燃煤锅炉烟气的除尘脱硫工艺设计.docx
《燃煤锅炉烟气的除尘脱硫工艺设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《燃煤锅炉烟气的除尘脱硫工艺设计.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
燃煤锅炉烟气的除尘脱硫工艺设计
燃煤锅炉烟气的除尘脱硫课程设计
专业：
环境工程
班级：
B080703
学号：
B08070304
姓名：
曹书杰
指导老师：
高辉
前言………………………………………………………………………3
1设计任务书………………………………………………………………4
1.1课程设计题目……………………………………………………………4
1.2设计原始材料……………………………………………………………4
2设计方案的选择确定……………………………………………………4
2.1除尘系统选择的相关计算……………………………………………4
2.2旋风除尘器的工作原理、应用及特点………………………………6
2.3旋风除尘器的结构设计及选用|……………………………………6
2.4旋风除尘器分割粒径、分级效率和总效率的计算………………7
2.5脉冲袋式除尘器的工作原理、应用及特点……………………………7
2.6袋式除尘器的结构设计及选型………………………………………8
3除尘系统效果分析……………………………………………………8
4锅炉烟气脱硫工艺的论证选择…………………………………………9
5风机和泵的选用及节能设备……………………………………………13
7设计结果综合评价………………………………………………………14
前言
近20年来,随着国民经济的迅速发展,我国的SO2排放量连年增长,SO2的排放已导致许多地区出现了严重的酸雨现象,由此引起我国酸雨区不断扩大,造成全国每年经济损失1000亿元以上,接近当年国民生产总值的2%。
烟气脱硫是当前环境保护的一项重要工作。
在大气污染防治技术的研究开发方面，近年来我国取得众多成果，与此同时，大气污染的治理也取得了很大进展。
本次课程设计的题目是蒸发量为20t/h燃煤锅炉烟气脱硫除尘装置的设计。
主要涉及内容包括根据锅炉生产能力，燃煤量，煤质等数据计算烟气量，烟尘浓度和SO2浓度；根据排放标准论证除尘系统和确定旋风除尘器型号，并计算旋风除尘器各部分的尺寸；根据粉尘粒径分布数据计算所设计旋风除尘器的分割粒径，分级效率和总效率；确定二级除尘设备型号，计算设备主要尺寸；计算除尘系统的总除尘效率及粉尘排放浓度，并对烟气脱硫工艺进行论证选择，其中初步设计要求绘制除尘器结构图和烟气净化系统图各一张，设计深度为一般设计深度。
通过本次课程设计应掌握旋风除尘器和二级除尘设备袋式除尘器的工作原理，其中旋风除尘器的工作原理为含尘气流由进气管以较高的速度沿切向方向进入除尘器内在圆筒体与排气管之间的圆环内做旋转运动，尘粒在离心力的作用下，穿过气流流线向外筒壁移动，达到器壁后，失去其惯性，在重力和二次涡流的作用下，尘粒沿器壁向下滑动，直至排灰口排出。
设计标准主要参考《大气污染物排放限值》，工艺运行设计达到国家GB13271--91锅炉大气污染物排放标准。
除尘脱硫设计原则
（1）脱硫率>80%。
除尘效率>97%;
（2）技术较为成熟,运行费用低;（3）投资省;（4）能利用现有设施;（5）建造工期短,方便;（6）系统简便,易于操作管理;（7）主体设备的使用寿命>8ａ;（8）烟气脱硫以氧化镁为主要吸收剂,并充分利用锅炉排渣水的脱硫容量,达到以废治废,降低运行成本的目的。
能用于烟气脱硫和除尘的设备很多，但要满足运转稳定可靠、不影响生产同时去除且压力降较小等要求，以袋式除尘器和旋流板为宜。
1.设计任务书
1.1课程设计题目
