火电厂锅炉高硫无烟煤烟气电除尘湿式脱硫系统设计

1、S G - 4 0 0 / 1 4 0 型 火 电 厂 锅 炉 高 硫 无 烟 煤 烟 气电除尘湿式脱硫系统设计摘要现如今火电厂数量逐渐增加， 火电厂锅炉产生的烟气量也随之增多， 烟气中的二氧化 硫等气体若未经处理达到国家排放标准就排放， 无疑会对我们的大气造成污染， 危害人类 及动植物的健康。 因此，我们需要按照不同型号锅炉参数进行设计计算， 以使烟气排放在 达到国家标准的前提下尽可能的提高净化效率，使污染及危害降到最低。本次课程设计就是针对 SG-400/140型火电厂锅炉高硫无烟煤烟气，利用电除尘湿式 脱硫的方法， 设计计算出最高效的除尘净化系统， 以降低烟气中有害气体的排放浓度， 保

2、护我们的大气环境。关键词： 烟气排放，湿式脱硫，大气污染，净化目录1 引言 01.1 电除尘简介 01.2 湿式石灰法脱硫简介 02 燃烧计算 12.1 理论需氧量 12.2 理论空气量 12.3 理论烟气量 12.4 实际烟气量 22.5 烟尘浓度计算 22.6 SO2浓度计算23 净化系统设计方案的分析 23.1 净化设备的工作原理及特点 23.1.1 电除尘器的工作原理及特点 23.1.2 湿式石灰法脱硫的工作原理及特点 23.2 运行参数的选择与设计 33.2.1 电除尘器运行参数的选择与设计 33.2.2 湿式石灰法脱硫运行参数的选择与设计 33.3 净化效率的影响因素 34 尺寸计

3、算 44.1 除尘设备结构设计计算 44.2 脱硫设备结构设计计算 54.2.1 喷淋塔内流量计算 54.2.2 喷淋塔径计算 54.2.3 喷淋塔高度计算 54.2.4 新鲜浆料的确定 74.3 烟囱设计计算 7烟囱的几何高度的计算 74.3.1 烟气释放热计算 74.3.2 烟气抬升高度计算 84.3.3 烟囱直径的计算 84.3.4 烟囱高度校核 85 阻力计算 95.1 管径计算 95.2 摩擦压力损失 95.3 局部压力损失 105.4 烟囱阻力计算 105.5 系统总阻力计算 106 设备选型 116.1 风量的计算 116.2 风机风压的计算 116.3 电机功率的核算 117

4、总结 12参考文献 12致谢 121引言1.1电除尘简介我国全面系统地对电除尘器技术进行研究和开发始于上个世纪60年代。国内的研究主要分布在本质机理研究、存在问题与改造试验研究、外围辅助设备研 究；而国外的研究主要包括：电场特性研究、除尘效率研究、粒子运动研究和模 拟方法研究。并指出采用数据融合的技术来研究电除尘器的思路。电除尘器是火力发电厂必备的配套设备，它的功能是将燃灶或燃油锅炉排 放烟气中的颗粒烟尘加以清除，从而大幅度降低排入大气层中的烟尘量，这是 改善环境污染，提高空气质量的重要环保设备。在收集细粉尘的场合，电除尘器 是主要的除尘装置之一。电除尘器是含尘气体在通过高压电厂进行电离的过程

5、中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒趁机在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。电除尘过程与其他除尘过程的根本区别在于， 分离离直接作用在粒子上，而不是作用 在整个气流上，这就决定了它具有分离粒子耗能小， 气流阻力也小的特点。由于作用 在粒子上的静电力相对较大，所以即使对亚微米级的粒子也能有效的捕集。电除尘器主要由电晕电极、集尘极、高压供电设备、气流分布板等组成。电除尘 器的工作原理涉及悬浮粒子荷电，带电离子在电厂内迁移和捕集，以及将捕集物从集 尘表面上清除三个基本过程。在正负离子运行中，电晕区里的粉尘带正电荷，移向电晕 极，因此，电晕极也会不断积灰，只不过量较小。收集到的粉

6、尘通过振打装置使其跌落 聚集到下部的灰斗中由排灰电机排出，使气体得到净化。1.2湿式石灰法脱硫简介湿式石灰法脱硫是采用石灰石或者石灰浆液脱除烟气中S02的方法。该方法开发较早，工艺成熟， 吸收廉价易得，因而应用广泛。且具有脱硫反应速度快、 设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造 成二次污染等问题。日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。它的工作简介是：将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气 充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收

