《环境工程综合设计》大作业

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《环境工程综合设计》大作业

（2017-2018年度第一学期）

名称：20t/h燃煤锅炉烟气脱硫系统设计

院系：___________________________

班级：_____________________________

学号：_________________________

学生姓名：______________________________

成绩：_____________________________________

日期：2017年12月

专业专注

目录

一、设计资料和依据.........................................................5

（一）设计参数...........................................................5

（二）设计依据...........................................................5

（三）排放要求...........................................................5

二、脱硫方式................................................................5

（一）脱硫工艺...........................................................5

（二）脱硫装置...........................................................7

三、脱硫系统削...........................................................8

（-）脱硫剂制备系统.....................................................8

L脱硫剂的选择..........................................................8

2•月兑硫剂消耒毛量...............................................................8

3.脱硫剂液箱容量与设计.................................................9

（二）烟气系统...........................................................9

1.增压风机.............................................................9

2.烟气加热削........................................................9

（三）二氧化硫吸收系统................................................10

1.塔内流量计算.......................................................10

2.塔径的计算........................................................10

3脱僦苔高度计算......................................................10

（四）烟囱直径的计算..................................................12

（五）.管网布置.......................................................15

（六）.系统阻力计算...................................................15

L摩擦阻力损失.........................................................15

3.系统总阻力...........................................................16

（七）风机和电动机的计算................................................16

1风机风量............................................................16

2.风机风压...........................................................17

3.电动mW率.........................................................18

四、工艺流程图和主要构筑物简图............................................20

1.脱硫系统工艺流程图...................................................20

2.喷淋塔...............................................................20

五、投资估算..............................................................21

双减法投资估算..........................................................21

六、效益评估和主要经济指标分析............................................22

1、运行费用估算.......................................................22

2、经济姬i锚.......................................................24

七、附录...................................................................25

一、设计资料和依据

(-)设计参数

(1)额定蒸发量:20t/h

(2)锅炉烟气量:60000Nm3/h

(3)锅炉烟气出口温度：150℃

(4)烟气中SO2浓度：2000mg/Nm3;

(5)锅炉出口负压:-1800Pa;

(二)设计依据

《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2014

《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996

(三)排放要求

烟气SO?脱除率：＞90%,净烟气S5排放浓度4200mg/m3;漏风率41.5%。

脱硫方式

(一)脱硫工艺

目前，脱硫工艺基本可以分为三类:湿法、干法、半干法。

如下表有一些常用的烟气脱硫工艺：

表一常用的烟气脱硫工艺

脱湿法半干法干法

硫石灰钠法双减法氧化氨法海水喷雾炉内循环等

工石/石镁法干燥喷钙流化离

-W-膏法法法床子

体

脱90~90~90~90~90~70~70~60~60~>

硫98989898989085759090

效

率

吸海水NH

CaCONaONaOHMgNH3CaOCaOCaO

收3HMg03

剂Na2c(OH

03)2

CaO

可高高高高高一般高高

靠

性

结大大中小大中中中中中

垢

汪高很高低高低一般一般

行般

费

用

投大小较小小大较小较小小小大

资

相对于半干法和干法脱硫工艺，湿法脱硫工艺具有脱硫效率高、工艺成熟、

可靠性高等优点。所以选择湿法脱硫。

钠法由于脱硫剂较贵，因而运行费用高；氧化镁法的脱硫剂氧化镁不仅价

格较贵，造成运行成本高昂；氨法存在氨泄漏问题，容易造成二次污染,而且

脱硫剂价格高，因而在中小型锅炉中应用不多。海水法对地理位置要求较高，

一般只适用于沿海地区。

相对于以上工艺，双碱法消耗的脱硫剂主要是价廉的石灰。吸收液中的钠

碱通过再生,大部分可循环回用，减少了运行费用，具有投资少、占地面积较

小、运行费用低等优点，符合中小型锅炉烟气脱硫因此本方案采用双碱法脱硫

工艺。

（二）脱硫装置

脱硫吸收器的选择原则，主要是看其液气接触条件、设备阻力以及吸收液循环

量，因此选用气相为连续相、湍流程度高、相界面较大的吸收塔作为脱硫塔比

较合适。通常，喷淋塔、填料塔、板式塔、文丘里吸收塔等能满足这些要求。

各种吸收塔的性能比较见表二。

表二常见吸收塔性能比较

吸收器类持液量逆流接触防堵性能操作弹性设备阻力除尘性能

喷淋塔低是中的低差

填料塔高是差蜘中中

湍球塔中是好中中较好

筛板塔中是中中中较好

文丘里低否较好差高好

由表中可知，喷淋塔持液低，逆流接触，操作弹性较好，设备阻力低。所以选

择喷淋塔。

三、脱硫系统设计

(-)脱硫剂制备系统

1.脱硫剂的选择

为保证脱硫石膏的综合利用及减少废水排放量，用于脱硫的生石灰的纯度宜高

于90%,浆液细度应至少保证200目90%的过筛率。

碳酸钙选用市场上纯的最高的。

2.脱硫剂消耗量

2.2生石灰消耗量

1）钙硫比（Ca/S）为1:1;