设计蒸发量为20t/h的燃煤锅炉烟气的除尘脱硫装置
1.2.设计原始材料
1.煤的工业分析如下表（质量比，含N量不计）：
2.锅炉型号：
FG-35/3.82-M型
3.锅炉热效率：
75%
4.空气过剩系数：
1.2
5.水的蒸发热：
2570.8KJ/Kg
6.烟尘的排放因子：
30%
7.烟气温度：
473K
8.烟气密度：
1.18kg/m3
9.烟气粘度：
2.4X10-6pa·s
10.尘粒密度：
2250kg/m3
11.烟气其他性质按空气计算
12.烟气中烟尘颗粒粒径分布：
平均粒径/μm
0.5
3
7.5
15
25
35
45
55
>60
粒径分布/％
3
20
15
20
16
10
6
3
7
13.按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）中二类区标准执行：
标准状态下烟尘浓度排放标准：
≤200mg/m3；
标准状态下SO2排放标准：
≤900mg/m3；
2.设计方案的选择确定
2.1除尘系统选择的相关计算
（1）锅炉烟气含尘、含硫量计算
利用低位发热量、锅炉热效率、水的蒸发热求需煤量
蒸发量为20t/h的锅炉所需热量为
需煤量
设1kg燃煤时
燃料成分名称
可燃成分含量（﹪）
可燃成分的量（﹪）
理论需氧量/mol
废气中组分/mol
C
H
S
O
水
灰分
65.7
3.2
1.7
2.3
9.0
18.1
54.75
16
0.53
——
——
——
54.75
8
0.53
-0.75
——
——
54.75CO2
16H2O
0.53SO2
——
5H2O
——
合计
62.56
理论烟气量：
62.56+62.56×0.79/0.21=297.9（mol/kg）
在标准状态下的体积为：
297.9×22.4×10-3=6.67（m3/kg）
理论废气量：
62.56×0.79/0.21+54.75+16+0.53+5=311.62mol/kg
在标准状态下理论废气体积：
311.62×22.4×10-3=6.98（m3）
在标准状态下实际烟气体积：
6.98+6.67×（1.2-1）=8.31（m3）
SO2的浓度：
C=4082mg/m3
烟尘的浓度：
C=6534mg/m3
在473T时实际烟气量:
Q=47951m3/h
（2）烟尘的除尘效率计算
按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）,可以计算出
烟尘的除尘效率要达到：
≧97﹪
（3）SO2的脱硫效率计算
按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001），计算出
SO2的脱硫效率要达到：
≧78﹪
（4）方案初步设计
先用二级除尘系统除尘（一级预除尘用旋风除尘器、二级用袋式除尘器），再用旋流板塔氧化镁法脱硫。
注：
考虑到压损过大对除尘器的不利影响和对操作的要求高，作为一级预除尘除尘要求不高,因此，确定旋风除尘器型号时要求阻力不大于900Pa。
2.2旋风除尘器的工作原理、应用及特点
旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心力将尘粒从合尘气流中分离出来的除尘装置。
它具有结构简单，体积较小，不需特殊的附属设备，造价较低．阻力中等，器内无运动部件，操作维修方便等优点。
旋风除尘器一般用于捕集5-15微米以上的颗粒．除尘效率可达80％以上，近年来经改进后的特制旋风除尘器．其除尘效率可达95％以上。
旋风除尘器的缺点是捕集微粒小于5微米的效率不高,旋风除尘器内气流与尘粒的运动概况：
