课程设计-DZL2-13型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统的设计

课程设计--DZL2-13型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统的设计一、引言随着国家对环境保护要求的日益严格，工业锅炉烟气排放治理已成为当前环保工作的重点之一。DZL2-13型锅炉作为一种常见的工业蒸汽锅炉，若燃用高硫无烟煤，其排放的烟气中不仅含有大量烟尘，还伴有较高浓度的二氧化硫，对大气环境造成严重污染。本课程设计旨在针对燃用高硫无烟煤的DZL2-13型锅炉，设计一套高效、稳定、经济的袋式除尘与湿式脱硫相结合的烟气净化系统，以满足国家及地方相关的排放标准，实现污染物的达标排放。本设计将遵循技术先进、运行可靠、经济合理、操作简便的原则，对系统各组成部分进行详细的计算与选型。二、设计基础与原始数据2.1锅炉基本参数本次设计对象为DZL2-13型单锅筒纵置式链条炉排锅炉。其主要参数如下：*额定蒸发量：2t/h*额定工作压力：1.3MPa(表压)*额定蒸汽温度：饱和温度*锅炉效率：按经验值估算*燃料：高硫无烟煤2.2燃料特性（高硫无烟煤）*收到基碳（Car）：较高*收到基氢（Har）：较低*收到基氧（Oar）：较低*收到基氮（Nar）：较低*收到基硫（Sar）：高（具体数值需根据设计任务书给定，此处强调其高硫特性对脱硫系统的影响）*收到基水分（Mar）：中等*收到基灰分（Aar）：中等*收到基低位发热量（Qnet,ar）：较高2.3设计排放标准依据国家及地方现行的锅炉大气污染物排放标准，确定本设计的烟尘和二氧化硫排放浓度限值。设计时需考虑一定的裕量，以确保长期稳定达标。三、烟气系统计算3.1燃烧计算根据给定的燃料特性，进行燃烧所需空气量、燃烧产物（烟气量）及烟气成分的理论计算。这是后续除尘脱硫设备设计和选型的基础。*理论空气量（V0）计算*实际空气量（Vk）计算（考虑过量空气系数α）*理论烟气量（Vgy0）及其组成计算*实际烟气量（Vgy）及其组成计算3.2烟气温度与密度*锅炉出口烟气温度：根据锅炉型号及一般运行经验确定。*除尘器入口烟气温度：考虑锅炉出口至除尘器之间的烟道散热，进行温降估算。*脱硫塔入口烟气温度：若袋式除尘器布置在脱硫塔之前（即“干法除尘+湿法脱硫”），则脱硫塔入口烟气温度需考虑除尘器后的温降及可能的烟气再热（如需要）。本设计采用此流程。*不同温度下烟气密度的计算。3.3烟气量核算根据锅炉额定蒸发量、煤耗量及燃烧计算结果，最终确定进入除尘脱硫系统的实际工况烟气量和标况烟气量。四、袋式除尘器设计与选型鉴于高硫无烟煤燃烧产生的烟尘特性，以及对除尘效率的严格要求，选用袋式除尘器。4.1袋式除尘器工作原理简述利用滤袋过滤烟气中的粉尘颗粒，当粉尘在滤袋表面形成一定厚度的粉尘层后，通过清灰装置清除粉尘，使滤袋恢复过滤能力。4.2设计参数确定*处理烟气量：根据第三章计算结果，考虑一定裕量。*入口含尘浓度：根据燃料灰分、燃烧情况及锅炉除尘前的原始含尘浓度估算。*出口含尘浓度：满足设计排放标准。*除尘效率：根据入口和出口含尘浓度计算确定。*过滤风速（vF）：根据烟尘特性、滤料材质、清灰方式等因素选取适宜的过滤风速，这是袋式除尘器设计的关键参数。*滤袋尺寸：确定滤袋直径（D）和长度（L）。4.3主要部件设计与选型*滤料选择：考虑烟气温度、化学成分（特别是硫氧化物可能带来的腐蚀）、粉尘特性及成本，选择耐温、耐酸、耐磨、透气性好的滤料。对于高硫烟气，滤料的耐酸性尤为重要。*滤袋数量（n）计算：n=A总/(πDL)，其中A总为总过滤面积。A总=Q/(60vF)，Q为处理烟气量（m³/h）。*清灰方式：根据滤料类型、粉尘特性和工况条件选择，如脉冲喷吹清灰、机械振打清灰或逆气流清灰。脉冲喷吹清灰因其清灰效果好、过滤风速高、适应性强等优点，在工业锅炉中应用广泛。*滤袋室（仓室）划分：考虑检修和在线清灰的可能性，将滤袋分为若干仓室。*壳体设计：考虑强度、刚度、密封性及保温隔热（防止结露腐蚀）。*进、出风口及气流分布装置：确保烟气在滤袋室分布均匀，避免局部流速过高冲刷滤袋。*灰斗及排灰装置：设计合理的灰斗角度，配置螺旋输送机或星型卸灰阀等排灰设备。4.4阻力计算估算袋式除尘器的总阻力，包括滤料本身的阻力、粉尘层阻力及结构阻力，为引风机选型提供依据。五、湿式脱硫系统设计针对高硫煤，湿式脱硫是较为成熟和高效的技术。本设计拟采用石灰石-石膏法湿式脱硫工艺。5.1脱硫工艺原理以石灰石（CaCO3）为脱硫剂，与烟气中的二氧化硫（SO2）在水溶液中发生化学反应，生成亚硫酸钙（CaSO3）和硫酸钙（CaSO4），从而脱除SO2。