火电厂锅炉高硫无烟煤烟气电除尘湿式脱硫系统设计

1、中北大学（朔州校区）2012级大气污染控制工程课程设计说明书SG-400/140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，保护我们的大气环

2、境。关键词：烟气排放，湿式脱硫，大气污染，净化I中北大学（朔州校区）2012级大气污染控制工程课程设计说明书目录1 引言11.1 电除尘简介11.2 湿式石灰法脱硫简介12燃烧计算22.1 理论需氧量22.2 理论空气量22.3 理论烟气量22.4 实际烟气量32.5 烟尘浓度计算32.6 SO2浓度计算33净化系统设计方案的分析33.1 净化设备的工作原理及特点33.1.1 电除尘器的工作原理及特点33.1.2 湿式石灰法脱硫的工作原理及特点43.2 运行参数的选择与设计43.2.1 电除尘器运行参数的选择与设计43.2.2 湿式石灰法脱硫运行参数的选择与设计43.3 净化效率的影响因素54

3、尺寸计算54.1 除尘设备结构设计计算54.2 脱硫设备结构设计计算64.2.1 喷淋塔内流量计算64.2.2 喷淋塔径计算64.2.3 喷淋塔高度计算74.2.4 新鲜浆料的确定84.3 烟囱设计计算84.3.1 烟囱的几何高度的计算94.3.2 烟气释放热计算94.3.3 烟气抬升高度计算94.3.4 烟囱直径的计算104.3.5 烟囱高度校核105阻力计算111.1 管径计算111.2 摩擦压力损失111.3 局部压力损失121.4 烟囱阻力计算121.5 系统总阻力计算126 设备选型136.1 风量的计算136.2 风机风压的计算136.3 电机功率的核算137 总结14参考文献15

4、致谢16III中北大学（朔州校区）2012级大气污染控制工程课程设计说明书1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消除，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

5、气体在通过高压电厂进行电离的过程中，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

6、量较小。收集到的粉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SO2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。第1页共19页中北大学(朔州校区)2012级大气污染控制工程课程设计说明书中北大学（朔州校区）2012级大气污染控制工程课程设计说明书它的工作简介是：将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与

7、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%。2燃烧计算以1kg煤燃烧为基础，则表1燃烧成分表重里/g摩尔数/mol需Q量/mol生成物生成物量/molC67055.855.8CO55.8H23235.75H2O11.5O130S351.11.

8、1SO1.1N151.1N20.55H2O452.52.1 理论需氧量（式 2.1 ）（式 2.2）nO2=55.8+5.75+1.1=62.65mol/kg2.2 理论空气量n理论空气=4.78父62.65=299.47mol/kg2.3 理论烟气量理论空气量条件下烟气组成（mol）为：第5页共19页CO2：55.8H2O:11.5 2.5 = 14SO2：1.1N2：0.5562.653.78=237.37理论烟气量为：Vfg=55.8+14+1.1+237.37=308.27mol/kg（式2.3）2.4 实际烟气量Vfg=Vfg+31）n理论空气=380.27+0.35x299.47=

9、413.1mol/kg=9.25m3/kg（式2.4）160C时,烟气量为Vfg273 1603“9.25 = 14.67m /kg273（式 2.5）（式 2.6）2.5烟尘浓度计算已知飞灰率为:3= 3O.7%：AmA -110 30.7%Vfg14.67= 2.3g/m3（式 2.7）2.6SO2浓度计算mSOVfg1.1 64334 67 = 4.8g / m =4800mg/ m（式 2.8）烟气流量Q=14.67411000=601470mN/h=167.1mN/s3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

10、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,气流阻力也小的中北大学(朔州校区)2012级大气污染控制工程课程设计说明书特点。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)

11、 原理：采用石灰/石灰石浆液吸收烟气中的SQ,分为吸收和氧化两个阶段。先吸收生成的亚硫酸钙：1一一一一一1一一一一一石灰石：CaCO3sQH2O=CaSO3L-H2OCO222石灰：CaO+SO2+0.5H20TCaSO30.5H2O然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙。(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问，分布板层数为23层;板

12、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1.02.0m；比集尘极表面积一般为3002400m2/(1000m31min)；集尘板长高比至少为1.01.5。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825L/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

13、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SO2体积分数为4000/10,脱硫系统阻力在25003000P3中北大学(朔州校区)2012级大气污染控制工程课程设计说明书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、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2.1 除尘设备结构设计计算(1)除尘效率的计算：C225.、>1=(1-)x100%1-)x100%=90.2%(式4.1)C12300(2)集尘极的比集尘

14、面积：(式 4.2)(式 4.3)111123=ln()ln()=23.2m/(m/s)1-0.110.902(3) 集尘板总面积:A=Qf=167.123.2=3876.7m2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，参照实际生产情况，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=(1.52.0)M3876.7=5815.-07753.4(式4.4)取A'=7500m2(5) 实际集尘板的比集尘面积为：.(A750023,f=41.9m/(m/s)(式4.5)Q167.1(6) 电除尘器有效截面积：取气流速度v=1.5m/s

15、F=Q=167.1=111.4m24.6)v1.5(7) 集尘板高度为：h=JF=.1KZ=10.55m(式4.7)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；F1114一n=35.2,取n=35(式4.8)Bh0.310.55(9) 集尘板总长度；（式 4.9）l=-A-=7500=10.2m,取l=11m2nh23510.55(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

