SHL1025型锅炉中硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计.docx
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SHL1025型锅炉中硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计
SHL10-25型锅炉中硫烟煤烟气袋式
除尘湿式脱硫系统设计
1引言
我国是煤炭资源十分丰富的国家，一次能源构成中燃煤占75%左右。
随着我
国经济的快速发展，煤炭消耗量不断增加，二氧化硫的排放量也日趋增多，造成二氧化硫污染和酸雨的严重危害。
据最新报道，1999年我国二氧化硫排放总量为1857万吨，其中工业来源为1460万吨，生活来源为397万吨。
酸雨区面积占国土面积的30%，主要分布在长江以南、青藏高原以东的广大地区及四川盆地。
对106个
城市的降水pH值监测结果统计表明，降水年均pH值低于5.6的有43个城市，占统计城市的40.6%。
统计的59个南方城市中，降水年均pH低于5.6的有41个，占69.5%。
酸雨使得森林枯萎，土壤和湖泊酸化，植被破坏，粮食、蔬菜和水果减产，金属和建筑材料被腐蚀。
空气中的二氧化硫也严重地影响人们的身心健康，它还可形
成硫酸酸雾，危害更大。
为防止二氧化硫和酸雨污染，1990年12月，国务院环委会第19次会议通过了《关于控制酸雨发展的意见》。
自1992年在贵州、广东两省，重庆、宜宾、等九个城市进行征收二氧化硫排污费的试点工作。
1995年8月，全国人大常委会通
过了新修订的《大气污染防治法》。
1998年2月17日，国家环保局召开了酸雨和二氧化硫污染综合防治工作会议。
这都说明我国政府高度重视酸雨和二氧化硫污染的防治。
国家环保局局长解振华指出：
“成熟的二氧化硫污染控制技术和设备是实现两控区控制目标的关键因素。
”他同时指出：
为了实现酸雨和二氧化硫污染控制目标，要加快国产脱硫技术和设备的研究、开发、推广和应用。
因此研究开发适合我国国情的烟气脱硫技术和装置，吸收消化国外先进的脱硫是当前的迫切任务。
能源工业是国民经济的基础，我国的能源结构以煤为主且在短期内难以改变。
煤炭的大量使用，造成严重的环境问题，其中SO是形成酸雨的主要物质之一，因
此燃煤脱硫对环境保护、社会效益、经济效益各方面非常重要。
我国从20世纪70年代开始电站锅炉的烟气脱硫技术的研究，但进展缓慢。
由于工业发展，燃煤增加，酸雨的危害日益严重，对SCO的污染控制技术在七五期间
被列入国家重点攻关项目。
此后经过多年努力，与引进技术相结合，建立了大型工业装置。
我国引进的技术虽然设备先进、运行稳定、自控程度高，但投资和运行费用极高，以目前我国的情况很难推广应用。
因此急需根据我国国情，开发适应我国市场需要的烟气脱硫技术，达到产业化应用。
二氧化硫控制方法多种多样，可以分为三大类：
（1）燃烧前脱硫，如洗煤等。
（2）燃烧中脱硫，如型煤固硫、炉内喷钙等。
（3）燃烧后脱硫，即烟气脱硫（FGD，是目前应用最广、效率最高的脱硫技术。
我国近年来大气污染严重，据国家环保局统计，1997年，我国的SO2排放量达2346万吨，超过美国及欧洲国家，成为世界SO排放第一大国。
1998年开始由于国家政策倾斜及环境问题越来越受到人们的重视，排放量开始下降，但大幅度控制SO排放仍迫在眉睫。
目前，控制SO排放的最有效途径是FGD技术，即烟气脱硫。
烟气脱硫技术一般分为湿法、干法、半干法三大类。
湿式脱硫除尘技术是由水、气、固三相工艺技术组成的一个系统，而不能仅仅把它看成是一个脱硫除尘器。
从推广应用角度来说，水系统的完好性，对发挥该技术在脱硫中的作用有着更为现实和重要的意义。
2工艺流程的选择及说明
脱硫除尘工艺设计说明：
双碱法烟气脱硫工艺主要包括吸收剂制备和补充系统，烟气系统，SO吸收系
统，脱硫产物处理系统四部分组成。
2.1吸收剂制备和补充系统
脱硫装置启动时用氢氧化钠作为吸收剂，氢氧化钠干粉料加入碱液罐中，加水配制成氢氧化钠碱液，在碱液罐中可以定期进行氢氧化钠的补充，以保证整个脱硫
