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SG-400-140型火电厂锅炉中硫烟煤烟气湿式石灰法脱硫尘系统设计(含CAD图纸和说明书)

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SG 400 140 火电厂 锅炉 烟煤 烟气 石灰 脱硫 系统 设计 CAD 图纸 说明书
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内容简介:
第 1 页共 18 页摘要摘要近年来,尽管半干法和干法脱硫技术及其应用有了较大的发展,但湿发脱硫仍是目前世界上应用最多的脱硫技术。湿发工艺中又以湿式钙法占绝对地位,其优点是技术成熟,脱硫率高没 Ca/S 比低,操作简便,吸收剂价廉易得,副产品便于利用,使用煤种范围宽,其简化工艺的投资和运费也很低。近几年,在国内外首次研究了体系 pH 值对石灰湿法脱硫反映机理的影响,提出当体系 pH 值不同时,发生的主要脱硫反映是不同的。首次从理论上理解了在某些 pH 值条件下湿式钙法不结垢的原因。在此基础上,又在国内外首次提出并研究了亚硫酸钙脱硫法。该法是用亚硫酸钙悬浮液在塔内与 SO 反应生成溶解度很大的亚硫酸钙(因2而不结垢) ,吸收液在循环池中用石灰浆液再生出亚硫酸钙循环使用。其实质是类似双碱法。碱式硫酸铝法的新型的全钙基间接石灰法。此前的研究和文献均忽视了 pH 值对湿式钙法脱硫反应机理的影响,这是不妥的。尽管人们已知控制体系 pH 值是防止湿式钙法脱硫结垢的重要措施,但未能从理论上解释其原因。第 2 页共 18 页目目 录录1 1 烟气量,烟尘和二氧化硫浓度的计算烟气量,烟尘和二氧化硫浓度的计算 1 11.1 标准状态下理论空气量 .11.2 标准状态下理论烟气量 .11.3 标准状态下实际烟气量 .11.4 烟气含尘浓度 .21.5 浓度的计算 .22so2 2 净化系统设计方案的分析确定净化系统设计方案的分析确定3 32.1 湿式石灰/石灰石-石膏法反应原理 .32.2 湿式石灰/石灰石-石膏法特点 .33 3 工艺过程及操作要点工艺过程及操作要点4 43.1 工艺过程 .43.2 影响吸收效率的主要因素 .44 4 确定烟气除尘脱硫工艺并进行物料衡算确定烟气除尘脱硫工艺并进行物料衡算 5 55 5 除尘器脱硫装置的选择设计除尘器脱硫装置的选择设计 6 65.1 除尘器 .65.2 烟囱高度的计算 .85.3 烟囱直径的计算 .105.4 系统阻力的计算 .115.5 风机及电动机选择及计算 .145.6 系统中烟气温度的变化 .156 6 总结总结1717参考文献参考文献1818附图第 3 页共 18 页1 1 烟气量,烟尘和二氧化硫浓度的计算烟气量,烟尘和二氧化硫浓度的计算1.11.1 标准状态下理论空气量标准状态下理论空气量 Qa=4.76(1.867 CY +5.56 HY +0.7 SY -0.7 OY)( m3/) 式中 CY,HY,SY,OY分别为煤中各元素所占的质量分数。Qa=4.76(1.8670.545+5.560.09+0.70.015 -0.70.08)=7.54( m3/) (41)1.21.2 标准状态下理论烟气量标准状态下理论烟气量设空气含湿量 12.93g/m3Qs=1.867(CY+0.375SY)+11.2HY+1.24WY+0.016 Qa+0.79 Qa+0.8NY ( m3/)式中 Qa-标准状态下理论空气量,m3/;WY -煤中水分的质量分数;NY -N 元素在煤中的质量分数。Qs=1.867(0.545+0.3750.015)+11.20.09+1.240.08+0.0167.54+0.797.54+0.80.01=8.22 ( m3/) (42)1.31.3 标准状态下实际烟气量标准状态下实际烟气量Qs= Qs+1.016(-1) Qa( m3/)式中 -空气过量系数;Qs-标准状态下理论烟气量,m3/;Qa-标准状态下理论空气量,m3/。