燃煤锅炉脱硫系统设计.docx
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燃煤锅炉脱硫系统设计
环境工程综合实验
课程设计
专业:
环境工程
姓名:
学号:
1课程设计题目
四川省某火电厂30t/h燃煤锅炉烟气的脱硫系统设计
2设计依据
2.1技术标准及依据
（1）《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）
（2）《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》（HJ462－2009）
（3）《大气污染防治手册》
（4）《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）
（5）《环境空气质量标准》（GB3095-1996）
（6）《四川省大气污染物排放标准》
2.2设计参数及参数范围
（1）根据技术标准与排放标准，确定设计参数及设计范围。
锅炉型号：
30t/h锅炉一台
烟气排放量：
19000m3/h
燃料种类：
无烟煤
燃煤量：
2.237152t/h
炉内温度：
700℃
锅炉排烟温度：
155℃
烟气含氧量：
60.2605mol/kg（燃煤）
目前SO2排放浓度：
1353mg/
含硫率：
1.1%
锅炉热效率：
75%
空气过剩系数：
1.2
（2）拟用双碱法，据《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》（HJ462－2009），故有:
液气比（G/L）为2
钙硫比（Ca/S）为1.1
净化效率η不小于95%
可用率为95%
2.3设计原则及设计目标
设计原则：
（1）设计中为将来更加严格的排放标准及规模扩大留有余地。
（2）因地制宜，节省场地。
（3）严禁转移污染物，全面防治二次污染。
设计目标：
（1）根据《四川省大气污染物排放标准》标准，该火电厂标准状态下SO2排放浓度应小于300mg/m3
（2）为保证电厂周围居民区空气质量，同时执行《环境空气质量标准》（GB3095—1996）的二级标准，即小于居民区大气中SO2最高允许的日平均浓度0.15mg/m3
（3）总量控制指标达标
3污染源强分析
3.1污染物浓度的计算
含硫率为1.1%，选择煤种为无烟煤
以1kg无烟煤为基础，则：
成分质量/g物质的量/mol理论需氧量/mol
C649.57254.13154.131
H25.30812.654（分子）6.327
O14.060.879-0.4395
N6.3270.226（分子）——
S7.7330.2420.242
H20754.17——
灰分222————
（1）理论需氧量为
（54.131+6.327-0.4395+0.242）mol/kg=60.2605mol/kg（燃煤）
假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78，则1kg燃煤完全燃烧所需要的理论空气量为：
60.2605×（1+3.78）mol/kg=288.0452mol/kg（燃煤）
即标况下
288.0452×
m3N/kg=6.452
/kg（燃煤）
（2）理论烟气量（按照标准状况换算体积，下同）
理论上烟气的组成为CO254.131mol/kg；
H2O12.654+4.17=16.824mol/kg;
N260.2605×3.78+0.226=228.01mol/kg;
SO20.242mol/kg;
灰分222mol/kg
故理论干烟气量为：
（54.131+228.01+0.242）mol/kg=282.383mol/kg（燃煤）
282.383×
/kg=6.325m3N/kg（燃煤）
理论湿烟气量为：
（282.383+16.824）mol/kg=299.207mol/kg（燃煤）
299.207×
m3N/kg=6.702
/kg（燃煤）
（3）实际烟气量
空气过剩系数为1.2，可求：
实际干烟气量Vfg=理论干烟气量+理论空气量×（空气过剩系数-1）
=6.325+6.452×0.2=7.6154
/kg（燃煤）
