燃煤手烧退火炉烟气净化系统设计处理方案的确定Word下载.docx
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目前有几套方案进行降温处理，方案如下：
工艺
优点
缺点
水冷密排管+机冷器（或风冷器）
烟气所含的热能被水充分吸收，可能给城市供热系统，资源更大化的能到利用。
液冷比热容大，属于压制性散热
占地面积大，成本高
余热锅炉（HTAC蓄热技术）
HTAC蓄热有效的解决了退火炉烟气失热问题，蓄热室狭长而热交换时间长，且设施在地下不仅占地极少而且散热极少，烟气的余热通过HTAC技术能到极大的利用
管道铺设地下，对于后续保养维修难度大
冷却塔
占地面积大，且建造成本高。
通过上述冷却设备将高温气体进行降温后的气体温度还是有200摄氏度左右，较高，所以在下一步除尘操作时还需要在处理前降温，采用对烟气直接喷水进行冷却。
喷雾水循环使用，其中一部分在反应器内作为二次烟气冷却水使用。
由于二次烟气冷却水完全蒸发，所以不产生排放水。
三、除尘器的选择及计算
除尘设备按照捕集机理可分为以下几大类：
设备名称
分类
机械除尘器
依靠机械力将尘粒从气流中除去，其结构简单，设备费和运行费均较低
除尘效率不高
重力沉降室，惯性除尘器，旋风除尘器，
过滤除尘器
使含尘气流通过滤料将尘粒分离捕集，分内部过滤和表面过滤两种方式，除尘效率一般为90%～99%
不适用于温度高的含尘气体
简易袋式除尘器，脉冲式除尘器，机械振打袋式除尘器，气环反吹袋式除尘器，扁袋式除尘器
洗涤除尘器（湿式除尘器）
用液体洗涤含尘气体，使尘粒与液滴或液膜碰撞而被俘获，并与气流分离，除尘效率为80%～95%
运转费用较高
喷淋塔，文丘里洗涤器，冲击水浴式除尘器，水膜除尘器
电除尘器
利用静电力实现尘粒与气流分离，常按板式与管式分类，特点是气流阻力小，除尘效率可达99%以上
投资较高，占地面积较大
根据上述除尘方案的优缺点对比，我们将选用过滤除尘器。
但是过滤式除尘器又包括几种形式的除尘器，我们需要进行计算，根据烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率来确定除尘器
3、1除尘器的选择
3.1.1除尘效率
η=1-
=1-200/5000=96%
ηso2=1-900/3750=76%
3.1.2工况下烟气流量
根据设计任务书中给的数据Q`=13500m3/h
则烟气的流量为
=13500/3600=3.75（m3/s）
根据工况下烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率来确定除尘器（袋式除尘器）
袋式除尘器是使含尘气体通过滤袋滤去其中离子的分离捕集装置，是过滤式袋式除尘器中一种，其结构形式多种多样，按不同特点可分为圆筒形和扁形；
上进气和下进气，内滤式和外滤式，密闭式和敞开式；
简易，机械振动，逆气流反吹，气环反吹，脉冲喷吹与联合清灰等不同种类,其性能比较如下表：
除尘种类
除尘效率%
净化程度
特点
简易袋式
30
中净化
机械振动袋式
90
要求滤料薄而光滑，质地柔软，再过滤面上生成足够的振动力。
脉冲喷吹袋式
99
细净化
清灰方式作用强度很大，而且其强度和频率都可以调节，清灰效果好
气环式袋式
适用高湿度、高浓度的含尘气体，造价较低，气环箱上下移动时紧贴滤袋，使滤袋磨损加快，故障率较高
通过比较最终决定选用袋式除尘器，根据处理烟气性质及不同型式的袋式除尘器的优缺点，最终决定选用MC84-II脉冲袋式除尘器。
脉冲袋式除尘器是一种周期性的向滤袋内或滤袋外喷吹压缩空气来达到清除滤袋上积尘的袋式除尘器，它具有处理风量大，除尘效率高的优点，而且清灰机构设有运动部件，滤袋不受机械力作用，损伤较小，滤袋使用周期长的特点。
用《除尘器手册》中选取MC84-II脉冲袋式除尘器。
结构特点:
脉冲袋式除尘器由脉冲发生器、引风机、集灰袋、关风机等构成。
风机将尘埃引入集灰袋中，利用脉冲信号定期对集灰袋进行抖动，掉落尘埃收集到关风机中，定期排放。
该除尘器净化效率高，处理气体能力大，性能稳定，维护工作量小等优点。
可根据工作温度设置不同集灰袋，最高应用温度：
250度。
主要由上箱体，中箱体，下箱体，排灰系统与喷嘴系统等几个主要部分组成。
上箱体内设有多孔板，滤袋，滤袋框架；
下箱体包括进气口、灰斗、检查门；
排灰系统由减速装置和排灰装置组成；
控制仪、控制阀、脉冲阀、喷嘴管与气包等组成喷吹系统。
工作原理：
含尘气体由除尘器进风口进入中，下箱体，通过滤袋进入上箱体的过程中由于滤袋的各种效应作用。
将粉尘气体分离开，粉尘被吸咐在滤袋上，而气体穿过滤袋由文氏管进入上箱体，从出风口排出。
含尘气体通过滤袋净化的过程中，随着时间增加，而积在滤袋上的粉尘越来越多，因而使滤袋的阻力逐渐增加，通过滤袋子的气体量逐渐减少，为了使除尘器能正常工作所以要把阻力控制在限定范围内（一般为120-150毫米水柱）。