标准状态下烟气流量 Q 应以 m3/h 计,应此,Q=Qs设计耗煤量 Qs=8.22+1.016(1.2-1)7.54=9.75( m3/) (43)第 4 页共 18 页Q=Qs设计耗煤量=9.7542000=409500( m3/h)1.41.4 烟气含尘浓度烟气含尘浓度C=dshAY/Qs (/m3)式中 dsh -排烟中飞灰占煤中不可燃烧成分的质量分数;AY -煤中不可燃成分的含量Qs -标准状态下实际烟气量,m3/。C=0.340.18/9.75=6.2810-3(/m3)=6.28103(mg/m3) (44)1.51.5 浓度的计算浓度的计算2so ssosoQV61022 10004 .222YsoSV =0.1052soV10004 .22321000015. 0kgm3 (45)2so3361007. 175. 910105. 0mkg第 5 页共 18 页2 2 净化系统设计方案的分析确定净化系统设计方案的分析确定2.12.1 湿式石灰湿式石灰/ /石灰石石灰石- -石膏法反应原理石膏法反应原理分为吸收和氧化两个工序吸收过程: 224222324222324232422232322232232232232223222122321222122321221212121212121SOOHCaSOOHOHSOCaOHCaSOOHOOHCaSOOHCaSOOHCaSOOHCaSOOHOOHCaSOHSOCaOHSOOHCaSOCOOHCaSOOHSOCaCOOHOHCaSOSOOHCaOHCaSOSO如下:在氧化塔内,主要反应氧化过程:如下副反应发生:由于烟气中含有氧,有下:在吸收塔内主要反应如2.22.2 湿式石灰湿式石灰/ /石灰石石灰石- -石膏法特点石膏法特点利用石灰或石灰石浆液作为洗涤液吸收净化烟道气中的 SO2并副产石膏。优点:吸收剂价廉易得;副产物石膏可回收用作建筑材料;缺点:易发生设备结垢堵塞或磨损设备。解决这个问题最有效的办法是在吸收液中加入添加剂,目前工业上采用添加剂有:氯化钙(CaCl2) 、Mg2+、已二酸、氨等。加入添加剂后,不仅能抑制结垢和堵塞现象,而且还能提高吸收效率。第 6 页共 18 页3 3 工艺过程及操作要点工艺过程及操作要点3.13.1 工艺过程工艺过程主要有三部分组成:SO2的吸收,固液分离,固体处理。现结和三菱重工业石灰-石膏法工艺流程作简要说明(见书 P219,图 9-14) 。3.23.2 影响吸收效率的主要因素影响吸收效率的主要因素1)浆液的 PH 值有些固体物质在水溶液的溶解度与 PH 值关系密切见下表所示(补) 。表 43 在 500C 不同 PH 值时和的溶解度 OHCaSO2321OHCaSO242浓度/610浓度/610PH 值Ca2+SO32-SO42-PH 值Ca2+SO32-SO42-7.06752313204.01120187310726.06805113403.5176341989805.073130312603.0313593759184.584178511792.5577321999873有上表看出PH 高时溶解度小,PH 低时溶解度大;溶解 OHCaSO2321OHCaSO242度随 PH 变化的变化较小。这样,当石灰石灰浆液的 PH 低时,溶液中存在较多的又由于石灰石颗粒表面形成一层 OHCaSO2321第 7 页共 18 页锅炉烟气CSO2=4082mg/m3CSO2=1200mg/m3CSO2不变C烟尘=6534mg/m3C烟尘=250mg/m3C烟尘不变回收烟尘 172Kg/h回收 SO279Kg/h除尘脱硫排放4 4 确定烟气除尘脱硫工艺并进行物料衡算确定烟气除尘脱硫工艺并进行物料衡算锅炉烟气除尘脱硫工艺与脱硫方法有关。干法脱硫:先除尘后脱硫;湿法脱硫:多种方法。视实际情况而定。可行的途径有:1)利用现有除尘设备,设计脱硫装置;2 取消原除尘设备,设计除尘脱硫新系统。本例题拟采用先有除尘设施,后加脱硫装置的工艺。