实际湿烟气量Vfg=理论湿烟气量+理论空气量×（空气过剩系数-1）
=6.702+6.452×0.2=7.9924
/kg（燃煤）
（4）锅炉燃煤量：
式中：
D：
锅炉每小时的产汽量（kg／h）；
Q低：
煤的低位发热量（kcal/kg）
η：
锅炉的热效率（%）；
i2：
锅炉在某工作压力下的饱和蒸汽热焓（kcal/kg）；1.25MPa时为1400.4kJ/kgi1：
锅炉给水热焓（kcal/kg），一般给水温度取20℃，则i1=84.80kJ/kg，
则:
（5）标准状态下的总干烟气量：
标准状态下的总湿烟气量：
取设计烟气量为19000
/kg
3.2烟气中SO2的浓度计算
（1）SO2产污系数及其质量流量
二氧化硫产污系数：
（Kg/t）
式中：
SY-燃煤应用基含硫量，%
P-燃煤中硫的转化率（煤粉炉一般取0.9），%
Kg/t
脱硫装置入口烟气中的SO2质量流量可根据下面公式估算：
式中：
M（SO2）——脱硫装置入口烟气中的SO2质量流量，t/h
K——染料燃烧中硫的转化率（煤粉炉一般取0.9）
Bg——锅炉最大连续工况负荷时的燃煤量，t/h
q——锅炉机械未完全燃烧的热损失，%
Sar——燃料的收到基硫分，%
所以：
烟气中SO2的实测浓度为：
根据《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）的相关规定，需将实物浓度折算，规定说明燃煤锅炉，折算项目为烟尘，SO2，NOX排放浓度时，过量空气折算系数
=1.8
锅炉大气污染物过量空气系数折算排放浓度按下式计算：
式中C——折算后的烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度，g/
——实测的烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度，g/
α′——实测的过量空气系数
α——规定的过量空气系数
已知a=1.2，燃煤锅炉的过量空气折算系数a=1.8
所以折算后烟气中SO2的浓度：
3.3烟气SO2排放量的计算
《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》（HJ462－2009）对于65t/h以下工业锅炉脱硫装置的设计脱硫效率不宜小于80%的标准。
则每小时去除SO2的量为：
出口烟气中SO2的排放量为：
取烟囱出口处平均风速u为5.0m/s；烟囱出口处烟气流速不应低于该高度处平均风速的1.5倍，故取烟囱出口流速v为9.0m/s；取
为0.5;烟气出口处烟流温度Ts为155℃；烟囱高度取60m;烟囱出口内径D为2m。
根据霍兰德（Holland）公式得烟气抬升高度：
总高度H=60+11.53=71.53m
地面最大浓度
脱硫结果满足四川省《大气污染物排放标准》，亦满足《环境空气质量标准》的二级标准，即小于居民区大气中SO2最高允许的日平均浓度0.15mg/m3，脱硫效果良好。
4工艺设计
4.1工艺选择
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，而且广东地区镁源不足，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。
相对于以上三种工艺，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工艺选择的“技术成熟、经济合理、工程可行’”三统一原则，因此本方案采用双碱法脱硫工艺。
4.2吸收设备的选择
SO2吸收净化过程，处理的是低浓度SO2烟气，烟气量相当可观，要求瞬间内连续不断地高效净化烟气，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。
吸收设备中，喷淋塔液气比高，水消耗量大；筛板塔阻力较大，防堵性能差；填料塔防堵性能差，易结垢、黏结、堵塞，阻力也较大；湍球塔气液接触面积虽然较大，但易结垢堵塞，阻力较大；文丘里阻力大。
相比之下，旋流板塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点，适用于快速吸收过程，且除尘脱硫效率高。