7、塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%。2燃烧计算以1kg煤燃烧为基础，则表1燃烧成分表重量/g摩尔数/mol需O2量/mol生成物生成物量/molC67055.855.8CO55.8H23235.75H2O11.5O130S351.11.1SO1.1N151.1N20.55HO452.52.1理论需氧量55.8 5.75 1.1 62.65mol/kg（式 2.1）2.2理论空

8、气量n理论空气 4.78 62.65 299.47mol/kg（式 2.2）2.3理论烟气量理论空气量条件下烟气组成（mol）为：CO2：55.8H 20:11.5 2.5 14S02：1.1N2：0.55 62.65 3.78 237.37理论烟气量为：Vf0 55.8 14 1.1 237.37 308.27mol/kg（式 2.3）2.4实际烟气量Vfg Vf0 （1） n理论空气380.27 0.35 299.47 413.1mol/kg 9.25m3/kg （式 2.4 ）160C时，烟气量为273 1602739.25314.67m /kg（式 2.5 ）烟气流量Q 14.67 4

9、1 1000601470mN / h 167.1mN/s（式 2.6 ）2.5烟尘浓度计算110 30.7%14.67已知飞灰率为：3= 30.7%（式 2.7 ）32.3g/m32.6 SO2浓度计算SO,mSO21.1 6414.674.8g /m334800mg/m（式 2.8 ）3净化系统设计方案的分析3.1净化设备的工作原理及特点3.1.1电除尘器的工作原理及特点原理：电除尘器的工作原理涉及悬浮粒子荷电，带电离子在电厂内迁移和捕集，以及将捕集物从集尘表面上清除三个基本过程。在正负离子运行中，电晕区里的粉尘带正电荷，移向电晕极，因此，电晕极也会不断积灰，只不过量较小。收集到的粉尘通过振

10、打 装置使其跌落，聚集到下部的灰斗中由排灰电机排出，使气体得到净化。(1) 特点：电除尘过程与其他除尘过程的根本区别在于，分离离直接作用在粒子 上,而不是作用在整个气流上，这就决定了它具有分离粒子耗能小， 气流阻力也小的 特点。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以即使对亚微米级的粒子也能有效的 捕集。3.1.2湿式石灰法脱硫的工作原理及特点(1) 原理：采用石灰/石灰石浆液吸收烟气中的so，分为吸收和氧化两个阶段。先吸收生成的亚硫酸钙:1 L 1石灰石：CaCO3 SQH2O CaSOj- H2O CO22 t2石灰：CaO SO2 0.5H2O CaSO3?0.5H2O然后将亚硫酸钙氧化成

11、硫酸钙。(2) 特点：有多种因素影响到吸收洗涤塔的长期可靠运行：设备腐蚀、结垢和堵塞、除雾器堵塞、脱硫剂的利用率、脱硫产物及综合利用等。3.2运行参数的选择与设计3.2.1电除尘器运行参数的选择与设计多孔板通常采用厚度为33.5mm间的钢板，开孔率(开孔面积与板总面积之比) 一般为25%50%之间，孔径为3050mm间，分布板层数为23层;板式除尘器两 平行集尘板板间距离一般为200400mm,极板高度为1015m，极板的长度为 1020m；通常高压供电设备的输出峰值电压为 70100kv，电流为1002000mA; 气体含尘浓度超过30g m3时，宜加设与净化设备；集尘极内平均流速为1.02

12、.0m;比集尘极表面积一般为3002400m2 (1000m3 min);集尘板长高比至少为1.0 1.5。3.2.2湿式石灰法脱硫运行参数的选择与设计再热烟气温度大于750C，烟气流速在15m/s,浆液Ph大于9,石灰/石灰石浆 质量浓度在10%15%之间，液气比在825 L m3，气液反应时间35s,气流速度 为3.0m/s，喷嘴出口流速10m/s，喷淋效率覆盖率200%300%，脱硫石膏含水率为 40%60%，一般喷淋层为36层，烟气中SQ体积分数为4000/10 6，脱硫系统阻 力在 25003000P&3.3净化效率的影响因素(1) 电除尘器净化效率的影响因素：气流分布的影响

