大气污染正文

1、中北大学（朔州校区）2013级大气污染控制工程课程设计说明书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摘要 随着人们对环境质量要求的日益增强，电厂排放的二氧化硫对环境的影响越来越引起社会的关注，电厂锅炉尾部烟气的二氧化硫排放量控制也成为大气污染物治理的重中之重。石灰石石膏湿法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术，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。本文主要分析石灰石一石膏法烟气脱硫技术在大型火电机组上的应用。文中首先对国内外各种脱硫技术进行分析比较，比较结果表明石灰石一石膏湿法脱硫工艺是一种适合大型火电机组的工艺。证明该工艺具有完全成熟，

2、运行安全可靠，可用率高的优点。 关键词：石灰石一石膏湿法烟气脱硫；烟气脱硫装置；吸收塔；二氧化硫 Abstract Along with environmental quality requirement increasingly，the emission of sulfur dioxide in power plant arouse more and more care so desulphurization is very importantthe SO2 emission control from thermal- electric power stations becomes very

3、 important in the treatment for air pollution Flue gas desulfurization based on wet limestone-gypsum process (WLST-FGD) which has been taken by 90of FGD devices for thermalpower plant in Japan，Germany, America is most widely used technology in FGD field all over the worldimportantThis paper mainly s

4、tudy on FGD technique of the limestone-gypsum method is large thermal power unitsAnd it compares domestic and international various desulphurization technology show FGD technique of the limestonegypsum method suit large thermalpowerunitsThen the environmental benefit and social benefit that produces

5、 from this was analyzedThe successful applications of FGD technique of the limestone-gypsum method in power plant prove that this technology has many merits：completely mature，reliable operation and the advantage with high rateKEY WORDS： Flue gas desulfurization； FGD device；absorber；S02；limestone；目 录

6、1 引言12 锅炉燃烧的相关计算42.1设计原始资料42.2 设计计算43 设计方案6 3.1电除尘器63.1.1电除尘器的特点6 3.1.2电除尘器的特点63.1.3电除尘器的分类63.1.4除尘效率的影响因素63.1.5运行参数的选择与设计73.2 石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的反应原理及特点93.2.1 石灰石/石灰法湿法烟气脱硫简介93. 2.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的反应原理93. 2.3 石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的特点103. 2.4运行参数的选择与设计104 脱硫设备设计和计算114.1参数选择114.2脱硫设备结构设计计算11第 页 共 页5 烟囱设计计算155

7、.1烟囱高度的设计计算155.2 烟囱出口内径155.3 烟囱底部直径155.4 烟囱阻力的计算156 管道系统设计及阻力计算176.1 管径的计算176.2 摩擦阻力损失计算176.3 局部阻力损失计算177 风机电机的选择197.1 风机风量的计算197.2 风机风压的计算198 达标分析208.1排放浓度角度208.2排放速率角度209 总结22参 考 文 献23致谢24第 页 共 页1 引言 我国的环境污染非常严重，二氧化硫排放是大气污染的主要污染源之一。由于电力企业是二氧化硫的排放大户，因此，控制二氧化硫的排放，成为电力环境治理的主要问题。2005年，我国二氧化硫排放总量高达2549

8、万吨，居世界第一，比2000年增加了27。有关研究表明，中国每排放一吨二氧化硫造成的经济损失约2万元，空气污染特别是酸雨污染已严重制约着全面建设小康社会目标的顺利实现。煤炭在中国能源消费中的比例在70左右，短期内难以改变。从使用方式上看，煤炭消费量的80直接用于燃烧，燃煤火电厂燃煤量占煤炭消耗量的50以上。燃煤是大气环境中二氧化硫、氮氧化物、烟尘的主要来源。我国国民经济和社会发展“十一五”规划纲要明确提出，到2010年，全国二氧化硫排放总量将比“十五”期末减少10。经测算，全国二氧化硫排放总量必须控制在2295万吨。目前我国的火电脱硫工作已全面展开。2000年底，中国投运火电脱硫设施仅有约50

