DG-12039型火电厂锅炉中硫烟煤烟气电除尘湿式氨法脱硫系统设计.doc

目录1 锅炉燃烧的相关计算31.1实际烟气量计算31.2烟气含尘、二氧化硫浓度的计算42 除尘结构设计计算52.1电除尘器的工作原理52.2电除尘器的主体结构62.3影响电除尘器性能的因素62.4电除尘器的优点92.5电除尘器的缺点92.6运行参数的选择和设计102.7电除尘设备结构设计计算103 脱硫设备结构设计计算143.1 湿式氨法原理143.2氨法脱硫具有的特点153.3净化效率的影响因素163.4参数的选择163.5 脱硫设备结构设计计算164 烟囱设计计算194.1 烟囱高度的确定194.2 烟囱抬升高度计算204.3 烟囱的有效高度204.4 烟囱高度校核214.5烟囱直径的计算214.6 烟囱底部直径214.7 烟囱阻力225 管道系统设计，阻力计算225.1管道直径的确定225.2 系统阻力225.3 局部阻力损失235.4 系统总阻力的计算246 风机电机的选择246.1 风机风量的计算246.2 风机风压的计算247 总结258 参考文献2610附图271锅炉燃烧的相关计算1.1实际烟气量计算设有1000g该成份的煤，由质量百分比组成确定其摩尔组成：成分质量(g)摩尔数(mol/kg)mol/mol(C)C65054.21H20200.369O1006.250.115N100.710.013S300.940.017A150-W402.220.041V80-对于该种煤，其组成可表示为：CH0.369O0.115N0.013S0.017燃料的摩尔质量，包括灰分，为：燃煤的反应方程式:其中每千克该煤需要空气的标准体积：每千克煤理论空气量条件下烟气组成（mol）：CO2：54.2； H2O：10+2.22； SO20.94； N2：215.47理论烟气量： 空气过剩系数为1.1，实际烟气量：实际烟气体积：1.2烟气含尘、二氧化硫浓度的计算 烟尘浓度：SO2浓度：2除尘结构设计计算2.1电除尘器的工作原理电除尘器的工作原理主要涉及悬浮料粒子荷电，带电粒子在电场内迁移和捕集以及将捕集物从集尘表面上清除等三个基本过程。（1）气体电离：在电晕电极上施加高压直流电，产生电晕放电，使气体电离，产生大量正离子和负离子。（2）尘粒荷电：若电晕极附近带负电，则正离子被吸引而失去电荷，自由电子和负电子受电场的作用便向集尘极移动于含尘气流中的尘粒碰撞而结合在一起，使尘粒荷电。（3）尘粒尘集：荷电尘粒到达集尘极后失去电荷，成为中性沉集在集尘极表面。（4）振打清灰：当集尘极表面的尘粒达到一定厚度时影响中和，须借助于振打装置使电极振动，将尘粒振掉，自动落入灰斗。2.2电除尘器的主体结构电除尘器主要由电晕极、集尘极、气流分布板、振动清灰装置和供电设备组成。2.3影响电除尘器性能的因素影响电除尘器性能的因素有许多，大致可归纳为三个方面：烟尘性质、设备状况和操作条件。各种因素的影响直接关系到电晕电流、粉尘比电阻、除尘器内的粉尘收集和二次飞扬这3个环节。而最后结果表现为除尘效率的高低。 (1) 烟尘性质的影响 粉尘的比电阻，适用于 静电除尘器的比电阻为10cm。比电阻低于10的粉尘，其导电性能强，在电除尘器电场内被收集时，到达沉降极板表面后会快速释放其电荷，而变为与沉淀极同性，然后又相互排斥，重新返回气流、可能在往返跳跃中被气流带出，所以除尘效果差；相反，比电阻高于10以上的粉尘，在到达沉降极以后不易释放其电荷，使粉尘层与极板之间可能形成电场、产生反电晕放电。 对于高比电阻粉尘，可以通过特殊方法进行电除尘器除尘，以达到气体净化，这些方法包括气体调质、采用脉冲供电、改变除尘器本体结构、拉宽电极间距并结合变更电气条件。