旋转气流的绝大部分沿器壁自圆简体，呈螺旋状由上向下向圆锥体底部运动，形成下降的外旋含尘气流，在强烈旋转过程中所产生的离心力将密度远远大于气体的尘粒甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和自身的重力沿壁面下落进入集灰斗。
旋转下降的气流在到达圆锥体底部后．沿除尘器的轴心部位转而向上．形成上升的内旋气流，并由除尘器的排气管排出。
自进气口流人的另一小部分气流，则向旋风除尘器顶盖处流动，然后沿排气管外侧向下流动，当达到排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流一同从诽气管排出，分散在其中的尘粒也随同被带走。
2.3旋风除尘器的结构设计及选用
1、尺寸计算
（1）烟气处理量：
Q=47951（m3/h）
（2）初步选用XLP/B型旋风除尘器，处理烟气量大，将选用10个并联
，取ξ=5.8
每个烟气处理量47951/10=4795.1（m3/h）
u=（2△P/ρξ）0.5=（2×900/（1.18×16.1））0.5=16.2m/s
在这里取u=16m/s
△P=876﹤900
进口面积A=Q/u=4795.1/16/3600=0.0832m2
根据XLP/B型旋风除尘器尺寸比例
入口宽度b=（A/2）0.5=0.203m
筒体直径D=3.33b=0.676m
参考XLP/B型旋风除尘器产品系列，取D=700mm,
（3）选型论证
a×b=0.0882m2
u=Q/A=15.1m/s
△P=ξu2ρ/2=780.2
因为采用的是并联，所以要乘一个压力系数变化780.2×1.1=859Pa﹤900Pa符合要求。
XLP/B型旋风除尘器外形尺寸:
型号
外形尺寸/mm
D
De
H1
H2
L
b
D3
质量/kg
XLP/B
700
350
630
1470
290.5
252
175
173.24
2.4XLP/B型旋风除尘器的分割粒径、分级效率和总效率的计算
bc50=0.27（μD/3.14（ρp-ρ）u=6（μm）
平均粒径/μm
0.5
3
7.5
15
25
35
45
55
>60
粒径分布/％
3
20
15
20
16
10
6
3
7
分级效率/％
13.3
35.9
54.9
70.9
81.9
87.9
91.6
94
100
总效率/％
67.2
经过预除尘后（一级处理），烟尘浓度是6534×（1-67.2﹪）=2144mg/m3
二级除尘的效率将要达到：
（2144-200）/2144=90.67﹪
2.5脉冲袋式除尘器的工作原理、应用及特点
常用袋式除尘器有简易袋除尘器、机械振打袋式除尘器、脉冲喷吹袋式除尘器和气环式袋式除尘器。
脉冲袋式除尘器有侧喷脉冲、顺喷脉冲、对喷脉冲、气箱脉冲、大型分室脉冲、旁插扁
袋脉冲、离线脉冲、环隙喷吹、回转清灰脉冲袋式除尘器等多种形式。
工作原理含尘空气进气口进入除尘箱，因气体突然扩张，流速骤然降低，颗料较粗的粉尘，靠其自重力向下沉降，落入灰斗。
细小粉尘通过各种效应被吸附在滤袋外壁，经滤袋过滤后的净化空气，通过文氏管进入上箱体，从出气口排出，被吸附在滤袋外壁的粉尘，随着时间的增长，越积越厚，除尘器阻力逐渐上升，处理的气体量不断减少，为了使除尘器经常保持有效状态，设备阻力稳定在一定的范围内，就需要清除吸附在滤袋外面的积灰。
消灰过程是由控制仪按规定要求对各个电磁脉冲阀发出指令，依次打开阀门，顺序向各组滤袋内喷吹高压空气。
于是，气包内压缩空气经由喷吹管的孔眼穿过文氏管进入滤袋（称为一次风）。
而当喷吹的高速气流通过文氏管——引射器的一刹那，数位于一次的周围空气被诱导同时进入袋内（称二次风）。
由于这一、二次风形成一股与过滤气流相反的强有力逆向气流射入袋内，使滤袋在一瞬间急剧从收缩——膨胀——收缩，以及气流反向作用，逐将吸附在袋壁外面的粉尘清除下来。
由于清灰时向袋内喷吹高压空气是在几组滤袋间依次进行的，并不切断需要处理的含尘空气。