这样当阻力升到限定范围的时候，由控制仪就要发出指令按顺序触发各控制阀，开启脉冲阀。
气包内的压缩空气由喷吹管各孔经文氏管喷射到各对应的滤袋内，滤袋在气流瞬间反向作用下急剧膨胀，使积在滤袋表面的粉尘脱落，滤袋得再生。
被清掉的粉尘落入灰斗经排灰系统排出机体，由于积在滤袋上的粉尘定期清除，被净化的气体正常通过，保证除尘器正常工作。
其主要性能与主要结构尺寸见下表：
型号
过滤面积m2
滤袋数量/条
处理风量m3/h
脉冲阀个数/个
外形尺寸/长*高*宽
MC84-II
63
84
7560-15120
14
3075×
1678×
3667
设备质量/kg
滤袋尺寸/mm
设备阻力/Pa
除尘效率
入口含尘浓度g/m3
过滤风速/m/min
2230
Φ125*2050
120～150
＞99.5%
3～15
2～4
3.1.3管道布置及各管段的管径
1.各装置及管道布置原则
根据锅炉运行情况和锅炉房现场的实际情况确定各装置的位置，一旦确定了各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了，对各装置及管道的布置应力求简单，紧凑，管路短，占地面积小，并使安装，操作和检修方便。
2.管径的确定Π
式中：
v—烟气流速m/s（对于锅炉烟尘v=20～30m/s）
取v=25m/s则
m
圆整并选取风值：
钢制板风管
外径D/mm
外径允许偏差/mm
壁厚/mm
460
±
1
内径d1=460-2*1=0.458m
由公式
得
烟气流速
由此可知，除尘器中的管径设计合理
3.2.1烟囱的设计
1.烟囱高度的计算
根据设计任务书里的要求设计的是退火炉的烟气净化，通过查阅资料，退火炉的功率在0.8MW已下，详细数据见下表：
产品名称
额定功率（kw）
额定温度（℃）
额定电压（V）
相数
工作区尺寸（mm）
最大装载量（kg）
箱式电阻炉
RX3-15-9
15
950
380
3
650*300*250
80
RX3-30-9
950*450*350
200
RX3-45-9
45
1200*600*400
400
RX3-60-9
60
1500*750*450
700
RX3-75-9
75
1800*900*550
1200
根据锅炉的功率（MW），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定表确定烟囱高度
燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低允许高度GB13271-2001
锅炉房装
机总容量
MW
＜0.7
0.7~＜1.4
1.4~＜2.8
2.8~＜7
7~＜14
14~＜28
t/h
＜1
1~＜2
2~＜4
4~＜10
10~＜20
20~≤40
烟囱最低
允许高度
20
25
35
40
烟囱抬升高度：
由于功率为<
0.7MW之间
选取H=20m
当烟气热释放率Qh大于或等于是2100KJ/s，且烟气温度与环境温度的差值△T大于或等于35K时，△H采用下式计算：
no——烟气热状况及地表系数，见表5；
n1——烟气热释放率指数，见表5；
n2——排气筒高度指数，见表5；
Qh——烟气热释放率，KJ/s；
H——排气筒距地面几何高度，m，超过去240m时，取H=240m；
Pa——大气压力，KPa，如无实测值，可取邻近气象台（站）季或年平均值，调查期间按劳取酬6.1.3执行；
Qv——实际排烟率，m3/s；
△T——烟气出口温度与环境温度差，K；
Ts——烟气出口温度，K；
Ta——环境大气温度，K，如无实测值，可取邻近气象台（站）季或年平均值，调工查期间按6.1.3执行；
U——排气筒出口处平均风速，m/s，如无实测值，其确定方法参阅7.5.1。
表5no、n1、n2的选取
Qh，KJ/s
地表状况（平原）
no
n1
n2
农村或城市远郊区
1.427
1/3
2/3
城市及近郊区
1.303
2100≤Qh＜21000且△T≥35K
0.332
3/5
2/5
0.292
取标准大气压101.3kpa，
=22.77m/s，环境大气温度无实测值，取Ta=273K，Ts为降温后的气体温度140℃，则：
=（273+140）-273
=140K
=0.35*101.3*22.77*140/（140+273）
=273.7Kj/s
由于852.2KW<
2100KW，则
V—烟率出口速度m/s
D—烟囱出口内径m
Qh—烟囱的热排放率
u—烟囱出口的环境平均风速m/s，取2.5m/s
Δh=（1.5*22.77*0.458*0.0096*273.7）/2.5=16.44
烟囱总高度H为：
H=Hs+Δh=36.44
所以烟囱高度为36.5m
2.烟囱直径的计算
烟囱出口内径按如下公式：
圆整取d=0.63m
Q—通过烟囱的总烟量m3/h
按下表选取的烟囱出口烟气流速m/s，选
=15m/s，
烟囱出口烟气流速
通风方式
运行情况
全负荷
最小负荷
机械通风