2)脱硫装置入口烟气中的SO2质量流量：

M(SO2)二锅炉烟气量x烟气中SO2浓度

代入数据:M（SO2）=60000x2000=120kg/h

3)生石灰中CaO的含量为90%,生石灰质量流量为:

1.1x12056

m=----——x--=128.33OOID

640.9

2.2钠碱消耗量

Na2c6在吸收液循环过程中有少量损耗，所以应该在脱硫液池内补充少量

纯碱,按照0.05mol(Na2cO3)/lmol(SO2)补充量，则

m(钠碱)=x0.05x106=1Q63Z7〃£7(按100%Na2c。3计算)

3.脱硫剂液箱容量与设计

3.1石灰消化池

采用化灰池搅拌器，得含固率为15%的石灰浆液，其密度为1.2t/m3,熟石灰质

量流量为等x78=178.74kg/h0按照《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技

术规范》(HJ462-2009),脱硫剂浆液贮罐的容量宜不小于设计工况下2h的浆

液消耗量，所以，熟石灰的浆液箱容量为：

178.74

V浆液箱二x2=1.986D3

15%K1.2K1000

所以浆液箱取整后容积为2m3

(二)烟气系统

1.增压风机

增压风机的风量：

Q=60000xll0%=66000

2.烟气加热设计

将部分未处理的原烟气与低温净烟气混合，达到加热目的。使经过烟气换热器

的烟气温度不低于150度,漏风率41.5%。

（三）二氧化硫吸收系统

1.塔内流量计算

假设喷淋塔内平均温度为60℃,压力为1800KPa,则喷淋塔内烟气流量

为：

八八273+/101.324八，、

Q，-Qx--------x----------x（i+z）

''273Pa

式中：a一喷淋塔内烟气流量；

Qs——标况下烟气流量，加7s;

k——除尘前漏气系数，0〜O,l0

代入公式得:

C60000273+60101.324

QY=EFX诲X（】+°n•阳=21.96炉

2.塔径的计算

取喷淋塔内烟气流速u=35〃/$,则喷淋塔截面A为：

Q21.96…柿/、

A4=—=--------=6.27（加/s）

v3.5

则塔径d为:

d==2.83/27

取整贝UD=3m

3.脱硫塔高度计算

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：

H=vt=14(/??)

(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(3.4〜3.5)mo

取除雾区高度为：42=3.4%

(3)浆池高度

浆池容量V1按液气比浆液停留时间ti确定：

式中：

%一液气比，取18〃加；

Q—工况下烟气量/〃//h；

乙一浆液停留时间，5；

一般h为4min〜8min,本设计中取值为5min，则浆池容积为：

匕=108(/)

选取浆池直径等于或大于喷淋塔A.本设计中选取的浆料池直径为

〃0=3///,然后再根据乂计算浆池高度：

%=-^=5.5243机

叫

式中：％—浆池高度,m；

匕一浆池容积，加3；

D0—浆池直径,mo

代入数据得：h0=1.7m

(4)喷淋塔高度

喷淋塔高度为：

//]+//2+%=19.1m

(四).烟囱直径的计算

表烟囱出口烟气流速

运行情况

通风方式

全负荷时最小负荷

机械通风10〜204〜5

自然通风6〜82.5〜3

A)烟囱出口内径可按下式计算:

出=0.0188—(，篦)

CD

Q——通过烟囱的工况总烟气量，m3/h

3——选取的烟囱出口烟气流速，mlso根据表取18m/s

求得为=L09m

取整%=1.

B)烟囱底部直径：

4=出+2•hH(jn)

式中d2——烟囱出口直径，〃？；

H——烟囱高度，m；

i——烟囱锥度，通常取i=0.02~0.030

取i=0.022

d、—3.30

C).烟囱抽力计算

Sv=0.03427/(—!------------!—)•Pa)

y273+"273+1/

式中H------烟囱高度,m;

tk一外界空气温度,℃;

烟囱内烟气平均温度,℃;

B——当地大气压,2。

根据《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2014,每个新建锅炉房

只能设一根烟囱，烟囱高度应根据锅炉房装机总容量，按照表二规

定执行。

表二燃煤锅炉房烟囱最低允许高度

M0.7〜<1.4〜<2.8〜<7〜v>

锅炉房装W0.71.42.871414

机总容量4~<10-<>

t/h<11〜<22〜<4

102020

烟囱最低

m202530354045

允许高度

选取烟囱段।度为50m。

S、，=0.0342x50x(——i--------------1——)x101.324x103

273+20273+50

=52.033%

D).烟囱内温降

鹏=贵(0

式中：H-烟囱高度，m;

D-合用统一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和,t/h;

