某燃煤采暖锅炉烟气除尘脱硫系统设计

1、学号密级2009022103哈尔滨大学本科生毕业论文某燃煤采暖锅炉烟气除尘脱硫系统设计院(系名称:航天与建筑工程学院专业名称:建筑环境与设备工程学生姓名:指导教师:哈尔滨大学2013年6月某燃煤采暖锅炉烟气除尘脱硫系统设计哈尔滨大学学号密级2009022103某燃煤采暖锅炉烟气除尘脱硫系统设计The Flue Gas Dust Removal and Desulphurization System Design of a Coal-fired Heating Boiler学生姓名:所在学院:航天与建筑工程学院所在专业:建筑环境与设备工程指导教师:职称:所在单位:哈尔滨大学论文提交日期:2013

2、年6月论文答辩日期:2013年6月学位授予单位:哈尔滨大学某燃煤采暖锅炉烟气除尘脱硫系统设计摘要随着工业的日益发展,环境污染越来越严重,人们赖以生存的生产和生活环境遭到严重破坏。而破坏环境的首恶之一正是由SO2的大量无限制排放所造成的酸雨。SO2的排放源主要是工业、电力以及人们的日常生活。而依据资料,我国存在大量的采暖锅炉未安装脱硫系统对锅炉烟气进行脱硫处理的基本国情。本文采用系统相对简单的简易湿法对某燃煤采暖锅炉烟气脱硫系统进行了设计。本文首先对烟气除尘方式及设备作了确定;然后对各种脱硫方式及其研究现状进行了简单的介绍;而后重点介绍了简易石灰石/石膏湿法脱硫系统,并对其作了物料平衡计算和热平

3、衡计算,确定了脱硫烟气量、再热烟气量及吸收塔出口温度等重要参数;最后对简易石灰石/石膏湿法脱硫系统进行了简单的设备选型计算及选型,并对系统进行了总体布置设计。关键词烟气脱硫系统设计;湿法烟气脱硫;物料平衡计算;热平衡计算I哈尔滨大学本科生毕业论文ABSTRACTWith the development of industry, environmental pollution is getting worse, the production and living environment that people depend on has been seriously damaged. And o

4、ne of the criminals damaging to the environment is acid rain that caused by unlimited mass emissions of SO2. emissions source of SO2 is mainly industrial, power and peoples daily lives. But According to information available,there is a Basic national condition that a large number of boilers were not

5、 installed flue gas desulphurization system on boiler desulfurization process. This article is a design on simple limestone-gypsum wet flue gas desulfurization system of a coal-fired heating boiler.This article first determines the way of getting rid of the flue gas dust and the devices; then there

6、were introductions on various desulfurization way and research status ; then the focus introductions on simple limestone-gypsum wet method desulfurization system, and its calculation of material balance and heat balance,determines desulfurizations flue gas volume, flue gas volume of reheating,the ex

7、port temperature of absorption tower, and a series of important parameters,etc; last for simple of device selection calculation and the selection on simple limestone-gypsum wet method desulfurization system, and design of overall layout on system.Key words design of flue gas desulfurization system;

8、wet flue gas desulfurization; material balance calculation; heat balance calculation某燃煤采暖锅炉烟气除尘脱硫系统设计目录摘要. I ABSTRACT . II 第1章绪论. (11.1 课题背景 (11.2 煤中硫的分布及其脱除方法 (11.2.1 煤中硫的分布 (11.2.2 煤中硫的脱除方法 (21.3 国内外现状 (21.4 几种烟气脱硫工艺简介 (31.4.1 湿法烟气脱硫技术 (31.4.2 其它烟气脱硫技术 (31.5 研究目的及意义 (41.6 本章小结 (5第2章烟气除尘 (62.1 概述 (

9、62.2 烟气除尘技术 (62.3 除尘器选型 (82.3.1 烟气的含尘浓度和SO2浓度计算 (82.3.2除尘器选型 (92.4 本章小结 (11第3章简易石灰石/石膏湿法烟气脱硫设计计算 (123.1 概述 (123.1.1 石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺 (123.1.2 简易石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺简介 (123.1.3 简易石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺系统介绍 (123.2 烟气侧物料平衡计算 (143.2.1 本计算的一些假设及说明 (143.2.2 比热容和比焓计算 (16哈尔滨大学本科生毕业论文3.2.3 系统入口1处的烟气成分体积 (203.2.4 增压风机入口及出口处和

10、吸收塔入口烟气成分体积 (223.2.5 氧化风机入口和出口处的氧化空气成分体积 (223.2.6 吸收塔烟气平衡及塔出口处和再热器入口处烟气成分体积 (233.2.7 热器烟气平衡及其出口处和加热烟气入口处烟气成分体积 (273.3 浆液侧物料平衡计算 (313.3.1 本计算的一些假设及说明 (313.3.2 制浆系统物料平衡计算 (323.3.3 初级石膏旋流器系统物料平衡计算 (343.3.4 工艺水系统的物料平衡 (423.4 脱硫系统的热平衡计算 (433.4.1 本计算的一些假设及说明 (433.4.2 石灰石制浆系统的热平衡 (433.4.3 烟气在烟道内的热平衡 (453.4