所以在清灰过程中，除尘器的压力损失和被处理的含尘气体量都几何不变。
这一点就是脉冲袋式除尘器的先进性之一。
特点清灰方式作用强度很大，而且其强度和频率都可以调节，所以清灰效果好。
2.6袋式除尘器的结构设计及选型
根据粉尘的性质、处理气量和效率。
参考产脉冲喷吹袋式除尘器产品系列。
将选用LCPM型侧喷脉冲除尘器。
型号：
LCPM-384-24-2700
型号规格
滤袋长度（mm）
滤袋数（条）
分室数（个）
过滤面积m2
过滤风速（m/s）
处理风量
（m3/h）
设备阻力
（KPa）
设备重（kg）
LCPM64-4-2000
LCPM64-4-2700
20002700
64
4
48 64
1-3
2880-8640
3840-11520
0.6-1.2
28953050
LCPM96-6-2000
LCPM96-6-2700
20002700
96
6
72 96
4320-12960
5760-17280
42584580
LCPM128-8-2000
LCPM128-8-2700
20002700
128
8
96 128
5760-17280
7680-23040
49205380
LCPM160-10-2000
LCPM160-10-2700
20002700
160
10
120.5160
7200-21600
9600-28800
62706680
LCPM192-12-2000
LCPM192-12-2700
20002700
192
12
144192
8640-25920
11520-34560
73707890
LCPM224-14-2000
LCPM224-14-2700
20002700
224
14
168.5224
10080-30240
13440-40320
85509280
LCPM256-16-2000
LCPM256-16-2700
20002700
256
16
192256
11520-34560
15360-46080
980010760
LCPM320-20-2000
LCPM320-20-2700
20002700
320
20
240320
14400-43200
19200-57600
1240013600
LCPM384-24-2700
2700
384
24
288384
23040-69120
15900
LCPM448-28-2000
LCPM448-28-2700
20002700
448
28
336448
20160-60480
26880-80640
1710018500
LCPM512-32-2000
LCPM512-32-2700
20002700
512
32
38451224
23040-69120
30720-93160
1920021050
3除尘系统效果分析
经过二级除尘，总除尘效率达到96﹪，完全达到排放要求.一般经过二级除尘，效率都可以达到99.5%，同时压损也会很大，对滤袋、除尘仪器都有不利的影响，仪器的操作要求也会很高，运行耗能也会很大，实例说明在高效率时每降低一个百分点就会减少很大的压损，也考虑到后面要用湿法脱硫，对除尘也有一定的效率，所以降低除尘效率，降低压损，减少对滤袋、除尘仪器都有不利的影响，降低仪器的操作要求和运行耗能。
为企业创造更多的收益。
但选用型号除尘器后，要进行必要的改装，才可以达到要求。
4锅炉烟气脱硫工艺的选择
目前,世界上烟气脱硫工艺有上百种,但具有实用价值的工艺仅十几种。
根据脱硫反应物和脱硫产物的存在状态可将其分为湿法、干法和半干法3种。
湿法脱硫工艺应用广泛,占世界总量的85.0%,其中氧化镁法技术成熟,尤其对中、小锅炉烟气脱硫来说,具有投资少,占地面积小,运行费用低等优点,非常适合我国的国情。