16、.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,则喷淋塔内烟气流量为:Qv = Qs273- 1324273 Pa= 167.1273 80 101.3242731503（1 0.05）=153.2m /h（式4.10）式中：Qv喷淋塔内烟气流量，m3/h；Qs一标志下烟气流量，m3/h；K一除尘前漏气系数，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=%v 3=55.7m2（式 4.11 ）则塔径d为：取塔径 D0=8500mm。4.2.3喷淋塔高度计算d=J;冷47=8.4m（式

17、4.12）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：（式 4.13）H1=vt=3M=12m(2)除雾区高度除雾器设计成两段。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最上层(3.43.5)m。则取除雾区高度为：H2=3.5m(3)浆池高度浆池容量V1按液气比浆液停留时间G确定：V1=L/GMQMt1=15X10-3>601470X6=902.2m3(式4.14)60式中：L/G一液气比,取15L/m3；Q一标况下烟气量，m3/h;t一浆液停留时间，取6min；第

18、9页共19页选取浆池直径等于或略大于喷淋塔”，本设计中选取的浆料直径）为9m，然后再根据V1计算浆池高度：4Vi4902.2h0=-2-=2=14.2m（式4.15）二D03.149式中：ho一浆池高度，m;M一浆池容积，m3;D0一浆池直径，m。从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.82m。本设计中取为2m。（4）喷淋塔高度喷淋塔高度为：Ht+H2+h0=12+3.5+14.2=29.7m（式4.16）4.2.4新鲜浆料的确定CaOsSQg）2HQi=CaSOL?HO21mol1mol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：._._

19、3_1.10.514X03=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：H=Hs+AH（式4.17）式中：H烟囱的有效高度，m；第15页共19页中北大学（朔州校区）2012级大气污染控制工程课程设计说明书也一烟囱的几何高度，m；H烟囱抬升高度，m。4.3.1 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Hs为60m4.3.2 烟气释放热计算Qh=0.3P,xQvT（式4.18）Ts式中：QH烟气热释放率，kW;Pa

20、一大气压力，取邻近气象站年平均值；Qv一实际排烟量，m3/sTs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P=978.4kPaT=Ts-Ta=433293K40（式4.19）Qv=167.1273*160父101.324M（1+0.05）=188m3/h（式4.20）273150-140,、Qh=0.35978.4188X-=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=n0QHn1Hsn2U”（式4.22）式中：n0,n1,n2一系数，口取0.6,快取

21、0.4,n0取0.292,则：烟囱有效源高1.H=0.2921696260=129.5m4H=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=7.52m2v25则烟囱的平均直径d为:d=47.523.14=2.8m取烟囱直径为D=3000mm,校核流速v得:-Qv1884V=亍=21.7m/s1.23.1432-d44.3.5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氧化硫排放的排放速率:vso,=?soQv=192188-29.4g

22、/hSC2SO2v-2vSO2yr=max2二uH2ez（式4.23）（式4.24）（式4.25）（式4.26）（式4.27）（式4.28）（式4.29）式中:J一为一个常数，一般取0.51,此处取0.6;.zH烟囱有效源高;max229.43600320.6-0.103r6g/m3.14418952.718中北大学（朔州校区）2012级大气污染控制工程课程设计说明书国家环境空气质量二级标准日平均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

23、则管径的为：d =18.8, Q =18.8153.2 36004030 mm12（式 5.1 ）取管径D为4m,校核流速为:153.2 43.14 42= 12.2m/s（式 5.2）5.2 摩擦压力损失已知l=550m,温度为1000c下烟气浓度为0.950kg/m1则.:v2P=l-L（式5.3）d2式中：P一摩擦压力损失，Pa；l一管段长度，m；九一摩擦阻力损失系数；v一管道内气体的平均流速，12m/s;Rs一管道的水力半径，m；P烟气浓度，0.950kg/m3；1取一=0.040m,则：dPi0.95122=5500.04=1504.8Pa5.3局部压力损失已知90°弯头7

24、5个，设其标准弯头式中:=（式 5.4）R一局部压力损失，Pa；n一弯头个数，75;巴一局部压力损失系数，襄0.35;P烟气浓度，0.950kg/m3；v一管道内气体的平均流速，12m/s;=_20.9512/pm=750.35=1795.5Pa2则管道系统阻力=Apl+Apm=1504.8+1795.5=3300.3Pa（式5.5）5.4 烟囱阻力计算已知烟囱高度h=189.5m,取-=0.056m_L,P=0.950kg/m3,WJ;dPo2095122=189.50.056-=725.8Pa5.5 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880P

25、a,电除尘器的阻力为250Pa,引风机阻力取500Pa,则系统总阻力为：系统总阻力二炉系统阻力+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=6716.1Pa中北大学（朔州校区）2012级大气污染控制工程课程设计说明书6设备选型6.1风量的计算Q0 =1 . Q（式 6.1 ）式中:Q0 通风机风量,m3/h;Q一管道系统的总风量，m3/h ;Q0 =1.1 153.2 3600 =6.1 105m3/h6.2 风机风压的计算HY -1. 2% h（式 6.2）式中:HY一通风机风压，Pa；h Ah 一系统总阻力，Pa；实况下的风机风压:HY =1.2 6716.1 =8059.32Pa根据Qo和Hy选定Y4-73-11锅炉用离心通风机。6.3 电机功率的核算NeQoHy ：Q0 Y（kW）3600L1000 1 2（式 6.3）式中:Q0风机风量，m3/h;Hy一风机风压，Pa；2一风机在全压头时的效率，此处取0.7;%机