11、.4 吸收塔体内的热平衡 (463.5 小结 (50第4章脱硫系统的主要设备及其选型 (514.1 概述 (514.2 吸收塔本体及其内部喷淋系统的选型计算 (514.2.1 喷淋塔的结构尺寸设计 (524.2.2 喷淋塔的结构形式设计 (554.2.3 喷淋塔本体的结构设计结果 (564.2.4 喷淋系统和喷嘴 (574.2.5 除雾器 (604.3 风机与泵的选型计算 (604.3.1 脱硫增压风机的选型与计算 (604.3.2 浆液循环泵的选型计算 (644.3.3 氧化风机的选型计算 (654.4 工艺容器的选型与计算 (674.4.1 设计工艺容器的一般要求 (674.4.2 系统中

12、主要工艺容器的选型计算 (68某燃煤采暖锅炉烟气除尘脱硫系统设计4.5 其它设备的选型与计算 (714.5.1 烟道挡板门的选型计算 (714.5.2 搅拌器的选型原则 (724.5.3 浆液管道和阀门的选型原则 (724.6 主要管道的管径计算 (724.7 小结 (73第5章脱硫系统整体布置 (745.1 脱硫系统平面布置的一般原则 (745.2 脱硫系统的整体布置 (755.3 本章小结 (76结论 (77参考文献 (78攻读学士学位期间发表的论文和取得的科研成果 (80致谢 (81附录 (82第1章绪论1.1 课题背景长期以来,在我国能源生产与消费结构中煤炭一直占主导地位,在今后可预见

13、的相当长的时期内,煤炭仍将是我国的主要能源,其在能源结构中的主导地位不会改变。我国巨大的能源消费规模及以煤为主的能源消费结构引起的环境污染己使我国本就脆弱的生态环境不堪重负。我国的能源环境问题的严重性不仅在于现在的污染,更重要的是未来潜在的能源需求增长对环境造成的巨大压力1。目前我国城市大气污染状况十分严重。根据世界卫生组织和世界银行等组织的监测结果,全球污染最严重的10个城市中国有8个,全球大气污染最严重的20个城市中国有10个2。2002年,在国家监测的343个城市中,达到或优于国家空气质量二级标准、达到三级标准和劣于三级标准的城市约各占三分之一。二氧化硫平均浓度未达到国家空气质量二级标准

14、的城市约占22%,其中,超过国家空气质量三级标准的城市约占8%,而大气中SO2年日平均浓度超过三级标准(100mg/m3则高达62%。南方地区酸雨污染较重,酸雨控制区内90%以上的城市出现了酸雨,全国酸雨面积占国土面积的30%,每年因酸雨和SO2污染造成的损失高达1100多亿元3。以煤为主的能源消费结构及其他方面的原因,致使我国面临严重的大气污染,特别是二氧化硫污染,造成了巨大的经济损失,严重影响了国民经济的发展和人民群众的正常生活。进入上个世纪90年代,我国政府开始对SO2和酸雨污染问题有所重视。1995年8月,全国人大常委会通过了修订的中华人民共和国大气污染防治法,规定在全国划定酸雨控制区

15、和SO2控制区,并在“两控区”内强化污染控制4。进入21世纪,随着人们环境保护意识的增强, 改良大气环境、削减SO2排放和控制SO2污染正逐渐称为社会共识,我国已把煤炭脱硫列为洁净煤技术(Clean Coal Technol- ogy, 简称CCT的研究项目,煤炭脱硫问题是目前及未来相当长时间内我国环境保护的重要研究课题之一,解决它具有重大的现实意义。1.2 煤中硫的分布及其脱除方法1.2.1 煤中硫的分布硫在煤炭中的赋存状态与煤炭脱硫有着密切的关系。按照其赋存状态,煤炭中的硫分为有机硫和无机硫。其中有机硫包括硫醇、硫醚和噻酚硫等,约占全硫含量的6070%;无机硫包括黄铁矿硫、硫酸盐硫和单质硫

16、等,约占全硫含量的3040%。黄铁矿(FeS2硫是煤炭中硫的主要组成部分5。1.2.2 煤中硫的脱除方法按照脱硫工序在煤炭利用过程中所处阶段的不同, 煤炭脱硫可以分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫。国内外目前普遍采用的是燃烧后脱硫5。1、燃烧前脱硫煤炭燃烧前脱硫是指在煤炭燃烧前就将其中的硫分脱去, 避免燃烧中硫的形态改变, 减少烟气中的SO2含量, 减轻尾部烟道的腐蚀, 降低运行和维护费用。煤炭燃烧前脱硫的方法主要有物理脱硫法、化学脱硫法和生物脱硫法等5。2、燃烧中脱硫煤炭燃烧中脱硫(固硫是在采用低温沸腾床层燃烧(800850的过程中,向炉内加入固硫剂如CaCO3、CaO或MgO等粉末,使