9、0万千瓦，脱硫装机容量占火电总装机容量的2。到2005年底，全国已建成火电脱硫设施超过2亿千瓦，占火电总装机的20，形成200多万吨的脱硫能力。在建火电脱硫设施超过2亿千瓦，建成后可形成800万吨年的脱硫能力。目前国际上已实现工业应用的燃煤电厂烟气脱硫技术主要有：(1)湿法脱硫技术，占85左右，其中石灰一石膏法约占36.7，其它湿法脱硫技术约占48.3：(2)喷雾干燥脱硫技术，约占8.4；(3)吸收剂再生脱硫法，约占3.4；(4)炉内喷射吸收剂增温活化脱硫法，约占1.9；(5)海水脱硫技术；(6)电子束脱硫技术：(7)脉冲等离子体脱硫技术；(8)烟气循环流化床脱硫技术等。以湿法脱硫为主的国家有

10、：日本(约占98)、美国(约占92)和德国(约占90)等。我国目前的经济条件和技术条件还不允许象发达国家那样投入大量的人力和财力，并且在对二氧化硫的治理方面起步很晚，至今国内一些电厂的烟气脱硫装置大部分是从欧洲、美国、日本引进的技术，或者是试验性的，目前国内的电站烟气脱硫行业状况是：1、烟气脱硫国产化依托工程难以得到落实，影响自主创新技术的应用和提高，我国自主创新技术的比例很小，研究时间过长，技术得不到实践检验。不过由于近几年国家环保要求日益严格，脱硫工程是所有新建电厂必须建设的。因此我国开始逐步以国外的技术为基础研制适合自己国家的脱硫技术。2、脱硫技术实际上是工程经验和运行经验积累起来的技术

11、，充分利用全世界的科技成就和实践经验，采用技贸结合方式，高起点引进先进成熟的脱硫技术是实现快速、大规模、经济性烟气脱硫的最佳途径，但是我们在引进项目时大多重硬件，轻软件，忽视消化吸收，对于技贸结合的引进项目，不重视二次开发和创新，致使脱硫技术水平提高缓慢。3、管理不到位，如政府相关部门间缺乏协调，政出多门，同时也缺乏有效应对措施来解决脱硫产业爆炸式发展带来的一系列问题，对脱硫公司的准入门槛太低，造成脱硫公司良莠不齐，对同一家国外公司的同一技术多个脱硫公司重复引进，有的脱硫工程招标不规范，流于形式，或者出现低价恶性竞争的局面。4、对脱硫设施依法监督运行不力，客观上造成部分企业对脱硫设施日常运行缺

12、乏严格管理。解决电力环保问题的途径和手段，归根结底要依靠技术进步。目前而言，电力行业在污染控制技术方面得到了商业化应用的成果。如石灰石一石膏烟气湿法脱硫、烟气循环流化床、水膜除尘脱硫一体化等技术；常规低NOx燃烧技术：燃煤机组的干除灰、干排渣技术和电除尘器提高效率改造技术；20万千瓦机组燃煤电厂袋式除尘技术；灰渣综合利用技术；电厂废水回用技术等等。在烟气脱硫方面，通过技术引进先进技术和工程实践，我国已具备了大型火电机组湿式石灰石一石膏法脱硫工程的设计、建设能力。目前，30万千瓦机组脱硫国产化示范工程正在建设；20万千瓦国产化脱硫工程已建成投产；适合10万20万千瓦规模的中小型火电机组简易脱硫除

13、尘技术已完成工业示范试验。由于我国脱硫工程公司已有能力参与市场竞争，使国内大型火电机组的脱硫工程造价已从34年前由国外承建时的每千瓦800元1200元下降到300元左右，可以说，技术问题已不是制约我国火电厂脱硫的主要因素。 从气体中去除和捕集固态或液态颗粒的设备称为除尘设备，根据除尘机理，目前常用的除尘设备可分为：机械除尘器、电除尘器、袋式除尘器和湿式除尘器等。机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力等）作用使颗粒物与气流分离的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使荷电尘粒沉积在集尘板上，使之从