主要化学反应方程式如下：*吸收反应：SO2+H2O→H2SO3H2SO3→H++HSO3-*中和反应：CaCO3+2H+→Ca2++CO2↑+H2O*氧化反应：2HSO3-+O2→2SO42-+2H+*结晶反应：Ca2++SO42-+2H2O→CaSO4·2H2O↓(石膏)5.2设计参数确定*入口SO2浓度：根据燃烧计算及煤中硫分确定。*出口SO2浓度：满足设计排放标准。*脱硫效率（ηSO2）：根据入口和出口SO2浓度计算确定，对于高硫煤，需达到较高的脱硫效率。*液气比（L/G）：根据脱硫效率要求、吸收剂特性等选取。*钙硫比（Ca/S）：理论上为1，实际操作中考虑反应不完全等因素，选取大于1的实际钙硫比。5.3吸收剂制备系统*石灰石粉的制备或采购：确定石灰石粉的细度要求。*石灰石浆液制备：设计浆液箱、搅拌装置、浆液泵等，将石灰石粉配制成一定浓度的浆液。5.4脱硫塔设计吸收塔是脱硫系统的核心设备。*塔型选择：常用的有喷淋塔、填料塔、鼓泡塔等。喷淋塔因其结构简单、处理量大、效率高而被广泛应用。本设计选用喷淋塔。*主要尺寸计算：*塔径（D）：根据空塔气速（v）和处理烟气量计算。空塔气速的选择需兼顾脱硫效率和阻力。*塔高（H）：包括喷淋区高度、除雾区高度、浆液池高度等。喷淋区高度根据喷嘴数量、喷淋层数、雾滴停留时间等确定。*喷淋系统：包括喷嘴类型选择、布置方式、喷淋层数。确保浆液在塔内均匀分布，与烟气充分接触。*除雾器：布置在吸收塔顶部，用于脱除净烟气中携带的液滴，防止下游设备腐蚀和石膏雨。选择高效的屋脊式或折板式除雾器，并考虑冲洗系统。*浆液循环系统：包括循环浆液泵、循环管路。根据液气比和塔径计算循环浆液量，选择合适的循环泵。*氧化系统：在吸收塔浆液池中设置曝气装置（如氧化喷枪或曝气盘），通入压缩空气将亚硫酸钙氧化为硫酸钙。*浆液池：考虑浆液停留时间、氧化反应需要及石膏结晶。5.5石膏脱水系统（简易）对于小型锅炉或课程设计，可简化石膏脱水系统。*石膏浆液排出：从吸收塔浆液池排出部分石膏浆液。*一级脱水：采用旋流器进行初步浓缩。*二级脱水：采用真空皮带脱水机或板框压滤机，得到含水率较低的石膏滤饼。*滤液处理：脱水后的滤液返回浆液制备系统或吸收塔循环使用。5.6脱硫系统阻力计算估算脱硫塔及附属设备（如烟道、除雾器、喷淋层等）的阻力，为引风机选型提供依据。六、系统整体布置与辅助设施6.1系统工艺流程绘制系统工艺流程简图，明确各设备之间的连接关系和烟气、物料流向：锅炉出口烟气→烟道→袋式除尘器→引风机→湿式脱硫塔→烟囱排放。脱硫剂制备系统、石膏脱水系统等作为辅助流程。6.2烟道设计*烟道材料：考虑到脱硫前后烟气性质的变化（脱硫后烟气温度降低、湿度增加、可能含酸性物质），脱硫塔入口前烟道可采用普通碳钢，脱硫塔出口后烟道需采用防腐材料（如玻璃鳞片树脂、FRP等）或内衬防腐。*烟道布置：力求短直，减少弯头和变径，以降低阻力和避免积灰。必要时设置导流板、检修孔、清灰孔。*烟道保温：对除尘器前的高温烟道进行保温，减少热损失和防止烫伤；对脱硫塔后的低温烟道进行保温，防止结露腐蚀和石膏雨。6.3引风机选型根据系统总烟气量（工况）和总阻力（除尘器阻力+脱硫系统阻力+烟道及其他部件阻力+烟囱阻力），并考虑一定的裕量，选择合适型号和功率的引风机。注意引风机的布置位置（本设计布置在除尘器之后、脱硫塔之前，为“冷风机”，需考虑含尘量对风机的磨损；若布置在脱硫塔之后，则为“湿风机”，需考虑腐蚀问题）。6.4烟囱根据排放标准要求和当地环保部门规定，确定烟囱高度和出口内径。6.5自控与监测简述系统所需的主要控制参数和监测点，如：*烟气参数：温度、压力、流量、SO2浓度、O2浓度、烟尘浓度。*脱硫系统参数：pH值、液位、浆液浓度、流量等。*主要控制回路：如脱硫塔pH值控制（通过调节石灰石浆液供应量）、液位控制等。七、系统性能评估与经济技术分析（简要）7.1性能评估*除尘效率：是否达到设计目标。*脱硫效率：是否达到设计目标。*系统阻力：是否在设计范围内，引风机能否满足要求。*系统可靠性：主要设备的选型是否可靠，系统布置是否合理。7.2经济技术分析（课程设计层面）*设备投资估算：列出主要设备的预估价格。*运行成本估算：包括电费（引风机、循环泵等）、水费、脱硫剂（石灰石）耗量及费用、人工费（简化）等。*简要分析其技术可行性和经济性。八、结论与建议8.1结论总结本次课程设计的主要工作内容、设计思路、采用的技术方案以及预期达到的处理效果，说明所设计的DZL2-13型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统能够满足预定的设计要求和环保排放标准。8.2建议*对设计中可能存在的不足或需要进一步优化的方面提出建议。*对系统运行、维护和管理方面提出建议，如滤袋的更换周期、脱硫剂的质量控制、浆液pH值的监控、设备的定期检修等。*指出在实际工程应用中还需考虑的其他因素，