17、煤中的硫转化成硫酸盐,随炉渣排出5。3、燃烧后脱硫煤炭燃烧后脱硫又称烟气脱硫(Flue Gas Desulphurization,FGD,是指对燃烧后产生的烟气进行脱硫。燃烧后脱硫的脱硫工艺有很多种,比较典型的脱硫工艺有石灰石/石膏法、喷雾干燥法、和氨法等。FGD 法虽然工艺复杂,运行费用高,但是其处置技术上比较成熟,脱硫率可高达90%。此法已投入工业运行,是目前世界唯一大规模商业化应用的脱硫方式5。1.3 国内外现状烟气脱硫(Flue Gas Desulfurization,FGD是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫工艺,是控制酸雨和SO2污染最有效和最主要的技术手段。世界各国对烟气脱硫都

18、非常重视,并已经开发出数十种行之有效的脱硫技术,其基本原理都是以一种碱性物质(脱硫剂作为吸收剂来吸收除去烟气中的SO2。按脱硫剂的种类,烟气脱硫技术可划分为如下几种方法:(1以CaCO3(石灰石为基础的钙法;(2以MgO为基础的镁法;(3以Na2SO3为基础的钠法;(4以NH3为基础的氨法;(5以有机碱为基础的有机碱法。世界上普遍使用的商业化技术是钙法,其占烟气脱硫的比例在90%以上。除了按脱硫剂的种类进行分类外,还有两种重要的分类方法:一种是根据脱硫过程是否有水参与以及脱硫产物的干湿状态,分为湿法、干法和半干(半湿法;另一种是根据脱硫产物的用途,分为抛弃法和回收法,在我国,抛弃法一般指钙法,

19、而回收法则多指氨法6。1.4 几种烟气脱硫工艺简介目前世界上已实现工业化应用的燃煤烟气脱硫技术有:湿法烟气脱硫技术,占比90%左右,其中石灰/石膏法约占36.7%,其它湿法脱硫技术约占48.3%,以湿法脱硫技术为主的国家有日本(约占98%、美国(约占92%及德国(约占90%等;喷雾干燥脱硫技术,约占8.4%;吸收剂再生脱硫法,约占3.4%;炉内喷射吸收剂/增温活化脱硫法,约占1.9%;海水脱硫技术;电子束脱硫技术;脉冲等离子体脱硫技术和烟气循环流化床脱硫技术等7,8。1.4.1 湿法烟气脱硫技术湿法烟气脱硫(WFGD是指液体或浆状吸收剂在湿状态下脱硫和处理脱硫产物。该法具有脱硫反应速度快、脱硫

20、效率高等优点。但其存在的结垢及烟气温降等问题也亟待解决9。湿法烟气脱硫的脱硫系统位于除尘器之后烟囱之前。其特征是:脱硫反应过程的温度低于露点,净烟气需再热后才能排出;脱硫反应是气液反应,反应速度快,脱硫效率高,吸收剂利用率高,如以石灰做脱硫剂,当钙硫比为1时,即可达到90%的脱硫率;存在废水处理等问题,且初投资大,运行费用也较高。目前,比较成熟的湿法烟气脱硫技术技术主要有:钙法、镁法、双碱法、氨法和海水脱硫法等9。1.4.2 其它烟气脱硫技术湿法烟气脱硫技术占据了世界脱硫市场份额的90%以上,其它的份额为其它烟气脱硫技术所占据,虽然这些技术的市场份额很小,但有其存在的价值。1、喷雾干燥法此种工

21、艺,脱硫剂经过预先浆化后通过泵送至雾化器,边蒸发边和烟气中的SO2反应,生成的干态反应产物随烟气进入除雾器;在除雾器中分离出来飞灰和干态反应产物,部分被送回制浆系统再循环。喷雾干燥法常用于燃用含硫量小于2%的低硫煤的锅炉和循环流化床锅炉。此种方法的脱硫效率一般不高于70%,而且高速旋转的喷头也极易损坏,可靠性较差,因而很少被采用。2、炉内喷钙尾部增湿活化法此法除了炉内喷入石灰石粉外,还在电除尘器之前增设一活化反应器。水从活化反应器上部喷入,并随烟气进入活化反应器中,未反应的CaO遇水反应生成Ca(OH2,进而在活化反应器中脱除烟气中剩余的SO210。3、电子束烟气脱硫技术电子束烟气脱硫技术不会

22、产生二次污染,并能实现资源的综合利用,其基本特征为:能同时脱硫和脱硝,且脱除率分别达90%和80%以上;处理过程为干法,不产生废水和废渣;副产品硫铵和硝铵可作为化肥使用;工艺流程简单、系统运行可靠、操作方便、无堵塞、腐蚀以及泄漏等问题,对负荷变化的适应能力强;净烟气无需再热,可直接排放;占地面积小,仅为常规方法的1/21/3,投资及运行费用也均低于常规方法;脱硝时不必使用价格昂贵的脱硝催化剂11,12。4、海水烟气脱硫技术海水法主要是利用海水中所含的天然碱度去中和烟气中的SO2。海水中的碱度主要由其中所含的钙、镁及碳酸盐等组成,其使海水呈pH值为7.58.5的微碱性,因此可与烟气中的SO2反应