A-温降系数，可由表查的，选取A=0.4

D,H参看后面分别取20t/h,50

,50x0.4。

△A七=----7=—=4.47C

V20

（五）.管网布置

"二层（…=襟=岸守…7的

式中Q——工况下管道内的烟气流量，m3/s；

v——烟气流速，m/s,（可食有关手册确定，对于锅炉烟尘-二10〜

15m/s)。

取v=13m/s,取整得d=1400mm

查手册得di=1400-2x7=1386mm

由公式〃一可计算出实际烟气流速：

404x60000/3600

13.16(/77/S)

乃(1.27)2

（六）.系统阻力计算

L摩擦阻力损失

式中：L——管道长度，相；

d——管道直径,m；

P——烟气密度，依/加；

v——管中气流平均速率,m/s;

A——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。

查手册得：实际中对金属管道值可取0.02,对砖砌或混凝土管道可取0.04。

代入数据得：。=4x9\=0.87W/1)

2/3+101)

20，7122

\P,=2旦x(Lv,+L2V2)=0.02xx(5x20+65x12)=70.6754(小)

’2d122“2x1.4

2.局部阻力损失

?

(Pa)A/=&x-=0.2x10x0，"I"⑵=[(^424(/^)

22

在所设计的管路中有10段弯道区,可求得局部的压力损失：

式中：£一异形管件的局部阻力系数可查到，取4=0.2

v——与耳象对应的断面平均气流速率,m/s

P——烟气密度，kg/m3

3.系统总阻力

除尘器的压力损失在1000〜1500Pa之间，取1300Pa

所以系统总阻力=1300+70.6754+125.424=1496.0994Pa

(七)风机和电动机的计算

1.风机风量

Qv=1,1x60000x+-x皿打/力)

273B

式中：1.1-风量备用系数；

Q-工状态下风机前标态下风量，W//?

%-风机前烟气麻，℃

B-当地大气压力,kPao

i[z，273+150101.324AOOAQ3/»\

。n=1.1x60n0n0n0nx-------------x-----------=102263.7363(//h)

)273101.324

2.风机风压

对于除尘器后装的风机风压计算：

〃IOZVA/c、273+，p101.3251.293p

Hv=1.2(>A//-5yv)---------x----------x-------Pa

)-273+，,Bpx

式中：L2-风压备用系数；

系统总阻力/P”；

5丫-烟囱抽力，Pa;

%-风机前烟气温度；

。-风机性能表中给出的试验用气体温度；

PY-标准状况下烟气密度，1.354//o

973+1501013241293

H=1.2x(1496.0994-52.033)x-.............x―x—=1484.268(-)

v273+200101.3241.35

常用风机性能及适用范围

型号名称全压范围/风量范围功率范介质适应范围

Pa/围/kW最IWI

（力/力）

/℃

Y4-70-11锅炉引风机670〜14102430〜3.0〜75250用于1〜

143604Vh蒸汽

锅炉排烟

Y9-35锅炉引风机550〜45404430〜4.5〜200锅炉烟道

4730001050排烟

G4-73-1锅炉通风机553〜654115229〜7.5〜802〜75t/h

2锅炉引风机343〜4029166100315200锅炉通风

Y4-73-1215229〜5.5〜和排烟

166100220

Y8-39锅炉引风机1167〜3242〜4.0〜250用于

Y9-38锅炉引风机53441455332502500.5~

1327〜3295〜5.5〜50t/h蒸

5805139712a280汽锅炉排

烟

根据排烟温度和风量范围，由表中可知选取Y9-35。

3.电动机功率

二旃照照嬴（%W）

式中。丫-风机风量，/w3/h；

—风机风压/Pa

7-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,取

0.8）;

%-机械传动效率，当风机与电机直联传动时伯=1,用联轴器连接时

小=0.95〜0.98；

力-电动机备有系数，对引风机，夕=1.3

门102263.7363x1484.268x1.3

Ne=---------------------------------------------=71.3696（如『）

3600x1000x0.8x0.96

四、工艺流程图和主要构筑物简图

1.脱硫系统工艺流程图

2,喷淋塔

五、投资估算

双减法投资估算

序号项目价格（万元）备注

新建脱硫塔及附属设

—256

备材料费

外循环池及脱硫塔、

土建施工费

箱、罐基础、业主负责

二安装费76.8

四设计及技术服务费9.9

五调试及措施费16.28

六基本预备费9.01

七税收27.6

八合计395.59

六、效益评估和主要经济指标分析

1、运行费用估算

运行费用主要有：电费、水费、人工费、药剂费等。(按8000小时/年计算)

Q)电耗

电费的支出项目为脱硫液循环泵等的耗电，初步估计值见电流表3-4用电量

为95.5kw。按电费0.52元/kWh,年运行8000小时计。电费共41.6万元。

电源采用380v,50Hz交流电。

(2)水费及人工费

系统需定期补充水,补充水量按3%x408m3/hx8000h=97920吨,水价按

3.0元/吨，计年水费：29.37万元/年。

本脱硫系统由于运行、维护管理简便，安排人进行日常管理、维护，本脱

硫系统设操作定员3人，年工资1.8万元/人，共需人工费5.4万元/年。

(3)脱硫剂费用

所用煤的含硫量按1%时运行成本估算为，可燃硫的转换率为85%来