采用湿法脱硫工艺,要考虑吸收器的性能,其性能的优劣直接影响烟气的脱硫效率、系统的运行费用等。
旋流板塔吸收器具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点,可以快速吸收烟尘,具有很高的脱硫效率。
（1） 下列将最成熟工艺石灰（石）/石膏湿法脱硫工艺和氧化镁脱硫法的特点作对比
①石灰（石）/石膏湿法脱硫工艺
石灰（石）/石膏湿法脱硫工艺是采用石灰石（CaCO3）或石灰（CaO）作脱硫吸收剂原料，经消化处理后加水搅拌制成氢氧化钙（Ca（OH）2）作为脱硫吸收浆。
石灰或吸收剂浆液喷入吸收塔，吸附其中的SO2气体，产生亚硫酸钙，进而氧化为硫酸钙（石膏）副产品。
该工艺的优点主要是：
A、脱硫效率高，在Ca/S比小于1.1的时候，脱硫效率可高达90％以上；
B、吸收剂利用率高，可达到90％；
C、吸收剂资源广泛，价格低廉；
D、适用于高硫燃料，尤其适用于大容量电站锅炉的烟气处理；
E、副产品为石膏，高品位石膏可用于建筑材料。
该工艺的缺点是：
A、系统复杂，占地面积大；
B、造价高，一次性投资大；
C、运行问题较多——由于副产品CaSO4易沉积和粘结，所以，容易造成系统积垢，堵塞和磨损；
D、运行费用高，高液/气比所带来的电、水循环和耗量非常大；
E、副产品处理问题——目前，世界上对该副产品处理，主要采用抛弃和再利用两种方法：
西欧和日本因缺乏石膏资源，所以用此副产品做建筑用石膏板，与此同时，当地建筑规范也为该产品的推广使用提供了方便。
但对副产品石膏的成分要求严格（CaSO4>96%）。
在美国，因天然石膏资源丰富，空地较多，过去一般采用抛弃处理。
在中国，天然石膏资源丰富，而石灰石的成分却很难保证，因此脱硫石膏的成分不稳定，建筑行业很难采用；对于建在城市近郊或工业区的需要脱硫的电厂，又很难容纳大量石膏渣液的抛弃，即使有空闲场地抛弃，从长远来讲，仍然可能造成固体废弃物的二次污染。
因而副产物处理存在问题。
F、由于该工艺技术成熟，运用广泛，目前国家有相应技术规范，但国家环保总局在脱硫技术指导文件中明确指出该种方法适用于大型电站锅炉的脱硫，中小锅炉运用存在规模不经济等问题。
G、为适应国内中小型锅炉的烟气脱硫，对该工艺进行了改造运用，减少脱硫剂制备和石膏生成系统尚可，但其他部分的或缺带来诸多问题，因此要谨慎用之。
②氧化镁脱硫法
氧化镁脱硫技术是利用氢氧化镁作为脱硫剂吸收烟气中的二氧化硫，生成亚硫酸镁，并通入空气将亚硫酸镁生成溶解度更大的硫酸镁。
氢氧化镁作脱硫剂具有反应活性大、脱硫效率高、液气比小等优点，因此具有综合投资低，运行费用低等特点。
氧化镁吸收SO2的湿法脱硫方式是目前适合于中、小型锅炉烟气脱硫技术最为成熟的脱硫方式之一。
综合氢氧化镁脱硫法具有以下四个特点:
A、氧化镁原料取得容易
目前包括在日本、首尔、东南亚地区、台湾地区等均有普遍使用的实绩和经验，而所使用的的氧化镁大部分均来自大陆地区。
我国拥有丰富的氧化镁资源，储量约为160亿吨，占全世界的80%左右，环渤海湾的山东、辽宁地区以及山西都有丰富的产量。
由于广泛地运用，使该技术相对于其他脱硫技术更加成熟。
B、MgO工艺也是技术成熟的脱硫工艺，该工艺在日本已应用了100多个项目，台湾的电厂约95﹪是.MgO法，美国波士顿的Mgstic电厂150Mw机组.MgO湿法脱硫1982年投产。
在中国深圳X玻璃厂，500T/D熔化炉排烟；珠海X集团90t/h燃油锅炉；湛江x公司320t/h锅炉；无锡X热电厂100t/h锅炉。
均采用湿式MgO法。
尚有更多MgO法脱硫工程在建设中。
C、MgO法脱硫效率达到90﹪~98﹪，因为MgO活性强，实例表明在相同操作条件下，MgO作为吸收剂比用CaCO3作为吸收剂时吸附效率高。
D、脱除等量的SO2消耗的MgO量仅为CaCO3的40﹪.