其流程为:锅炉烟气除尘设施脱硫设施烟囱排放物料衡算:烟气排放达到 SO21200mg/m3,烟尘250 mg/m3(GB1327191 中规定二类区二级标准) 。需指明:2000 年 1 月以后新锅炉,SO2900mg/m3,烟尘200 mg/m3据此得:除尘量:(6534-250)2.7410410-6=172(Kg/h)脱硫量:(4082-1200)2.7410410-6=79(Kg/h)计算结果示于下图(标态)第 8 页共 18 页5 5 除尘器脱硫装置的选择设计除尘器脱硫装置的选择设计5.15.1 除尘器除尘器选用立式麻石水膜除尘器,结构图见书 P227,图 9-19 所示,规格和性能见表 9-11。水膜除尘器内烟气上升速度在 3.5-5m/s 之间为宜,取 5m/s,于是:由 360054360054121QDQD得又 (46)KgmQQQ/27420273)80273(3所以: mQD58. 1273360058027341其中:Q筒内实际处理量(操作温度 80,m3/h) ; Q标况下的烟气量,m3/h。 由表 9-11 选用 MCLS1.6 型麻石水膜除尘气,各项参数见表 9-11 所示,此时烟气进口速度为: (47)smbhQv/9 .2036002 . 142. 027310527327420由表 9-11 查得该条件下除尘器的阻力为 1245Pa。脱硫装置选用内装 80mm 陶瓷拉西环(层砌) ,吸收液为石灰石浆液,逆流接触。由物料平衡及所选吸收装置类型知:(48) hmolCCGGLmmolCmmolCGGBsGG/9 .1233)019. 0064. 0(27420/019. 010641200/064. 010644082212min332331标标第 9 页共 18 页(根据 P211,式 9.70)CaCO3的理论需要量: (49)hKgMCaCO/4 .123101009 .12339 .123333实际用量:hKg /8 .2464 .1232为减少结垢,可在循环槽内加入已二酸,其加入量为 2Kg/t(石灰石)又PaPYPaPYGGGG5 .4010013. 1%04. 0%04. 00004. 0104 .22019. 08 .14110013. 1%14. 0%14. 00014. 0104 .222742027420064. 052325131出液 吸收液 排气 烟气 吸收塔 YG2 YG1 据前知石灰石吸收二氧化硫的气速宜在 1.6-2.5m/s 范围,液气比在 0.8-8.2 l/m3之间,当取气速 2.4m/s,液气比 1.4 l/m3时,体积总传质系数 KAGa为 1.08510-3Kmol/(m3hPa),传质阻力受气膜阻力控制。吸收塔内温度为 30,因而:所以塔径:hmQ/2 .3043327330273274203 圆整为 D=2.2m, (圆整时直径 1m 以上间隔为 200mm)muQD08. 24填料塔的横截面积:2228 . 342 . 214. 34mD第 10 页共 18 页任一截面上气体质量流率:)/(1 .3228 . 3104 .222742023hmKmolG根据式 9.75,填料层高度 H: (410)mPPPKGHAAGa66. 35 .408 .141ln10013. 110085. 11 .322ln53215.25.2 烟囱高度的计算烟囱高度的计算(1)烟囱高度的确定由设计任务书上可得所有锅炉的总的耗煤量为 41t/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:80m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/m202530354045(2)烟囱抬升高度计算HsvaHTTQPQ35. 0 asTTT式中:烟气的热释放率,;HQKw 大气压力,;aPhPa实际排烟量,;vQsm3 烟囱出口处的烟气温度, ;sTK 环境大气温度,取;aTKKTa29320273第 11 页共 18 页KwQH299872731602016036001075. 94 .97835. 