14、含尘气体中分离出来的除尘装置。袋式除尘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做滤料的空气过滤器，主要用于通风及空气调节方面的气体净化1。本次课程设计主要介绍电除尘器。第 24 页 共 24 页2 锅炉燃烧的相关计算2. 1 设计原始资料锅炉型号：，东方锅炉厂制造；蒸发量：120；出口蒸汽压力：39；燃烧方式：室燃炉（煤粉炉）；所配发电机组功率25；设计耗煤量：14；设计煤成分：CY=66 HY=2 OY=4 NY=1 SY=3 AY=10 WY=14 VY8 属于高硫无烟煤； 排烟温度：； 空气过剩系数1.2；飞灰率； 烟气在锅炉出口前阻力960Pa；污染物

15、排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度300m，90°弯头50个。2. 2 设计计算表1.2 煤成分分析质量分数质量/g物质的量/mol理论需氧量/mol理论烟气量/molCY66%660555555HY2%2020510OY4%402.5-1.250NY1%100.71400.357SY3%300.9380.9380.938AY10%100-00WYVY14%8%140807.778-007.7780（1）理论需氧量为：（2）假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78，则1kg中煤完全燃烧所需要的理论空气量为：即：（3）理

16、论烟气量为：即：（4）实际烟气量为： （5）实际的体积流量为：（6）烟尘浓度为：飞灰率21%（7）SO2浓度为：3 设计方案根据设计课题要求以及燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量，烟尘和二氧化硫浓度，确定净化系统选用电除尘器，湿式石灰石/石灰法烟气脱硫技术。3.1 电除尘器3.1.1电除尘器的工作原理 电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘板上，将尘粒从含尘烟气中分离出来的的一种除尘设备。其原理涉及到悬浮粒子荷电，带电粒子在电场内迁移补集，以及将补集物从集尘表面上清除这三个基本过程 3.1.2电除尘器的特点 除尘效率高； 设备阻力小

17、； 试用范围广； 可处理大量风烟气； 一次性投资较大。3.1.3电除尘器的分类 根据气体流动方式，可分为立式和卧式； 根据阳极板的结构形式，可分为管式和板式电除尘器； 根据清灰方式不同，可分为干式和湿式电除尘器； 根据粉尘在电除尘器内的荷电过程与捕集过程是否分离，可分为单区电除尘器和双区电除尘器； 根据处理烟气温度的高低，可分为常温电除尘器（低于300）和高温电除尘器（高于300）。3.1.4除尘效率的影响因素 粉尘的比电阻； 烟气湿度； 烟气温度； 烟气成分； 烟气压力； 粉尘浓度； 粉尘粒径分布；粉尘密度，粘附力； 粉尘密度，粘附力；设备情况对电除尘效率的影响； a 设备的安装质量； b

18、气流分布。 设备情况对电除尘效率的影响； a 设备的安装质量； b 气流分布。 操作条件对电除尘效率的影响。 a 气流速度； b 振打清灰。3.1.5运行参数的选择与设计表2.2 电除尘器的主要参数主要参数符号单位一般范围总除尘效率驱进速度气流速度长高比板间距比集尘表面积比电晕功率电晕电流密度平均气流速度L/h(烟煤锅炉)（褐煤锅炉） （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，（2） 集尘极比集尘面积f式中：有效驱进速度，取；（3） 集尘极总面积（4） 标况下的实际烟气流量： （5） 其需要的集尘极面积 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