(2) 烟气湿度 烟气湿度能改变粉尘的比电阻，在同样温度条件下，烟气中所含水分越大，其比电阻越小。粉尘颗料吸附了水分子，粉尘的导电性增大，由于湿度增大，击穿电压上长，这就允许在更高的电场电压下运行。击穿电压与空气含湿量行关，随着空气中含湿量的上升，电场击穿电压相应提高，火花放电较难出现，这种作用对电除尘器来说，是有实用价值的，它可使除尘器能够在提高电压的条件下稳定地运行，电场强度的增高会使降尘效果显著改善。(3) 烟气温度 气体温度也能改变粉尘的比电阻，而改变的方向却有几种可能：表面比电阻随温度上升而增加(这只在低温度交接处有一段)过渡区，表而和体积比电阻的共同作用区。电除尘工作温度可由粉尘比电阻与气体温度关系曲线来选定。烟气温度的影响还表现在对气体黏滞性影响，气体黏滞性随着温度的上升而增大，这将影响其驱进速度的下降。气体温度越高对电除尘器的影响是负面的，如果有可能，还是在较低温度条件下运行较好，所以，通常在烟气进入电除尘器之前先要进行气体冷却，降温既能提高净化效率，又可利用烟气余热。然而，对于含湿量较高和有SO3之类成分的烟气，其温度一定要保持在露点温度20-30以上作为安全余量，以避免冷凝结露，发生糊板、腐蚀和破坏绝缘。(4) 烟气成分 烟气成分对负电晕放电特性影响很大，烟气成分不同、在电晕放电中电荷载体的迁移不同。在电场中，电子与中性气体分子相撞而形成负离子的概率在很大程度上取决于烟气成分，据统计，其差别是很大的。氯、氢分子不产生负电晕，氯与二氧化硫分子 能产生较强的负电晕，其他气体互有区别；不同的气体成分对静电除尘设备的伏安特性及火花放电电压影响甚大，尤其是在含有硫酐时，气体对电除尘器运行效果有很大影响。(5) 烟气压力 有经验公式表明，当其他条件确定以后，起晕电压随烟气密度而变化，烟气的温度和压力是影响烟气密度的主要因素。烟气密度对除尘器的放电特性和除尘性能都有一定影响，如果只考虑烟气压力的影响，则放电电压与气体压力保持一次(正比)关系。在其他条件相同的情况下，净化高压煤气时电除尘器的压力比净化常压煤气时要高，电压高，其除尘效率也高。 (6) 粉尘浓度 电除尘器对所净化的气体的含尘浓度有一定的适应范围，如果超过一定范围，除尘效果会降低，甚至中止除尘过程，因为在电除尘器正常运行时，电晕电流是由气体离子和荷电尘粒(离子)两部分组成的，但前者的驱进速度约为后者的数百倍(气体离子平均速度为60-100m/s，尘粒速度大体在60cm/s以下)。一般粉尘离子形成的电晕电流仅占总电晕电流的1%-2%，粉尘的质量比气体分子大得多，而离子流作用在荷电尘粒上所产生的运动速度远不如作用在气体离子上所产生的运动速度高。烟气粉尘浓度越大，尘粒离子也越多，然而单位体积中的总空间电荷不变，所以粉尘离子越多，气体离子所形成的空间电荷电然相应减产，于是电场内驱进速度降低，电晕闭塞，除尘效率显著下降，所以，电除尘器净化烟气时，通过电场的电流趋近于零。发生电晕闭塞。因此，电除尘器净化烟气时，其气体含尘浓度应有一定的允许界限。 电除尘器允许的最高含尘浓度与粉尘的粒径、质量组成有关。如中位径为24.7um的钢铁厂烧结机尾粉尘，入口质量浓度30g/m3，电流下降不明显；而对中位径为3.2um”的粉尘，入口质量浓度大于8g/m3的吹氧平炉粉尘，却使电晕电流比通烟尘之前下降80%以上。有资料认为粒径为1um左右的粉尘对电除尘效率的影响尤为严重。(7) 粉尘粒径分布 试验证明，带电粉尘向沉淀极移动的速度与粉尘颗粒半径成正比，粒径越大，除尘效率越高；尺寸增至20-25um之前基本如此；尺寸至20-40um阶段，可能出现效率最大值；冉增大粒径，其除尘效率下降，原因是大尘粒的非均匀性具有较大导电性，容易发生二次扬尘和外携。