051021uHQnHnSnH系数2, 10,nnn当且35K 时,210002100KwQKwHT 332. 00n6 . 01n4 . 02nmH7 .18643039987332. 014 . 06 . 0(3)烟囱的有效高度H HHHs式中:烟囱抬升高度,;Hm 烟囱几何高度,。sHmmH7 .2167 .18630(4) 烟囱高度较核zyeuHQ2max2污染物在 y,z 方向上的标准差,;zy,11 . 0yz 烟气出口处的平均风速,取 4;usmsm源强,;Qsg地面最大浓度,;max3mmg当时:7 . 0yz第 12 页共 18 页3352max084. 0104 . 87 . 07183. 23 .356414. 304.262mmgmg(根据环境空气质量标准各项污染物浓度限值) ,符合标准3max5 . 0mmg5 5.3.3 烟囱直径的计算烟囱直径的计算(1)烟囱出口内径可按下式计算:d=0.0188(Q/)1/2(m) (411)式中 Q-通过烟囱的总烟气量,m3/h; -按表三选取的烟囱出口烟气流速,m/s。表 46 烟囱出口烟气流速/(m/s)运行情况通风方式全负荷时最小负荷时机械通风102045自然通风6102.53选定=4m/s D=0.0188(9750/4)1/2=0.93(m)圆整取 d=1.0m。烟囱底部直径d1=d2+2iH(m) (412)式中 d2-烟囱出口直径,m; H-烟囱高度,m; i-烟囱锥度(通常取 i=0.020.03)。取 i=0.02,H=30m. d1=0.93+20.0230=2.13(m)第 13 页共 18 页(2) 烟囱的抽力 SY=0.0342H1/(1.273+tk)-1/(273+tp))B(Pa) (413)式中 H-烟囱高度,m; tk-外界空气温度,; tp-烟囱内烟气平均温度,; B-当地大气压,Pa。SY=0.0342216.71/(273-10)-1/(273+160)97.86103=1082(Pa) (414)5.45.4 系统阻力的计算系统阻力的计算 (1)摩擦压力损失对于圆管 pL=L/d2/2(Pa) (415)式中 L-管道长度,m; d-管道直径,m; -烟气密度,/m3; -管中气流平均速率,m/s; -摩擦阻力系数,是气体雷诺数 Re 和管道相对粗糙度 K/d 的函数。可以查手册得到(实际中对金属管道 值可取 0.02,对砖砌或混凝土管道 值可取 0.04)。 a.对于 500 圆管 L=9.5m=n273/273+160=1.34273/443=0.84(/ m3)pL=0.02450/0.30.849.852/2第 14 页共 18 页=1732.5(Pa) b.对于砖砌拱形烟道 (参见附图) A=2/4D2=B2+/2(B/2)2 D=300mm 故 B=350mm 则 R=A/X式中,A 为面积,X 为周长。(2) 局部压力损失P=2/2(Pa) (416) 式中 -异形管件的局部阻力系数,可在有关手册中查到,或通过实验获得; -与想对应的断面平均气流速度,m/s; -烟气密度,/m3;图中一为渐缩管。 45时,=0.1取 =45,=9.85m/s P=2/2=0.10.849.852/2=4.1(Pa)l1=0.05tan67.5=0.12(m)图中为 30Z 行弯头h=2.985-2.39=0.595=0.6(m)h/D=0.6/0.3=2,取=0.157= Re第 15 页共 18 页由手册查得Re=1.0=1.00.157=0.157P=2/2=0.1570.849.852/2=6.4(Pa)图中为渐扩管A1/A2=0.351/3.140.29852/4=5.0查大气污染控制工程附表十一,并取 =300取=0.19P=2/2=0.190.849.852/2=7.7(Pa)l3=(1-0.2985)/2tan150=1.3(m)图中 a 为渐扩管450时,=0.1取 =300,=9.85 m/sP=2/2=0.10.849.852/2=4.1(Pa)L=0.93(m)副图中 