燃煤锅炉烟气的除尘脱硫工艺设计.docx

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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

班

学

姓

业：

环境工程

级：

 B080703

号：

 B08070304

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

- 2 -

前言

近 20 年来,随着国民经济的迅速发展,我国的 SO 排放量连年增长, SO 的排

22

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。

- 3 -

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）：

低位发热量

C

H

S

O

灰分 水分

65.718.1

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：

2.4X10-6 pa·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

粒径分布/％

0.5  3

3    20

7.5

15

15

20

25

16

35

10

45

6

55

3

>60

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

4

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

2570.8 ⨯ 20 ⨯ 103 = 51.4 ⨯ 10 6 KJ / h

需煤量

51.4 ⨯106

20939⨯ 75%

设 1kg 燃煤时

= 3.3 ⨯103 （Kg / h）= 3.3t / h

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

——

——

54.75 CO2

16 H2O

0.53 SO2

——

5 H2O

——

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=47951 m3/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） SO 的脱硫效率计算

2

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。

5

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

ρ ξ）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=15.1 m/s

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=859

6

Pa﹤900 Pa 符合要求。

XLP/B 型旋风除尘器外形尺寸:

型

外形尺寸 /mm

号

XLP/B

D

700

De

350

H1

630

H2

1470

L

290.5

b

252

D3

175

质量/kg

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（μ D/3.14（ρp-ρ ）u=6（μm）

平均粒径/μm

粒径分布/％

0.5

3

3

20

7.5

15

15

20

25

16

35

10

45

6

55

3

>60

7

分级效率/％13.335.9

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﹪）=2144 mg/ 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

7

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

滤袋

数

分室

数

过滤 面

积 m2

过 滤

风 速

处理风量

（m3/h）

设备阻

力

设备重

（kg）

（mm）

（条）

（个）

（m/s）

（KPa）

LCPM64-4-2000

LCPM64-4-2700

2000

2700

64

4      48 64

2880-8640

3840-11520

2895

3050

LCPM96-6-2000

LCPM96-6-2700

LCPM128-8-2000

LCPM128-8-2700

LCPM160-10-2000

LCPM160-10-2700

LCPM192-12-2000

2000

2700

2000

2700

2000

2700

2000

96     6      72 96

128    8      96 128

160    10     120.5 160

192    12     144 192

4320-12960

5760-17280

5760-17280

7680-23040

7200-21600

9600-28800

8640-25920

4258

4580

4920

5380

6270

6680

7370

LCPM192-12-2700

2700

1-3

11520-34560

0.6-1.2

7890

LCPM224-14-2000

LCPM224-14-2700

LCPM256-16-2000

LCPM256-16-2700

LCPM320-20-2000

LCPM320-20-2700

2000

2700

2000

2700

2000

2700

224    14     168.5 224

256    16     192 256

320    20     240 320

10080-30240

13440-40320

11520-34560

15360-46080

14400-43200

19200-57600

8550

9280

9800

10760

12400

13600

LCPM384-24-2700

LCPM448-28-2000

2700

2000

384

448

24

28

288 384

336 448

23040-69120

20160-60480

15900

17100

LCPM448-28-2700

LCPM512-32-2000

LCPM512-32-2700

2700

2000

2700

512    32     384

51224

26880-80640

23040-69120

30720-93160

18500

19200

21050

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

8

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

9

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

10

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 MgSO3 60~70 MgSO4 20~30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%。

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