燃煤锅炉气体在管道中有： 名称 管道形式 流速 s/m管径/mm动压/pa风量 m/h 摩擦系数 (pa/m) 有效长度 L (m) 垂直 P1 10100060.10353410.7671800 水平 P2 1293086.68337941.2462350 管径的大小是由公式，烟气量为m/h=155.02 m/s，代 u V D 785 . 0 558074.3 入公式求得。又因 ,得L D P 2 2 paL D P28.801800 2 163 . 1 10 1000 767 . 0 21 1 2 2 1 paL D P64.2632350 2 163 . 1 12 930 246 . 1 22 2 2 2 2 2 PP1P280.28+263.64343.92 pa . 管道阻力损失为：P343.92 pa 。 第四节、第四节、 泵的计算泵的计算 气体的除硫方法是用液体吸收法，在吸收塔中液体的喷淋、浓缩池中石膏 浆的注入、氧化塔中液体的流进、上清液贮蓄槽中上清液的回流等都要用泵来 引导液体的流动。 水泵基本符合要求。其参数如下：水泵基本符合要求。其参数如下： 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 34 - 34 排出口径 （mm） 流量 m/h 扬程 （m） 转速 （r/min） 功率 （KW） 效率 （） 气蚀余 量/m IS80-650-125601829003.98743.5 第五节、风机的选择第五节、风机的选择 根据烟气量根据烟气量 155.02155.02 m/sm/s，查，查实用水处理设备手册实用水处理设备手册得得 各气压下得进口流量 Qs（m/s） 、轴功率 La(KW)、电功率 Po(KW) 型号全压/Pa转速(r/min) QsLaPo 472NO.10C 型 149410003036314.1317.10 第五章、车间布置第五章、车间布置 工业用地的征地费，通常价格不菲，在设备布置时要充分利用可以利用的工业用地的征地费，通常价格不菲，在设备布置时要充分利用可以利用的 空间，尽量少占地。其设备布置的面积为空间，尽量少占地。其设备布置的面积为： 序号名称占地大小数量备注 1 布袋除尘器 1 自行设计制造 2 吸收塔 1 铸铁 3 引风机自行设计制造 4 吸热器 1 自行设计制造 5 石灰石粉碎间 1 自行设计制造 6 石灰石浆搅拌池 1 自行设计制造 7 吸收段加料槽 1 自行设计制造 8 空气压缩机 1 3L92-6 型 9 浆液泵房 1 自行设计制造 10 离心分离器 1 11 皮带传输石膏房 1 自行设计制造 12 石膏储存室 1 自行设计制造 13 粉尘储存库 1 自行设计制造 14 再热器 1 15 风机 1 472NO.10C 型 16 配电房 1 自行设计制造 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 35 - 35 第六章、相关基本要求第六章、相关基本要求 一、电气、自控和自动检测一、电气、自控和自动检测 废气处理工程电气与自控设计的内容包含：确定供电的负荷等级、变（配） 电所的位置、线路走向及电气自控的设计标准。自动控制的程度应根据工艺要 求、自控技术控制程度、技术管理水平、投资等方面进行综合考虑。 二、供水二、供水 本废气处理每日需供水（生活用水） ，安生产高峰期用水量最大的一天供给。 本设计采用了优化双循环湿式石灰石 FGD 工艺(DLWS),石灰石的利用率达 97 以上，石膏脱水后的清液得到回流使用，节约了用水。 三、土建要求三、土建要求 设备所在的地层应简单质地应坚硬，可以满足各种构筑物的要求，不用对地 基进行特别的处理。所有的构筑物均为钢筋混凝土结构，一方面提高了各构造 池的防透能力；另一方面又可节省投资。 第七章、工程投资概算第七章、工程投资概算 基建总投资包括第一部分工程投资和第二部分工程投资。第一部分工程投 资包括主要工程项目投资、辅助工程项目投资、服务性工程投资、生活福利工 程投资、厂区公用工程投资、厂外工程投资。 第二部分工程费包括征地赔偿费、建设单位管理费、安装费、调试费、设 计费、科学试验费、临时工程设施费。 估算价值/万元序号过程或费用名 称土建工 程 安装工程设备购置工具购置其他费用 合计 一第一部分工程 费用 28.517.05148.5239.05 1 气处理工程 11.7511.3122.5145.55 250MW 燃煤电厂烟气除尘脱硫工程设计 - 36 - 36 （1）布袋除尘器 3.57.58091 （2）引风机 0.21.01.2 （3）吸热器 0.10.20.3 （4）吸收塔 2.31.57578.8 （5）石灰石粉碎间 1.20.253.85.25 （6）石灰浆搅拌池 2.20.251.03.45 （7）吸收段加料槽 0.80.11.72.6 （8）水/气管 1.20.61.8 （9）水泵 0.450.14.04.55 （10）烟囱 1.30.10.21.6 估算价值/万元序号过程或费用名 称土建 工程 安装工程设备购置工程购置其他费用 合计 2回收工程9.91.5510.521.95 （1）空气压缩机0.252.52.75 （2）提升泵0.50.51.82.8 （3）石膏浆浓缩池2.80.20.73.7 （4）离心分