10~20
4~5
自然通风
6~8
2．5~3
烟囱底部直径：
d1=d+2iH=0.63+2*0.02*36.5=2.09m
d—烟囱出口直径m
H—烟囱高度m
i—烟囱锥度，取I=0.02
烟囱的抽力：
H—烟囱高度m
tk—外界空气温度℃
tp—烟囱内烟气平均温度℃
B—当地大气压Pa
烟囱的阻力损失计算
采用砖砌烟囱,阻力可按下式计算
-摩擦阻力系数,0.04
-管道长度,m
-管道直径,0.458m
-烟气密度Kg/m3
-管内烟气平均流速
则最大地面浓度
可见地面最大浓度小于国家规定,烟囱高度设计合理
2.2.7风机和电机的选择和计算
1、标准状态下风机风量的计算
Q1=
=22.47m3/h
1.1—风量备用系数B—当地大气压KPa
Q—标准状态下风机前的风量，m3/h
tp—风机前烟气温度OC，若管道不长，可以近似取锅炉排烟温度
2、风机风压的计算
=2146.6Pa
1.2—风压备用系数∑Δh—系统总阻力，Pa
tp—风机前烟气温度OCty—风机性能表中给出的实验用气体温度，OC
Py—标准状态下烟气密度1.36Kg/m3Sy—烟囱产生的抽力，Pa
根据Hy和Qy选定Y8-39的引风机，性能表如下
四、脱硫
3.2脱硫方法的选择
国内外烟气脱硫工艺主要有干法、半干法和湿法三种。
湿法FGD技术是用含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物；
干法FGD技术的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行；
半干法FGD技术是指脱硫剂在干燥状态下脱硫、在湿状态下再生（如水洗活性炭再生流程），或者在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物（如喷雾干燥法）的烟气脱硫技术。
干式
具有无污水废酸排出、设备腐蚀程度较轻，烟气在净化过程中无明显降温、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散、二次污染少等优点
脱硫效率低，反应速度较慢、设备庞大等
半干半湿式
既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点又有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处理的优势，
主要适合处理烟气量较小的污染源，对于烟气量较大的尚处于试验阶段
湿式
具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点
普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等
近年来尽管半干法和干法脱硫技术及其应用有了较大的发展空间,但是湿法脱硫仍是目前世界上应用最广的脱硫技术,其优点是技术成熟,脱硫效率高,操作简便,吸收剂价廉易得适用煤种范围广,所用设备较简单等优点。
结合本处理烟气的指标，选用湿式脱硫工艺来进行脱硫处理，湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤SO2烟气以除去SO2的技术，本设计为高浓度SO2烟气的湿法脱硫。
3.2.1工艺比较
湿式脱硫方法中常用的工艺有：
石灰/石灰石吸收法、钠碱吸收法、氨吸收法
其工艺比较见下表：
项目
石灰/石灰石吸收法
脱硫效率高，吸收剂资源广泛，价格低廉，副产品石膏可用建筑材料
系统复杂，占地面积大，造价高，容易结垢造成堵塞，运行费用高，只使用大型电站锅炉
氢氧化钠吸收法
价格便宜，脱硫效率高，副产品的溶解度特性更适用加热解吸过程，可循环利用，吸收速度快
高温下NaHSO3转换成Na2SO3,丧失吸收二氧化硫的能力
氨吸收法
脱硫效率高，运行费用低
吸收剂在洗涤过程中挥发产生氨雾，污染环境，投资大
综合本工艺流程图及上述几种常用脱硫的优缺点比较,经过比较全面考虑,最终选用钠碱吸收法进行脱硫,即采用NaOH来吸收烟气中的SO2,再用石灰石中和再生,再生后的溶液继续循环利用。
该法吸收剂采用钠碱，故吸收率较高，可达95%，而且吸收系统内不生成沉淀物，无结垢和阻塞问题。
其反应机理：
2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O
Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3
Na2SO3同样可以吸收SO2，达到循环吸收的效果。
3.2.2工艺流程介绍
1.工艺流程介绍
含SO2烟气经除尘、降温后送入吸收塔，塔内喷淋含NaOH溶液进入洗涤净化，净化后的烟气排入大气。
从塔底排出的吸收液被送至再生槽加CaCO3惊醒中和再生.将再生后的吸收液经固液分离后,清夜返回吸收系统;
所得固体物质加入H2O重新浆化后,鼓入空气进行氧化可得石膏.