23、从而将其脱出13。此法是一种投资少、运行费用低、易管理的脱硫工艺,仅适用于燃煤含硫量不高,并以海水为循环冷却水的锅炉。其适用的烟气中SO2浓度在216500mg/L之间,其吸收塔有填料塔和喷淋塔两种,脱硫效率可达80%99.5%。1.5 研究目的及意义本设计为某燃煤采暖锅炉烟气除尘脱硫系统设计,根据除尘脱硫系统设计的基本要求和原则,设计首先对需要进行湿法脱硫的某燃煤采暖锅炉脱硫系统进行了物料平衡与热平衡的计算,这其中包括烟气侧和浆液侧的物热平衡计算。其次根据物热计算所得的各设备入口流量和温度,对设备进行选型计算,其中选型的设备主要有烟气挡板门、脱硫增压风机、吸收塔、喷嘴、浆液循环泵等。最后通过

24、对各设备型号的确定,设计计算出连接这些设备所需管路的管径,进行整体规划,完成整个脱硫系统管路的布置。整个设计力求技术成熟、计算准确、设备选型准确恰当、工艺流程布置流畅、初投资和运行维护费用低。通过本次设计,学习了解锅炉烟气脱硫的基本技术、工艺设计内容、程序和基本原则,熟悉设计计算方法和步骤,能够根据实际情况进行多种脱硫方案的拟定并进行比较选择最优方案,解决工程设计中的实际问题。1.6 本章小结本章对烟气脱硫背景及世界上煤炭的脱硫现状和烟气脱硫技术进行了简易的介。目前,我国日益严峻的环境形势越来越引起普通百姓的广泛关注,国家及政府也在不断地研究出台相关的法律法规和政策来控制控制燃煤过程中的污染物

25、生成,并减少其排放量,我国对烟气排放的标准也越来越高。对于一个以煤炭为主要能源的国家,开发先进的脱硫技术对我国有着很重要的现实意义。下一章将对烟气除尘常用的方法做简要的介绍,并确定除尘器的种类及型号。第2章烟气除尘2.1 概述伴随着我国工业几十年的发展,工业废气排放量逐年上升,致使我国大气环境严重恶化,经济可持续发展与生态环境矛盾日益突出。2010年我国工业烟尘排放量为603. 2吨,占总烟尘排放量的73%;工业粉尘的排放量为448. 7吨,工业烟气已成为我国大气环境污染的罪魁祸首之一14。我国工业化的脚步仍将继续快速迈进,大气环境面临着污染物排放持续增加的压力。日益严重的大气环境污染,直接影

26、响着人们尤其是工业城市居民的生活质量和身体健康,已严重制约着我国经济的可持续发展及和谐社会的建立。因此,加强大气污染物排放源的治理,改善空气环境质量,是改善民生、实现可持续发展的必然选择14。2.2 烟气除尘技术除尘技术就是利用两相流动的气固或液固分离原理(包括重力分离、惯性力分离、离心力分离、库仑力分离、过滤等捕集气体中的固态或液态颗粒物。目前,烟气除尘技术的种类主要有:旋风除尘、湿法除尘、静电除尘、过滤除尘等,常用的除尘装置有机械式除尘器、湿式除尘器、静电除尘器、过滤式除尘器。1、机械式除尘器机械式除尘器是利用重力、惯性力和离心力作用使粉尘与气流分离沉降的装置,包括重力沉降室、惯性除尘器和

27、旋风除尘器等。重力沉降室和惯性除尘器属于低效除尘器,旋风除尘器属于中等效率除尘器15。(1重力沉降室重力沉降室可分为层流式沉降室和湍流式流沉降室。重力沉降室结构简单、造价低、便于维护管理、压力损失小,可处理高温烟气;其主要缺点是沉降小颗粒的效果低,且体积大,一般只能除去50m 以上的颗粒,占地面积大。重力沉降室只能用作高效除尘装置的预除尘装置,除去较大和较重的粒子15。(2惯性除尘器惯性除尘器是使含尘气流冲击在挡板上,气流急剧地改变方向,借助粉尘粒子的惯性作用使其与气流分离并被捕集的一种装置。含尘气流冲击或方向转变前的速度越高,方向转变的曲率半径越小,除尘效率越高,但阻力也随之增大15。(3旋

28、风除尘器旋风除尘器是使含尘气流作旋转运动,利用离心力将颗粒从气流中分离并捕集下来的装置。切向入口的旋风除尘器,颗粒沿圆筒壁旋转下降,通过排尘口进入下部的卸尘装置,净化的气体通过排气管排出。旋风除尘器一般用来捕集515 m 以上的颗粒物,除尘效率可达80 % ,其主要缺点是对捕集 5m 颗粒的效率不高。旋风除尘器的效率主要受到二次效应、比例尺寸和烟尘的物理性质等的影响。2、湿式除尘器湿式除尘器是利用液滴或液膜洗涤含尘气流使粉尘与气流分离沉降的装置。湿式除尘器有水膜除尘器、喷淋塔、文丘里洗涤器冲击式除尘器和旋流板塔等。其基本原理为:利用水形成的液膜或液滴与尘粒发生惯性碰撞、扩散效应、黏附等作用,从