b、c 均为 900弯头D=300,取 R=D,则=0.23则 P=2/2=0.230.849.852/2=9.4(Pa)两个弯头 P=2P=29.4=18.8(Pa)系统总阻力(其中锅炉出口前阻力为 800Pa,设除尘器阻力为 1200Pa)为h=25.8+84.1+4.1+6.4+7.7+4.1+18.8+800+1200=2151(Pa)第 16 页共 18 页5.55.5 风机及电动机选择及计算风机及电动机选择及计算 (1) 标准状态下风机风量的计算Qy=1.1Q(273+tp)/273101.325/B(m3/h) (417) 式中 1.1-风量备用系数; Q-标准状态下风机前风量,m3/h; tp -风机前温度,若管道不太长,可以近似取锅炉排烟温度; B-当地大气压力 kPa。Qy=1.19750(273+160)/273101.325/97.86=17613(m3/h) (2) 风机风量计算Hy=1.2(h- Sy)(273+tp)/(273+ty)101.325/B1.293/y(Pa)(419)式中 1.2-风压备用系数; h-系统总阻力,Pa; Sy-烟囱抽力,Pa; tp-风机前烟气温度,; ty-风机性能表中给出的实验用气体温度, y-标准状态下烟气密度,(=1.34/ m3)。Hy=1.2(2151-150)(273+160)/(273+250)101.325/97.861.293/1.34=1987(Pa) (420)第 17 页共 18 页表 4-8 根据 Qy和 Hy选定Y5-47-136.5工况序号为 2 的引风机性能机号传动方式转速/(r/min)工况序号流量/(m3/h)全压/Pa内效率/%内功率/kW所需功率/kW6.52620211930299278.612.6117.66(3) 电动机功率的计算 Ne=QyHy/3600100012(kW) (421)式中 Qy -风机风量,m3/h; Hy -风机风压,Pa; 1-风机在全压头时的效率(一般风机为 0.6,高效风机约为 0.9); 2-机械传动效率,当风机与电机直联传动时 2=1,用联轴器连接时2=0.950.98,用 V 形带传动时 2=0.95; -电动机备用系数,对引风机,=1.3。 Ne=1760319871.3/360010000.60.95=22(kW) 根据电动机的效率、风机的转速、传动方式选定 Y180M-2 型电动机5.65.6 系统中烟气温度的变化系统中烟气温度的变化 (1) 烟气在管道中的温度降 t1=qF/QCv () (422) 式中 Q标准状态下烟气流量,m3/h F管道散热面积,m2 Cv标准状态下烟气平均比热容,一般为 1.3521.357KJ/( m3); q管道单位面积散热损失。第 18 页共 18 页 室内 q=4187KJ/( m2h) 室外 q=5443KJ/( m2h) 室内管道长:L=2.18-0.6-0.12=1.46(m)F=LD=3.141.460.3=1.38(m2) 室外管道长:L=9.5-1.46=8.04(m)F=LD=3.148.040.3=7.57(m2)t1=q1F1/QCv+ q2F2/QCv= (q2F2+q1F1)/ QCv=(41871.38+54437.57)/61501.354=5.64() (2)烟气在烟囱中的温度降 t2=HA/D1/2() (423) 式中 H烟囱高度,m; D合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和,t/h; A温降系数,可由表四查得。 表 4-9 烟囱温降系数烟囱种类钢烟囱(无衬筒)钢烟囱(有衬筒)砖烟囱(H50m)壁厚小于 0.5m砖烟囱壁厚大于 0.5mA20.80.40.2 t2=216.70.4/41/2=43.34() (4第 19 页共 18 页24)总温度降 t=t1+t2=5.64+43.34=
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