因此，选用旋流板塔脱硫除尘器。
4.3工艺原理
（1）吸收反应
洗涤过程的主要反应式：
+
+
→2
洗涤液内含有再生后返回的
及系统补充的
在洗涤过程中生成亚硫酸钠。
2
+
→
+
+
→
+
在洗涤液中还含有
系烟气中的
与亚硫酸钠反应而生成。
2
+
→2
（2）再生反应
用石灰浆料进行再生时：
+
+
→2
+
↓
亚硫酸钙的一般形式为半水亚硫酸钙。
用石灰石粉再生时：
2
+
→
+
+
+1/2
（3）硫酸钠的去除
硫酸钠用硫酸酸化使其转变为石膏来去除。
+2
+
+3
→2
+2
加酸后，PH下降到2―3，使亚硫酸钙转化为亚硫酸氢钙而溶于溶液中，于是溶液中的
超过了石膏的溶度积，使石膏沉淀出来。
（4）氧化反应
在回收法中，最终产品是石膏，需将由再生反应应得到的亚硫酸钙氧化为石膏。
+
→
4.4脱硫系统工艺流程
4.5工艺组成
脱硫剂制备系统
脱硫剂制备系统主要包括：
石灰消化池、钠碱罐、搅拌器及相应的阀门、管道及管件等。
由成品石灰（粒径小于10mm（90％）的粉状石灰）运至厂里后手工加入石灰消化池进行消化，消化后的石灰浆液自流至再生池中进行脱硫液再生反应。
烟气系统
热烟气自锅炉出来后进入吸收塔，向上流动穿过喷淋层，在此烟气被冷却到饱和温度，烟气中的SO2等污染物被脱硫液吸收。
经过喷淋洗涤后的饱和烟气，经除雾器除去水雾后，通过烟道经引风机进入烟囱排空。
从锅炉出口至脱硫塔进口段的连接烟道采用A3钢制作，并根据需要设置膨胀节。
SO2吸收系统
在吸收塔内，脱硫液中的氢氧化钠与从烟气中捕获的SO2、SO3等发生化学反应，生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠等物质。
脱硫后的净烟气通过除雾器除去气流中夹带的雾滴后排出吸收塔。
SO2吸收系统主要由脱硫主塔、连接烟道（副塔）、喷淋层、组合式除雾器、预埋件及外部钢结构、冲洗系统组成。
5相关的设计计算
5.1脱硫剂液箱容量与设计
（1）石灰消化池
本设计采用化灰池搅拌器，得含固率为15%的石灰浆液，其密度为1.2t/m3，熟石灰的质量流量为26.46÷56×78=36.86kg/h。
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，熟石灰浆液箱容量为
所以设计V浆液箱为0.5m3。
尺寸：
直径φ=0.85m，高度h=0.86m。
（2）钠碱溶解池
钠碱溶解池的有效容积取1.5m3。
尺寸：
直径φ=1.23m，高度h=1.24m。
5.2增压风机
30t/h锅炉相当于24.5MW机组容量，参考HJ/T179-2005经验，机组容量在300MW以下，脱硫增压风机可选用高效离心风机，增压风机的风量为满负30t/h荷工况下烟气量的110%，增压风机的压头为脱硫装置在满负荷工况下并考虑10℃温度裕量下阻力的120%。
所以增压风机的风量为
正常状态下，烟气动过烟气管道、进口挡板、脱硫塔喷淋层、除雾板、烟气管道、出口挡板，整个系统压降为△P=△P管道+△P挡板+△P喷淋+△P除雾
△P管道约为210Pa
△P挡板约为2×5=10Pa
△P喷淋约为85Pa
△P除雾约为15Pa
所以△P=210+10+85+15=320Pa
5.3SO2吸收系统
5.3.1塔径及底面积计算
塔内流速：
设v=2m/s
底面积
5.3.2脱硫塔高度计算
液气比取L/G=2.1，烟气中水气含量设为4%
1循环水泵流量：
2塔底浆液区的高度：
塔底浆液区取泵5min的流量，则
3计算洗涤反应区高度：
停留时间取2.5秒，则洗涤反应区高度
反应区为二级喷淋，层间距2.2m
④除雾区高度取3.0米，所以，H3=3.0m
第一级除雾器距离最上一层喷淋层距离为1m
第二级除雾器距离第一级除雾器1m
第二级除雾器上端留有1.0m的间隙
⑤进气口烟气管道直径进气口烟气流速不超过15m/s
管道直径：
取管道直径D管道为0.8m所以管道烟气流速为13.4m/s
⑥脱硫塔总高度：
6附图
附图1双碱法烟气脱硫工艺流程图
附图2吸收塔系统
附图3吸收塔平面图
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