29、而达到捕集、分离烟气中的尘粒的目的。湿式除尘器能有效地除去直径为0.120微米的液态或固态尘粒,同时能去除部分气态污染物,除尘效率较高15。(1喷雾塔洗涤器也叫喷淋式除尘器,是湿式除尘器中最简单的一种。喷雾塔洗涤器的工作原理为:含尘气流自下而上运动,与从顶部喷嘴喷出的液滴相接触,粉尘颗粒与液滴之间通过惯性碰撞和粉尘因加湿而凝聚等作用而被捕集、除去。当气体流速较小时,夹带了颗粒的液滴因重力作用而沉于塔底,净化后的气体经去除夹带的细小液滴由顶部排出。喷雾塔洗涤器的主要特点是结构简单、压力损失小,一般为250500 Pa,操作方便,运行稳定,适用于捕集粒径较大的颗粒。(2旋风洗涤器旋风洗涤器又叫湿式

30、离心力除尘器,其为在干式旋风除尘器内部设置相应的喷嘴,而构成的湿式洗涤器。其主要除尘机理是离心分离、惯性碰撞、截留等。立式旋风水膜除尘器的工作原理是:筒体内壁形成一层很薄的不断下流的水膜,含尘气流由筒体下部进入,旋转上升,尘粒在离心力作用下被甩向壁面而被水膜黏附捕捉,之后随水流沿壁面流下排走。旋风洗涤器能有效地防止粉尘在器壁上的反弹、冲刷引起的二次扬尘,从而提高了除尘效率。其除尘效率一般为90%95%,适合于处理烟气量大和含尘浓度高的场合。3、静电除尘器静电除尘器中的含尘气体在通过高压电场电离时,尘粒荷电在电场力作用下,尘粒沉积于电极上,从而使尘粒与含尘气体相分离的一种除尘设备。它能有效地回收

31、气体中的粉尘,以净化气体。各种电除尘器由于具有效率高、阻力低、能适用于高温和除去细微粉尘等优点,获得了比其他除尘器更快的发展,但投资大16。4、过滤式除尘器目前,袋式除尘器是使用最多的过滤式除尘器。其除尘效率高,对亚微米级粉尘也有很高的除尘效率,不会造成二次污染,且便于直接回收干料。尤其是近年来,袋式除尘器在大气污染的治理方面作出了巨大贡献,在国内外及多领域应用越来越广,已占除尘设备的80%17。当今国内,焦化、钢铁、有色行业袋式除尘系统的使用比例已达到95%左右;水泥行业通过结构调整,袋式除尘系统使用比例已达到80%左右;电力行业袋式除尘系统的应用比例已达到将近30%。通过对各类除尘器的比较

32、分析,再结合相关的详细资料知道,袋式除尘器的初投资和后期运行管理费用都不是很高,并且具有良好的除尘性能和效率,运行管理也很方便。所以,本设计的除尘器选用袋式除尘器。2.3 除尘器选型2.3.1 烟气的含尘浓度和SO 2浓度计算1、烟气量计算在对煤燃烧产生的烟气量进行计算时,通常将空气和烟气均看做理想气体。另外,计算时以1kg 煤为单位18。锅炉参数见附表A1。1kg 煤完全燃烧所需要的理论空气量为:ar ar ar ar k O H S C V 0333.0265.0+375.0+0889.0=0-( (2-1式中 ar C 煤的收到基中碳元素的质量分数,%;ar S 煤的收到基中硫元素的质量

33、分数,%;ar H 煤的收到基中氢元素的质量分数,%;ar O 煤的收到基中氧元素的质量分数,%。kg/m 92.4=13.50333.015.3265.0+76.0375.0+59.470889.0=30-(k V 1kg 煤完全燃烧所需要的实际空气量为:0=k k V V (2-2式中 过量空气系数,最佳值约为1.21.3。kg /m 9.5=92.42.1=3k V1kg 煤完全燃烧产生的理论烟气量为:00y 0161.0+0124.0+111.0+008.0+79.0+375.0+01866.0=k ar ar ar k ar ar V M H N V S C V ( (2-3式中 a

34、r N 煤的收到基中氮元素的质量分数,%;ar M 煤的收到基中水的质量分数,%。kg/m 28.5=92.40161.0+50124.0+15.3111.0+87.0008.0+92.479.0+76.0375.0+59.4701866.0=30(y V 1kg 煤完全燃烧产生的实际烟气量为:0010161.1+=k y y V V V -( (2-4kg /m 28.6=92.412.10161.1+28.5=3-(y V2、烟气含尘浓度烟气中的含尘浓度按下式计算:yarsh V Ad C =chen(2-5 式中 sh d 排烟中飞尘占煤不可燃成分的质量分数,取20%;ar A 煤中不可

35、燃成分的含量;y V 标准状态下实际烟气量。33m /mg 9580=m /kg 01197.0=28.63759.016.0=chen C3、烟气中SO 2浓度烟气中的SO 2浓度按下式计算:yarSO V S C 2=2(2-6 式中 ar S 煤中硫的质量分数;y V 标准状态下实际烟气量。33m /mg 2420=m /kg 00242.0=28.60076.02=2SO C2.3.2除尘器选型1、除尘效率除尘器的除尘效率按下式计算:C C s-1=(2-7式中 C 标准状态下烟气含尘浓度;C S 国家锅炉大气污染物排放标准规定标准状态下锅炉烟尘最高允许排放浓度,一类区80mg/m 3