19、实际生产情况，得 取实际集尘极面积为。（6） 实际的集尘极比集尘面积（7） 电除尘器有效截面积式中：气体流速，取（8） 集尘极集板高度则取,取宽高比为1，则集尘极极板宽度。（9） 气体在电除尘器内的通道数n取式中：B集尘极间距，m，取（10） 集尘极总长度取（10）电晕极间距为，则每个板上电晕极根。（11）采用机械振打集尘装置。（12）灰斗倾斜角45°，灰斗高1.8m，出口直径为0.4m，共设三个个灰斗。（13）支架高（14）电除尘器的总高（15）电除尘器的总长应于集尘板的长度相等，为。（16）电除尘器的总宽应于集尘板的长度相等，为。3.2 石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的反应原理及

20、特点3.2.1 石灰石/石灰法湿法烟气脱硫简介 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%3. 2.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的反应原理 用石灰石或者石灰浆液吸收烟气中的SO2，首先生成亚硫酸

21、钙：石灰石：CaCO3+SO2+0.5H2O CaSO3·0.5H2O+CO2石灰：CaO+SO2+0.5H2O CaSO3·0.5H2O然后亚硫酸钙再被氧化为硫酸钙表2.1 石灰石和石灰法湿法烟气脱硫的反应机理脱硫剂石灰石石灰溶解反应SO2（气）+H2OSO2（液）+H2OSO2（液）+H2OH2SO3H2SO3H+HSO3-2H+SO32-SO2（气）+H2OSO2（液）+H2OSO2（液）+H2OH2SO3H2SO3H+HSO3-2H+SO32-解离反应H+CaCO3Ca2+HCO3-CaO+H2OCa(OH)2Ca(OH)2Ca2+2OH-吸收反应Ca2+SO32-

22、+0.5H2OCaSO3·0.5H2OCa2+HSO3-+2H2OCaSO3·2H2O+H+Ca2+SO32-+0.5H2CaSO3·0.5H2OCa2+HSO3-+2H2OCaSO3·2H2O+H+中和反应H+HCO3-H2CO3H2CO3CO2+ H2OH+OH-H2O总反应CaCO3+SO2+0.5H2OCaSO3·0.5H2O+CO2CaO+SO2+0.5H2OCaSO3·0.5H2O3. 2.3 石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的特点优点：技术成熟；除尘脱硫率高，可达90%以上；烟气处理量大；缺点：脱硫设备设备腐蚀，易结垢；除

23、尘器和脱硫设备投资费用高。3. 2.4运行参数的选择与设计 热烟气温度大于，烟气流速在，浆液大于9，石灰/石灰石浆质量浓度在之间，液气比在，气液反应时间，气流速度为，喷嘴出口流速，喷淋效率覆盖率，脱硫石膏含水率为，一般喷淋层为36层，烟气中体积分数为，脱硫系统阻力在.4 脱硫设备设计和计算4.1 参数选择（1) 吸收反应时间 ，一般烟气脱硫时间为，取进行设计；（2) 液气比一般为：，取；（3) 空塔流速一般空塔流速为, 取；（4) 烟囱出口烟气流速，选取；（5) 烟囱椎角通常取，取；（6) 摩擦阻力系数，可查手册得到实际中对金属管道值取；（7) 管道内烟气流速v对于锅炉内烟尘，此处设计取；4.

24、2 脱硫设备结构设计计算（1）喷淋塔内流量计算 假设喷淋塔内平均温度为，压力为则喷淋塔内流量为：式中：喷淋塔内烟气流量， 标况下烟气流量， K除尘器前漏气系数,取（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，则喷淋塔截面为： 塔径为： （3） 喷淋塔高度计算 吸收区高度：工程设计中吸收区高度一般指烟气进口水平中心线到喷淋层中心线的距离。吸收区高度主要通过经验公式求取：吸收区一般设置 个喷淋层，每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴，本设计中设置3个喷淋层，喷淋层间距为，入口烟道到第一层喷淋层的距离为， 最后一层喷淋层到除雾器的距离。 烟气进口高度式中：v烟气入口气速，一般