13、、气体含尘量、粉尘的比电 阻、气流速度、电气参数、清灰等。(2) 湿式石灰法脱硫净化效率的影响因素：浆液pH、石灰石粒度、液气比、钙硫比等。4尺寸计算4.1除尘设备结构设计计算(1)除尘效率的计算：C2225(1 ) 100% = (1-) 100% 90.2%G2300(2)集尘极的比集尘面积:丄 I n（ 1）0.11 0.90223.2m2/（m3/s）（3）集尘板总面积：2 A Qf 167.1 23.23876.7m2考虑因处理气体量，浓度，压力的波动和供电系统的可靠性等因素影响，参实际生产情况，取富裕系数m=1.52.0。(4)实际需要的集尘板面积为：A (1.52.0)A(1.5

14、 2.0) 3876.75815.0 7753.4取 A' =7500m2(5) 实际集尘板的比集尘面积为:A 7500Q 167.12341.9m /（m /s）(6)电除尘器有效截面积：取气流速度 v 1.5m/sf=Q=167.11.52=111.4m(7) 集尘板高度为：h=F =、111.4 =10.55m对于板卧式电除尘器而言，其电场断面接近正方形，一边气流与断面均匀分 布。所以，集尘极极板宽度取10.55m。(8)气体在电除尘器内的通道数：取集尘极间距B=0.3m；F 111.4 cl C 详.CLn=35.2,取 n=35Bh 0.3 10.55（式 4.1 ）（式 4

15、.2 ）（式 4.3 ）昭/、（式 4.4 ）（式 4.5 ）（式 4.6 ）（式 4.7 ）（式 4.8 ）(9) 集尘板总长度;IA2nh=10.2m,取 l =11m2 35 10.55（式 4.9 ）(10) 电晕线间距取300mm；(11) 灰斗倾斜角45度，灰斗高2.25m，出口直径550mm,共设4个灰斗;4.2脱硫设备结构设计计算4.2.1喷淋塔内流量计算假设喷淋塔内平均温度为800C，压力为150KPa,贝U喷淋塔内烟气流量为:273 t273冲1PaK）167.1273 80 101.324273150（10.05）153.2m3/h（式 4.10）式中：Qv 喷淋塔内烟气

16、流量，m3jh ；Qs 标志下烟气流量，m3h ;K 除尘前漏气系数，00.1;4.2.2喷淋塔径计算依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可选择喷淋塔内烟气流速v=3m/s,则喷淋塔截面A为：A= Q =7：1=55.7m2(式 4.11 )v 3则塔径d为：4A 4 55.7 ,d=.=8.4m(式 4.12 )V 专 3.14取塔径 D0=8500mm。4.2.3喷淋塔高度计算喷淋塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。(1)吸收区高度依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得，选择喷淋塔喷气液反应时间t=4s，则喷淋塔的吸收区高度为：(2)除雾区高度除雾器设计成两段。每层除雾器上下各设

17、有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最上层(3.4 3.5)m。则取除雾区高度为：出 3.5m(3) 浆池高度浆池容量Vi按液气比浆液停留时间ti确定：Vi L/G Q ti=15X10-3 >601470 X6 =902.2m3(式 4.14 )60式中：L G 液气比，取15L m3 ;Q标况下烟气量，m；h ;t1 浆液停留时间，取6min；选取浆池直径等于或略大于喷淋塔 D。，本设计中选取的浆料直径 D。为9m,然后再根据V1计算浆池高度：.4V14 902.2 一 小/存l、h 02 14.2m(式 4.15)D。3.14 9式中：he 浆池高度，m；V1 浆池容积，m3;D0 浆池直

18、径，m。从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.8, 2m。本设计中取为2m。(4) 喷淋塔高度喷淋塔高度为：（式 4.16 ）Ht H1 H2 h012+3.5+14.2=29.7m424新鲜浆料的确定1mol 1mol因为根据经验一般钙/硫为：1.051.1，此处设计取为1.1,则由平衡计算可得1h 需消耗Cao的量为:1.1 5 >K4X103 =7700mol/h4.3烟囱设计计算具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量，且温度高于周围气温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。这相对增加了烟囱的几何 高度，因此烟囱的有效高度为:（式 4.17）式中：H烟囱的有效