36、。%16.99=1058.9801=3- 2、除尘器的选择单台锅炉的耗煤量为12.47t/h ,则标准状态下的烟气流量y V Q 31047.12= (2-8s/21.8m =h /m 6.78311=28.61047.12=333Q实际工况下的烟气流量TT Q Q = (2-9 式中 T 工况下烟气温度,417K ;T 标准状态下温度,273K 。s /33.2m =h /m 8.119618=2734176.78311=33Q 根据实际工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定除尘器:选择山东潍坊天洁环保科技有限公司的“DFC 脉冲袋式除尘器”中的DFC-672型除尘器。产品的技术参

37、数见表2.1。表2.1 除尘器的技术参数 DFC 脉冲袋式除尘器的特点:(1过滤风速一般为0.5-1m/min ,滤袋使用寿命较长;(2尘器采用5-10米的大长袋,使单位过滤面积所需的占地面积较小;(3适于大流量烟尘、粉尘处理;(4设备故障率低,操作、维护简单容易,费用低;(5分室停风逆气流三状态清灰,清灰效果好。第2章烟气除尘2.4 本章小结本章内容简要介绍了目前我国所面临的严重的粉尘污染状况、主要除尘技术及除尘器种类,最后确定了本设计采用的除尘器种类和型号。第3章将对简易石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺作详细的介绍,之后进行设计过程参数计算,它是本设计最重要、最核心的内容,相关过程参数计算得是

38、否准确合理,将直接关系到第4章脱硫塔的设计和相关设备的选型,并最终影响整个脱硫系统的设计、施工、以及后期的运行使用。哈尔滨大学本科生毕业论文第3章简易石灰石/石膏湿法烟气脱硫设计计算3.1 概述3.1.1 石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺该工艺的主要反应是在吸收塔中进行的,送入吸收塔的吸收剂石灰石(石灰浆液与进入吸收塔的烟气接触混合,烟气中的二氧化硫与吸收剂浆液中的碳酸钙以及鼓入的空气中的氧气发生化学反应而被除去,生成二水硫酸钙。脱硫后的烟气依次经过除雾器除去雾滴、烟气再热器加热升温后经烟囱排入大气19,20。石灰石/石膏湿法烟气脱硫是目前烟气脱硫最广泛使用的方法,因为其SO2脱除效率高,系统可靠

39、,原料实用、价格低廉。石灰石一般比其他脱硫剂便宜很多,因此它在湿法烟气脱硫界很受欢迎21。3.1.2 简易石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺简介正规的石灰石/石膏湿法烟气脱硫虽然脱硫效率高,脱硫剂利用效率高,脱硫副产品品质也高,但其系统既复杂又昂贵,运行维护费用也较高。这对于小型锅炉和老旧锅炉的脱硫,无论是从经济效益考虑,还是从综合效益考虑,都是不合适的。为了解决这一问题,有人提出了对正规系统的简化这一措施,经过可行性验证后,简易石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺成为正规脱硫系统的一个不错的替代方案。简易石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺,是在正规的石灰石/石膏湿法脱硫工艺基础上进行合理简化的工艺。其简化措施包

40、括:对于烟气系统,可以取消造价昂贵而且运行和维护费用都很高GGH,转而采用热空气、热烟气混入法,蒸汽加热法和直接燃烧加热法等方法再热净烟气,另外还可取消脱硫增压风机而通过改造锅炉引风机来克服系统阻力;对于制浆系统,可采用外购石灰石粉制浆而取消石灰石粉碎系统;对于石膏处理系统,可将石膏直接排入灰场而取消石膏和废水处理系统。虽然此法的投资、运行费用和占地都大大减少,但是由于保存了正规石灰石/石膏湿法脱硫工艺的核心内容,其脱硫效率、煤种适用性和运行的安全可靠性也都和正规系统相差无几。3.1.3 简易石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺系统介绍简易石灰石/石膏湿法脱硫系统主要工艺流程简图见图3-1。锅炉尾部烟

41、气被引风机第3章简易石灰石/石膏湿法烟气脱硫设计计算引出后,首先通过其后部的烟道进入增压风机升压(如果锅炉引风机可以改造,则可取消增压风机;然后,压力得到提高的烟气进入喷淋塔入口烟道,在入口处进行预喷淋初步降温;紧接着,烟气进入喷淋塔,并在塔内上升过程中与经过喷淋层喷嘴喷淋雾化后的浆液滴相接触,发生脱硫反应;完成脱硫反应,上升到塔顶部的烟气,再经过除雾器除雾,变成湿饱和净烟气,从吸收塔流出口进入净烟道;最后,经过热空气、热烟气或其它加热介质的再热,净烟气的温度升到80以上,并通过尾部烟道进入烟囱排放。简化的脱硫工艺系统主要包括:石灰石浆液配置系统、烟气系统、SO2吸收系统、石膏排出系统、工艺水