也有资料指出，粒径在0.2-0.5um之间，由于捕集机理不同，会出现效率最低值(带电料子移动速度最低值)。(8) 粉尘密度、黏附力 粉尘的密度与烟气在电场内的流速二次扬尘有密切关系，尤其是堆积密度小的粉尘，由于体积内的孔隙率高，更容易形成二次扬尘，从而降低除尘效率。 粉尘黏附力是由粉尘与粉尘之间，或粉尘颗粒与极板表面之间接触时的机械作用力、电气作用力等综合用途的结果，附着力大的不易振打清除，而附着力小的又容易产生二次扬尘；机械附着力小、电阻低、电气附着力也小的粉尘容易发生反复跳跃，影响电除尘器效率。粉尘黏附力与颗粒的物质成分有一定关系，矿渣粉、氧化铝粉、黏土熟料等粉尘的黏附力就小，水泥粉尘、纤维粉尘，无烟煤粉尘等，通常有很大的黏附力。黏附力与其他条件，如粒径大小、含温量高低等有密切关系。（9）设备情况对电除尘效率的影响2.4电除尘器的优点（1）电除尘器的除尘效率高，如果设计合理，按装施工质量高，电除尘器可以达到任何除尘效率的要求。（2）可以净化气量较大的烟气，在工业上净化烟气的电除尘器已得到普遍应用。（3）电除尘器能够除下的粒子粒径范围较宽，对于 的粉尘粒子仍有较高的除尘效率。（4）可净化温度较高的含尘烟气，用于净化C以下的烟气，可长期持续运行，用于净化高温度烟气时，须特殊设计。（5）电除尘器结构简单，气流速度低，压力损失小，干式电除尘器的压力损失大约为，湿式电除尘器的压力损失稍高些，通常只有。（6）电除尘器的能量消耗比其他类型除尘器低，如以每小时净化烟气计算电除尘器的电能消耗约为。（7）电除尘器可以实现微机控制，远距离操作。2.5电除尘器的缺点（1）建立电除尘器一次投资费用高，刚才消耗量较大，据估算，平均收尘面积所需的钢材大约为。（2）电除尘器的除尘效率受粉尘的物理性质影响很大，特别是粉尘比电阻的影响更为突出。电除尘器最适宜捕集比电阻为的粉尘粒子。净化小于或大于的粉尘粒子，除尘效率是很低的。（3）电除尘器对制造和安装质量要求很高。（4）电除尘器不是以直接净化高浓度含尘气体。（5）需要高压便电及整流控制设备。（6）占地面积较大。2.6运行参数的选择和设计表2.1 主要设计参数主要参数符号单位一般范围总除尘效率有效趋进速度气流速度通道长高比板间距比集尘表面积电晕极间距%9599.91.52.00.52.00.51.5233830024002003002.7电除尘设备结构设计计算（1）除尘效率 式中：除尘器入口含尘浓度，； 除尘器出口允许排放浓度，即 （2）集尘极比集尘面积 式中：有效驱进速度，取；除尘效率。（3）集尘极总面积 式中：集尘极比集尘面积，；标状态下实际烟气量，；考虑因处理气量、温度、压力的波动和供电系统的可靠性等因素影响，参照实际生产情况，取富裕系数。（4）其需要的集尘极面积 式中：集尘极总面积，； 则取实际集尘极面积为1500。（5）实际集尘极的比集尘面积 式中：标状态下实际烟气量，；需要的集尘极面积，。（6）电除尘器有效截面积 式中：标状态下实际烟气量，；气体流速，取。（7）集沉极集板高度 式中：电除尘器有效截面积。取；取宽高比为1，则集尘极极板宽度；（8）气体在电除尘器内的通道数 式中：电除尘器有效截面积，；集尘极间距，；（目前一般集尘极的间距一般采用，放电极与集尘极之间距离为）取集沉极集板高度，。取（9）集尘极总长度 式中：需要的集尘极面积，；集沉极集板高度，气体在电除尘器内的通道数。，取。（10）电晕极间距为，则每个板上点晕极为根。（11）采用机械振打集尘装置（12）灰斗倾斜角45，灰斗高，出口直径为，共设四个灰斗。（13）支架高。