19、高度,m；H s 烟囱的几何咼度,m；H 烟囱抬升高度,m。H Hs H4.3.1烟囱的几何高度的计算查相关资料可得燃烧锅炉房烟囱最低允许高度设为H s为60m（式 4.18 ）4.3.2烟气释放热计算Qh 0.35Pa QvTs式中：Qh 烟气热释放率，kW ；巳一大气压力，取邻近气象站年平均值；Qv 实际排烟量，msTs 烟囱出口处的烟气温度，433K;Ta 环境大气温度，K;取环境大气温度Ta=293K，大气压力R=978.4kPaTTsTa 433293 140K（式 4.19）273 160101.3243Qv = 167.1 -（1 0.05）188m / h（式 4.20）273

20、150Qh =0.35 g78.4140 >188乂=16962kw（式 4.21 ）4334.3.3烟气抬升高度计算由 2100kW<QH <21000kW, Ta-Ts 35K 可得：H n0QHsn2U 1（式 4.22 ）式中：n0,ni,匕系数,n1 取 0.6, n2取 0.4, n0取 0.292,则:1H 0.292 169620.6 600.4129.5m（式 4.23）4烟囱有效源高H=60+129.5=189.5m4.3.4烟囱直径的计算设烟气在烟囱内的流速为v 25m/s，则烟囱平均截面积为：A= Qv = 188 =7.52m2（式 4.24）v 2

21、5则烟囱的平均直径d为：（4Ad4 7 52d=計一 =J. =2.8m（式 4.25）V V 3.14取烟囱直径为D=3000mm,校核流速v得：V- = 188 42 =21.7m/s（式 4.26）1 d23.14 3244.3.5烟囱高度校核假设吸收塔的吸收效率为：96%，可得排放烟气中二氧化硫的浓度为：（1 0.96） 4800 192mg / m3（式 4.27）氧化硫排放的排放速率：vso2so2 Qv 192 188 29.4g/h（式 4.28）max 二?-2（式 4.29）UH e z式中：-为一个常数，一般取0.5 1，此处取0.6；zH烟囱有效源高；国家环境空气质量二

22、级标准日平均 SQ的浓度为0.15mg/m3>0.1036mg/m3，则设计符合要求。5阻力计算5.1管径计算设管道采用钢板材料制造，管道内平均流速为12m/s，平均温度为800C，Qv 153.2m3/s则管径的为：18.8153.2 3600V 124030mm（式 5.1）取管径D为4m，校核流速为:d2153.2 43.14 4212.2m/s（式 5.2）5.2摩擦压力损失已知l=550m，温度为100°C下烟气浓度为0.950kg/m3，则（式 5.3）式中：P 摩擦压力损失，Pa；l管段长度，m；摩擦阻力损失系数;v 管道内气体的平均流速，12m/s；Rs 管道的

23、水力半径，m；烟气浓度，0.950kg/m3;取一0.040m 1，则:d5.3局部压力损失已知900弯头75个，设其标准弯头2n vpm（式 5.4）2式中：巳一局部压力损失，Pa；n弯头个数，75；局部压力损失系数，=0.35；烟气浓度，0.950kg/m3 ；v 管道内气体的平均流速，12m/s；则管道系统阻力=Pl Pm 1504.8 1795.53300.3Pa（式 5.5）5.4烟囱阻力计算已知烟囱高度 h=189.5m,取 0.056m 1，0.950kg/m3，则;d5.5系统总阻力计算已知烟气在锅炉出口前阻力为1060Pa,查相关资料，脱硫设备的阻力为880Pa,电除尘器的阻

24、力为250Pa,弓I风机阻力取500Pa,则系统总阻力为： 系统总阻力=炉系统阻力+管道系统阻力+脱硫设备阻力+引风机阻力+烟囱阻力+电除尘器阻力=1060+880+250+500+725.8+3300.3=6716.1Pa6设备选型6.1风量的计算Qo 1.1Q（式 6.1 ）式中：Q 0 通风机风量，h ;Q 管道系统的总风量，m3 h ;6.2风机风压的计算Hy 1.2 h（式 6.2）式中：H Y 通风机风压，Pa；h 系统总阻力，Pa；实况下的风机风压：根据Q。和Hy选定Y4-73-11锅炉用离心通风机。6.3电机功率的核算Ne（kW）（式 6.3）36001000 1 2式中：Q0 风机风量，m3.h ；H Y 风机风压，Pa；1 风机在全压头时的效率，此处取 0.7；