42、系统、压缩空气系统、电气系统和控制系统等。1、石灰石浆液制备与供应系统外购的石灰石粉由车运入厂内,用人工或其他的方法将原料卸入堆放区内,由斗式提升机将定量的原料送入石灰石粉仓;再由计量给料机和输送机送到浆液池;然后在浆液池中与工艺水系统提供的工艺水搅拌混合均匀,制成石灰石浆液;最后通过浆液泵输送至吸收塔喷淋系统或氧化池。2、烟气系统原烟气通过系统的入口烟道挡板门进入脱硫系统,再经脱硫增压风机升压后(或直接经管道,从位于吸收塔下部大概1/3处的入口进入塔内;在塔内,经过喷淋系统洗涤脱硫后的净烟气,在除雾器处除去携带的雾滴,从吸收塔出口排入系统的出口烟道:然后,湿饱和净烟气被再热至80以上,从净烟

43、气出口挡板门进入原烟道,最后通过烟囱排入大气。另外,为了锅炉机组的正常、稳定和安全运行,需要设置旁路烟道并在其上装设挡板门,当锅炉启动和FGD装置故障停运时,烟气可通过旁路烟道进入烟囱直接排放。 图3-1 简易湿法脱硫系统简图哈尔滨大学本科生毕业论文3、SO2吸收系统SO2吸收系统是整个脱硫系统的核心部分。对于喷淋塔来说,石灰石浆液通过循环泵从吸收塔浆池输送至塔内的喷淋系统,再通过喷嘴雾化以浆液滴的形式喷射到吸收塔内的喷淋空间;浆液滴与烟气中的SO2在喷淋吸收区接触并发生化学反应;而后,吸收了SO2的浆液滴回落到塔内的循环浆池中,浆液中的初级脱硫产物CaSO3被通入的氧化空气氧化成CaSO4。

44、为了防止净烟气的携带水量过大,在吸收塔的出口需要设置粗细两级除雾器,以除净烟气携带的细小液滴,使排出的烟气的含液滴量低于75mg/m3。4、石膏浆液排出系统塔内的石膏浆液(浓度为10%20%经由石膏浆液排出泵送至石膏旋流器,在旋流器内浓缩后,底流石膏浆液(浓度约为50%自流至石膏提纯干燥系统或抛弃箱,然后被加工成成品石膏或由石膏浆液抛弃泵送至灰场堆放;而旋流器的溢流液则自流或用泵输送,回到吸收塔内循环利用。5、FGD装置的工艺水系统脱硫系统所需工艺水在工艺水箱中储存,并由工艺水泵输送至各用水设备和用水点。系统的工艺水消耗主要有以下几部分组成:吸收塔蒸发水、制备石灰石浆液用水、石膏结晶水以及底流

45、石膏溶液排出水;除雾器及所有浆液输送设备、输送管路和石膏浆液抛弃箱等的冲洗水;脱硫设备冷却水及密封水。其中冷却水及密封水不能直接排放,可回收利用。此外,简易FGD系统还包括电气系统、热控系统、压缩空气系统和烟气监测系统等。3.2 烟气侧物料平衡计算3.2.1 本计算的一些假设及说明现在,受科学技术水平的限制,基本上所有的工程问题都无法做到像数学问题那样精确,许多工程问题的计算都是在一定的假设条件下,经过必要的简化而得到解决到。对于本石灰石/石膏简易湿法脱硫烟气侧物料平衡的设计计算,作如下假设和说明。1、假设(1整个脱硫系统烟气侧在管道、阀门与经过的设备等处皆无泄漏。(2在计算烟气容积及体积流量

46、时,烟气成分只考虑其中的N2、O2、CO2、SO2、H2O(g,其他含量很小的成分(如SO3、HCl、HF、粉尘的体积忽略不计,但是粉第3章简易石灰石/石膏湿法烟气脱硫设计计算尘的存在不可以忽略。(3氧化空气成分只考虑N2、O2、H2O(g,且各成分在空气中的体积分数分别为0.79,0.21,0.0161。(4在吸收塔出口至净烟气再热器入口段(混合处烟道,烟温下降很小,可忽略湿烟气由于烟温下降而引起的液滴凝结。2、计算说明(1在计算前,依据以运行设备的经验数据和前人的经验,先为吸收塔出口处烟温t5设定一个假定值,这里首先设为50,以后通过热平衡计算修正。(2在烟气侧物料平衡计算公式和符号中,用

47、V表示每千克煤的烟气体积或每千克煤的烟气中各成分的体积单位是m3/kg(煤;用表示各位置烟气中各烟气成分的体积分数;用数字下标1、2、3表示脱硫系统的各个关键位置;在通用公式或符号中用下标x表示不同的烟气成分;在适用于单个烟气成分的公式或符号中,用下标N2、O2、CO2、SO2和H2O分别表示不同的烟气成分;用下标tower表示吸收塔,下标EDC (Exit of Dust Catcher表示除尘器出口,下标BCS(Back of Coal Saver表示省煤器前的用于加热净烟气的热烟气;用下标dry表示干烟气和以干烟气为基准的。 图3-2 简易石灰石/石膏湿法脱硫烟气侧物料平衡计算系统图如图