（14）电除尘器的总高 电除尘器的高+支架高 (15) 电除尘器的总长应于集尘板的长度相等，为8m(16) 电除尘器的总宽应于集尘板的长度相等，为8m3脱硫设备结构设计计算3.1 湿式氨法原理 湿式氨法是目前较成熟的、已工业化的氨法脱硫工艺，并且湿式氨法既脱硫又脱氮。湿式氨法工艺过程一般分成三大步骤：脱硫吸收、中间产品处理、副产品制造。 （1）吸收过程： 脱硫吸收过程是氨法烟气脱硫技术的核心，它以水溶液中的SO2和NH3的反应为基础： SO2H2OXNH3 = (NH4)xH2XSO3 得到亚硫酸铵中间产品。其中，X=1.21.4。 直接将亚铵制成产品即为亚硫酸铵法 （2）中间产品处理 中间产品的处理主要分为两大类：直接氧化和酸解。 （a）直接氧化氨-硫铵肥法 在多功能脱硫塔中，鼓入空气将亚硫铵氧化成硫铵，其反应为： (NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-x)NH3=(NH4)2SO4 （b）酸解氨酸法 用硫酸、磷酸、硝酸等酸将脱硫产物亚硫铵酸解，生成相应的铵盐和气体二氧化硫。反应如下： (NH4)XH2-XSO3+X/2H2SO4=X/2(NH4)2SO4+SO2+H2O (NH4)XH2-XSO3+XHNO3=XNH4NO3+SO2+H2O (NH4)XH2-XSO3+X/2H3PO4=X/2(NH4)2HPO4+SO2+H2O 氨水洗涤脱硫工艺设备主要由脱硫洗涤系统、烟气系统、氨贮存系统、硫酸铵生产系统（若非氨-硫铵法则是于其工艺相对应的副产物制造系统）等组成。核心设备是脱硫洗涤塔。 3.2氨法脱硫具有的特点 （1)脱硫塔不易结垢。由于氨具有更高的反应活性，且因亚硫酸铵溶液的化学特性，决定了可以避免结垢。 （2)氨法更适合于中高硫煤的脱硫。而采用氨法时，因副产物的价值较高，含硫量越高，其副产品硫酸铵产量越大，也就越经济。 （3)氨法脱硫过程中产生的副产品亚硫酸铵可综合利用生产固体硫酸铵成为肥料，无废水排放，无二次污染。符合循环经济的理念和环保产业发展的方向。 （4)耗能低，因脱硫过程中不需降、升温，脱硫塔阻力小，以广东南海发电厂200MW机组烟气脱硫为例，脱硫运行电耗占总发电量的0.04%。 （5)不需设旁路烟道（用户要求设置除外）。 （6)脱硫装置高效、方便，氨法烟气脱硫活性强、反应速率快。脱硫剂为澄清的氨水清液，脱硫副产物皆为易溶性物质，无结垢、无磨损。 （7)阻力小，脱硫塔阻力450Pa左右，火电厂脱硫系统建造时，能充分利用原引风机压头的富裕量，一般不需设增压风机或更换引风机，必要时将原引风机叶轮升级即可。3.3净化效率的影响因素 在实验的负荷范围内,净化效率总体上随负荷的升高而下降.在相同的进气浓度下,随着停留时间的增加,消除能力和净化效率迅速提高.进口浓度对生物滴滤器的净化效率和所需的填料层高度有较大的影响。3.4参数的选择（1) 吸收反应时间t ，一般烟气脱硫时间为35s,取t=5s进行设计； （2) 液气比一般为：825L/m3，取12 L/m3；（3) 空塔流速一般空塔流速为15m/s, 取1.5m/s； （4) 烟囱出口烟气流速 W，选取W=20；（5) 烟囱椎角i通常取i= 0.020.03，取i=0.02；（6) 摩擦阻力系数，可查手册得到实际中对金属管道值取0.02； （7) 管道内烟气流速v对于锅炉内烟尘v=1025，此处设计取v=20；(8) 管道的局部阻力系数取，取=0.29。