E、MgO法脱硫循环液呈溶液状，不易结垢，不会堵塞。
氧化镁湿法的脱硫产物硫酸镁是一种溶解度很大的物质，因此在吸收塔脱硫的反应过程中，不似石灰石（石灰）/石膏法会产生结垢或堵塞的问题。
F、脱硫后溶液，处理后可直接排放，无二次污染。
G、脱硫设备简单，操作简单，成本低。
脱硫系统包括熟化系统、吸收系统、废液处理系统，系统简单明了，现场布置简洁紧凑，系统运行安全可靠。
L、脱硫产物的用途
如果把MgO法脱硫工艺产物，不经氧化曝气则可以把浆液脱水湿渣，其组成MgSO360~70MgSO420~30溶解状，杂质10，湿渣可以作为农用肥料。
可直接作基肥，追肥和叶面肥。
植物正常发育的所需镁量，一般为干重5g/kg左右。
施用镁肥不仅可增加作物产量，还可改善产品品质，如镁肥对甘蔗、香蕉、烟叶产量和品质都有良好作用。
据调查本地区盛产甘蔗、香蕉。
根据全国土壤普查表明不少地区土壤缺镁比较严重，缺镁土壤面积巨大，大约占全国耕地面积的5.8，若对每亩地施镁肥，则每年需求镁肥量十分巨大。
通过对脱硫除尘工艺———湿法、半干法、干法的对比分析:
石灰石-石膏法虽然工艺非常成熟,但投资大,占地面积大,不适合中、小锅炉。
具有投资少、占地面积小、运行费用低等优点,因此,本方案选用氧化镁法脱硫工艺。
2）脱硫吸收器比较选择
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。
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。
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,且具有很高的脱硫效率。
因此,选用旋流板塔脱硫吸收器。
3）脱硫除尘原理
（1）氧化镁法脱硫原理
化镁法脱硫的主要原理:
在洗涤中采用含有MgO的浆液作脱硫剂,MgO被转变为亚硫酸镁（MgSO3）和硫酸镁（MgSO4）,然后将硫从溶液中脱除。
氧化镁法脱硫工艺有如下特点:
A、氧化镁法脱硫工艺成熟,目前日本、中国台湾应用较多,国内近年有一些项目也开始应用。
B、脱硫效率在90.0%～95.0%之间。
C、脱除等量的SO2,MgO的消耗量仅为CaCO3的40.0%。
D、要达到90.0%的脱硫效率,液气比在3～5L/m3之间,而石灰石-石膏工艺一般要在10～15L/m3之间。
E、我国MgO储量约80亿t,居世界首位,生产量居世界第一。
（2）旋流板塔吸收器脱硫原理
旋流板塔工作时，烟气由塔底从切向高速进入，在塔板叶片的导向作用下旋转上升。
逐板下流的液体在塔板上被烟气喷成雾滴状，使气液间有很大的接触面积。
液滴在气流的带动下旋转，产生的离心力强化气液间的接触，最后被甩到塔壁上，沿壁下流，经过溢流装置流到下一层塔板上，再次被气流雾化而进行气液接触。
由于塔内提供了良好的气液接触条件，气体中的SO2等酸性气体被碱性液体吸收的效果好；旋流板塔同时具有很好的除尘性能，气体中的尘粒在旋流塔板上被水雾粘附，并受离心力作用甩到塔壁而除去，从而具有较高的除尘除雾效率。
来自锅炉的含尘烟气首先切向进入塔底段，呈螺旋形上升到旋流板,从旋流板叶片间的开孔高穿过，将经特殊给液装置分配到各叶片上的洗涤溶液雾化，雾化后的洗涤溶液获得较高比表面积，并与废气接触完成脱硫除尘。
4）脱硫除尘工艺设计
（1）主要设计参数
主要设计参数:
处理烟气量47951m3/h;烟气温度150～160℃;脱硫除尘塔入口烟温150～160℃;脱硫除尘塔出口烟温55℃;脱硫塔入口烟气SO2浓度4082mg/m3 （计算值）;脱硫效率>83.0%（设计值
升级会员 