48、3-2所示,需要求出图示各位置每千克煤的烟气、氧化空气或再热烟气容积,以备热平衡计算确定吸收塔温度,物料平衡确定再热净烟气所需加热烟气量和设备选型计算确定设备型号和管道口径之用。3.2.2 比热容和比焓计算在计算比热容和比焓前,要先确定各点的温度。脱硫塔前各点温度是根据锅炉排烟温度设定的,按烟气每经过一台设备或者一段烟道降温或升温02确定脱硫塔前各点温度;脱硫塔出口温度是根据热平衡计算的,这里首先假设为50,以后通过热平衡计算修正;再热温度给定为85;加热烟气温度450。本设计给定的排烟温度为144,则根据经验和假设,确定各点的温度如下表。表3.1 各关键点温度 单位: 确定出各关键的温度后,

49、利用已知公式,即可求得各气体成分在各点温度下的比热容和比焓。1、氮气(1N 2的比热(kJ/(m 3.517413310271078791222.01064627947.0+1099752668.11062178773.2+1024995132.229493918.1=2t t t t t C N -5-(3-1(2N 2的比焓(kJ/m 3t C i N N 22= (3-2根据以上公式,计算出N 2在各点温度下的比热和比焓如下表。表3.2 各位置N的比热和比焓 2、氧气(1O 2的比热(kJ/(m 3.5174143102741041288.11066222.9+1027954.21077

50、283.1+1042834.1+3036.1=2t t t t t C O - (3-3 (2O 2的比焓(kJ/m 3t C i O O 22= (3-4O 2在各点温度下的比热和比焓计算结果见下表。表3.3 各位置O 的比热和比焓 3、二氧化碳(1CO 2的比热(kJ/(m 3.5174133102631098001428.0+1086061625.01019985033.3+1069640652.01005537438.1+60067305.1=2t t t t t C CO -(3-5 (2CO 2的比焓(kJ/m 3t C i CO CO 22= (3-6CO 2在各点温度下的比热和

51、比焓计算结果见下表。表3.4 各位置CO 的比热和比焓 4、二氧化硫(1SO 2的比热(kJ/(m 3. 3102631084509.3+101421.110587054.2+150892857.1=2t t t C SO - (3-7 (2SO 2的比焓(kJ/m 3t C i SO SO 22= (3-8SO 2在各点温度下的比热和比焓计算结果见下表。表3.5 各位置SO 的比热和比焓 5、水蒸气(1H 2O 的比热(kJ/(m 3.5184143102741088080471.3108325.3+1048184957.11039515198.2+1003812723.1+49352618

52、.1=2t t t t t C O H -(3-9 (2H 2O 的比焓(kJ/m 3t C i O H O H 22= (3-10H 2O 在各点温度下的比热和比焓计算结果如表3.6所示。表3.6 各位置H 6、湿空气(1湿空气的平均比热(kJ/(m 3.517413310275,1094691554.01074175049.0+1014784127.21054394059.2+104913161.1+3196457.1=t t t t t C air wet -(3-11(2湿空气的比焓(kJ/m 3t C i air wet air wet ,= (3-12湿空气在各点温度下的比热和比焓

53、计算结果见下表。表3.7 各位置湿空气的比热和比焓 7、粉尘(1粉尘的比热(kJ/(kg.517414310264109864788.2104781344.81020100831.7+101069151.1104478085.7+73946104.0=tt t t t C fc -(3-13 (2粉尘的比焓(kJ/kg t C i fc fc = (3-14粉尘在各点温度下的比热和比焓计算结果见下表。表3.8 各位置粉尘的比热和比焓 至此,各位置烟气成分在各温度下的比热和比焓计算完毕,下面将对各位置烟气成分容积进行计算。3.2.3 系统入口1处的烟气成分体积脱硫系统入口1位置的烟气直接来自锅炉

54、除尘器出口,按假设(1中脱硫系统烟道及阀门无漏风的条件,可以认为脱硫系统入口1处每千克煤的烟气体积与除尘器出口相同,可以直接通过锅炉热力计算得到。体积单位皆为m 3/kg (煤。计算锅炉除尘器出口烟气体积的公式如下: 理论空气量:ar ar ar ar k O H S C V 0333.0265.0+375.0+0889.0=0-( (3-15理论空气量已在2.3.1节计算得到。烟气中的实际N 2体积:0161.1/79.0+008.0=02k ar N V N V (3-16kg /m 6.4=0161.192.42.179.0+87.0008.0=32N V烟气中的实际O 2体积:0161

55、.1/121.0=02k O V V -( (3-17kg /m 2.0=0161.192.12.121.0=324-(O V 烟气中的实际CO 2体积,即等于理论 CO 2体积:ar CO C V 01866.0=2 (3-18kg /m 89.0=59.4701866.0=32CO V烟气中的实际SO 2体积,即等于理论 SO 2体积:ar SO S V 007.0=2 (3-19kg /m 0053.0=76.0007.0=32SO V烟气中的实际水蒸气体积:0161.1/0161.0+0124.0+111.0=02k ar ar O H V M H V (3-20 kg /m 51.0=0161.192.42.10161.0+50124.0+15.3111.0=32O H V 实际干烟气体积:2222+=,SO CO O N dry y V V V V V (3-21kg /m 7.5=0053.0+89.0+2.0+6.4=3,dry y V实际湿烟气体积:O H dry y y V V V 2+=, (3-22kg /m 21.6=51.0+