3.5 脱硫设备结构设计计算3.5.1确定填料类型 填料选 的陶瓷拉西环,其比表面积 ,近似取单位体积填料层的有效传质面积3.5.2确定塔的截面积在120常压下的填料吸收塔： （3-1） （3-2）式中:-操作条件下,空气流量 A-塔的截面积 u-空塔气速,选1m/s3.5.3确定塔的直径 （3-3）取整后，塔径确定后，应对填料尺寸进行校核，由于填料为拉西环塔径D应为（2025）d,实际D5m2525=625mm,校核合格。3.5.4流速当D5m时， （3-4） (3-5)式中：截面积混合气体的空塔流速，3.5.5最小喷淋密度 (3-6)当时， 式中：最小润湿速度，； 比表面积，。3.5.6物料平衡计算1 1 因根据经验此处设计取氨水为所消耗的氨水为1.05倍， 则由平衡计算可得1h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：825L/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： (3-7),取所以1h生成的量为：3.5.7塔高 (3-8)分三层： （层层间距0.6m）4.85+0.6+0.60.6+1.5=9.15m式中：有效塔高，总塔高 (3-9)式中：为间隙高度，取1m。4烟囱设计计算4.1 烟囱高度的确定由设计任务书上可得所锅炉耗煤量14t/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：40m表4.1 锅炉烟囱的高度锅炉总额定出力/（t/h）1122661010252635烟囱最低高度/m2025303540454.2 烟囱抬升高度计算 (4-1) (4-2)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； (4-3)当且35K时 式中：系数。4.3 烟囱的有效高度 (4-4) 式中：烟囱抬升高度，； 烟囱几何高度，。4.4 烟囱高度校核 (4-5)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，；4.5烟囱直径的计算 （m） (4-6)式中：Q通过烟囱的总烟气量，； W烟囱出口烟气流速，取20。4.6 烟囱底部直径 (4-7)式中： H烟囱高度，mi-烟囱椎角（通常取i= 0.020.03），此处设计取i=0.024.7 烟囱阻力 (4-8) (4-9)管道系统设计，阻力计算 5.1管道直径的确定 (5-1)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=1025）。此处设计取v=125.2 系统阻力对于圆管： （5-2）实际温度下的密度为：；式中：L管道长度m； d管道直径m； 烟气密度，假设标况下烟气的密度为1.46 v管中气流平均流速，m/s；摩擦阻力系数，是气体雷诺数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）5.3 局部阻力损失 （5-3）50个弯头总压力损失为：5018.79=939.5 Pa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5.1可得=0.29表 5.1管道局部阻力系数表二中节二端节三中节二端节五中节二端节八中节二端节1.00.290.280.240.241.50.250.230.210.215.4 系统总阻力的计算系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为960Pa，填料塔阻力为1300 Pa,喷雾干燥吸收塔的总阻力为：1200Pa）为：=锅炉出口前阻力+设备阻力+管道阻力+引风阻力+烟囱阻力=960+2500+939.5+228.