25、取 L进口宽度，占塔内径d的，取 为使烟气均匀通过，采取如下措施：采用较大的烟气进口宽高比，进口宽度占到塔径的以上；进口向下倾斜；可采取顶部出口垂直向上；可采用长方形塔截面；在塔下部设置多孔板、导流板，对烟气整流。 浆液池高度 浆池容量V1 按气液比浆液停留时间t1,确定式中：液气比，一般为，取 标况下烟气量， 浆液停留时间，一般为,本设计中取值为则浆池容积为： 选取浆池直径等于或略大于喷淋塔，本设计中选取的浆池直径为，然后再根据计算浆池高度：式中：浆池高度, 浆池容积, 浆池直径, 烟气进口底部至浆液面的距离：考虑到浆液鼓入氧化空气和搅拌时液位会有所波动，加之该区间需接进料接管，因此烟气进口

26、底部至浆液面的距离一般定为为宜。本设计取。 烟道入口到第一层喷淋层的距离，取。 最顶层喷淋层到除雾器的距离，取 除雾器高度：单层除雾器的高度范围为，取 除雾器到吸收塔出口的距离，则喷淋塔高度为：5 烟囱设计计算5.1 烟囱高度的设计计算 查相关资料可得，烟囱最低允许高度（1）烟气的热释放率式中：当地大气压力，取 实际排烟量， 烟囱出口处的烟气温度，k 环境大气温度K（2）烟囱直径 取 （3）烟囱抬升高度计算表5.1 系数n0、n1、n2的值 地表状况（平原）农村或城市远郊区1.4271/32/3城市及近郊区1.3031/32/3 地表状况（平原）且农村或城市远郊区0.3322/52/5城市及近

27、郊区0.2923/52/5式中；烟囱有效源高，m； 烟囱出口处平均风速，朔州年平均风速为，取。（4） 烟囱的总高度5.2 烟囱出口内径 1.1为修正系数。 烟囱个数5.3 烟囱底部直径式中：i烟囱椎角，通常取，取5.4 烟囱阻力的计算标准状况下的烟气密度为，则可得在实际温度下的密度为：则烟囱阻力为： 式中：摩擦阻力系数，无量纲，本处取； 管内烟气平均流速，； 烟气密度，； 烟囱长度，； 烟囱直径，。6 管道系统设计及阻力计算管长，弯头个锅炉烟气烟道采用机械通风，气体流速范围，取，除尘器阻力为300Pa。6.1 管径的计算式中：烟气流量，；烟气流速，；为修正系数。6.2 摩擦阻力损失计算 根据流

28、体力学原理，空气在任何横截面形状不变的管道内流动时，摩擦阻力可用下式计算：式中：摩擦阻力系数，无量纲；管内烟气平均流速，；烟气密度，；管道长度，；管道直径，；查阅相关资料的钢管的。代入相关数值得：6.3 局部阻力损失计算烟气管道局部阻力损失可按下式计算：式中：弯头个数；局部阻力系数，无量纲；烟气密度，；管内烟气平均流速，；在烟气管道中一般采用的是二中节二端节型弯头，其局部阻力损失系数，所以管道局部阻力损失为：总阻力损失为：所以系统总阻力：出口前阻力+烟囱阻力+管道阻力+除尘器阻力7 风机电机的选择7.1 风机风量的计算式中：风量备用系数，取； 通过风机前的风量，；7.2风机风压的计算式中 ： 风压备用系数；系统总阻力，；结合风机的风量和风压，选择型锅炉离心引风机表7.1 风机性能参数转速（）流量（）全压（）11096029700706使用上述的风机10台串联进行工作。8 达标分析8.1 排放浓度角度 由第三部分的基础燃烧计算得到在在排烟温度下，二氧化硫的排放浓度，粉尘的排放浓度为。污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中新建排污项目执行，、粉尘的最高排放标准分别为和。转换为标准状况： 故有： =，经过静电除尘器后： 经过湿式脱硫后： 从结果中看出