2.工艺过程
一、脱硫反应：
Na2SO3+SO2→NaSO3+CO2↑
（1）
2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O
（2）
Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3（3）
其中：
式
（1）为启动阶段Na2CO3溶液吸收SO2的反应；
式
（2）为再生液pH值较高时（高于9时），溶液吸收SO2的主反应；
式（3）为溶液pH值较低（5~9）时的主反应。
二、氧化过程（副反应）
Na2SO3+1/2O2→Na2SO4（4）
NaHSO3+1/2O2→NaHSO4（5）
三、再生过程
Ca（OH）2+Na2SO3→2NaOH+CaSO3（6）
Ca（OH）2+2NaHSO3→Na2SO3+CaSO3•1/2H2O+3/2H2O（7）
四、氧化过程
CaSO3+1/2O2→CaSO4（8）
式（6）为第一步反应再生反应，式（7）为再生至pH＞9以后继续发生的主反应。
脱下的硫以亚硫酸钙、硫酸钙的形式析出，然后将其用泵打入石膏脱水处理系统，再生的NaOH可以循环使用。
3.喷淋塔的设计及计算
3.1吸收SO2的吸收塔的选择
根据查阅资料可得喷淋塔相关数据，制成下表：
名
称
操作参数
优
点
缺
填
料
塔
空塔气速2.0～5.0m/s
液气比0.5～1.0L/m3
压力损失200～1000Pa
结构简单，设备小，制造容易，占空间小；
液气比小，能耗低；
气液接触好，传质较易，可同时除尘、降温、吸收
不能无水运行
自
激
湍
球
塔
液气比1～10L/m3
喷淋密度6～m3/（m2.h）
压力损失500Pa/m
空塔气速0.5~1.2m/s
结构简单，制造容易；
填料可用耐酸陶瓷，较易解决防腐蚀问题；
流体阻力较小，能量消耗低；
操作弹性较大，运行可靠。
不能无水运行
筛
板
空塔气速1.0～3.0m/s
小孔气速16～22m/s
液层厚度40～60mm
单板阻力300～600Pa
喷淋密度12～15m3/（m2.h）
结构较简单，空塔速度高，处理气量大；
能够处理含尘气体，可以同时除尘、降温、吸收；
大直径塔检修时方便
安装要求严格，塔板要求水平；
操作弹性较小，易形成偏流和漏液，使吸收效率下降。
喷
淋
空塔气速2.5～4.0m/s
液气比13～30L/m3
压力损失500～2000Pa
结构简单，造价低，操作容易；
可同时除尘、降温、吸收，压力损失小
气液接触时间短，混合不易均匀，吸收效率低；
液体经喷嘴喷入，动力消耗大，喷嘴易堵塞；
产生雾滴，需设除雾器
通过比较各种设备的性能参数，填料塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点，具有很高的脱硫效率，所以选用填料塔吸收二氧化硫。
3.3喷淋的选择
再热烟气温度大于75
，烟气流速在1～5m/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8～25
，气液反应时间3～5s，气流速度为3.0m/s，喷嘴出口流速10m/s，喷淋效率覆盖率200%～300%，脱硫石膏含水率为40%～60%，一般喷淋层为3～6层，烟气中
体积分数为4000/
，脱硫系统阻力在2500～3000Pa.
3.3.1喷淋塔内流量计算
假设喷淋塔内平均温度为
，压力为120KPa，则喷淋塔内烟气流量为：
—喷淋塔内烟气流量，
；
—标况下烟气流量，
K—除尘前漏气系数，0～0.1；
=.5*（273+80）/273*101.324/120*（1+0.05）
=
升级会员 