系统的正常运行及烟气的达标排放。
为避免再生生成的亚硫酸钙、硫酸钙也被打入脱硫塔内容易造成管道及塔内发生结构、堵塞现象，可以加装曝气装置进行强制氧
化或将水池做大，再生后的脱硫剂溶液经三级沉淀池充分沉淀保证大的颗粒物不被打回塔体。
另外，还可在循环泵前加装过滤器，过滤掉大颗粒物质和液体杂质。
2.2烟气系统
锅炉烟气经烟道进入除尘器进行除尘后进入脱硫塔，洗涤脱硫后的低温烟气经两级除雾器除去雾滴后进入主烟道，经过烟气再热后由烟囱排入大气。
当脱硫系统出现故障或检修停运时，系统关闭进出口挡板门，烟气经锅炉原烟道旁路进入烟囱排放。
2.3S02吸收系统
锅炉烟气从烟道切向进入主塔底部，在塔内螺旋上升中与沿塔下流的脱硫液接触，进行脱硫除尘，经脱水板除雾后，由引风机抽出排空。
脱硫液从螺旋板塔上部进入，在旋流板上被气流吹散，进行气液两相的接触，完成脱硫除尘后从塔底流出，通过明渠流到综合循环池。
2.4脱硫产物处理系统
脱硫系统的最终脱硫产物仍然是石膏浆，从曝气池底部排浆管排出，由排浆泵送入水力旋流器。
由于固体产物中掺杂有各种灰分及硫酸钠，严重影响了石膏品质，所以一般以抛弃为主。
在水力旋流器内，石膏浆被浓缩（固体产量约40%之后用泵打到渣处理场，溢流液回流入再生池内。
3除尘器的设计原始数据
（1）锅炉型号：
SHL10-25即，双锅筒横置式链条炉，蒸发量10t/h，出口蒸汽压力25MPa
（2）设计耗煤量：
1.25t/h
（3）设计煤成分：
CY=64.5%HY=2%0Y=3%NY=1%SY=1.5%AY=18%
WY=10%VY=15%;属于中硫烟煤
假设燃烧1kg该燃煤，计算可得表1：
表4.1
1Kg
煤燃烧计算表
质量（g）
物质的量（
mol）
耗氧量（mol）
C
645
53.75
53.75
H
20
20
5
O
30
-0.94
-0.94
N
10
0.36
0
S
15
0.47
0.47
A
180
/
0
W
100
5.56
0
（4）
排烟温度：
160C
（5）
空气过剩系数=1.3
（6）
飞灰率=16%
（7）
烟气在锅炉出口前阻力
700Pa
（8）污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2014中新建排污
项目执行。
（9）连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度100m90°弯头20个。
4除尘器的设计及计算
4.1燃煤锅炉烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算
4.1.1标准状况下燃烧1kg煤的理论空气量
燃料与空气中的氧完全燃烧的化学反应方程式:
ywyw
CxHyOzSwxzO23.78xzN2
4242
yw
3.78xzN2Q
42
式中：
Q—燃烧热；
x、y、z、w—分别代表碳、氢、硫和氧的原子数
y
xCO?
H2。
zSQ^
2
4.1.2
4.1.3
门①53.7550.470.9458.28mol/kg煤
V。
58.2822.41305.47Lkg煤
Va01305.47
标准状态下燃烧
Va6.241.3
a
标准状态下燃烧
13.786240.15L
1kg煤的实际空气量
8.11m3.kg煤
1kg煤的理论烟气量
Vf°Vco2Vh2oVso2Vn2
53.75105.56
6.24m3
0.470.36
58.28
（式4.1）
（式4.2）
（式4.3）
（式4.4）
2243
3.786.51m3
1000
（式4.5）
4.1.4标准状态下燃烧1kg煤的实际烟气量
（式4.6）
Vfg6.518.11-6.248.38m3
4.1.5实际烟气含尘浓度
4.1.6160C时烟气量
VVfg
PT0
101325273160
8.3815.16m
88860273
（式4.8）
160C时实际烟气密度为:
§Top101325273160
PT088860273
4.1.7标准状态下烟气中的二氧化硫的浓度的计算
mSO0.476430.08g30080mg
30080
8.38
3589.49mg.m3
（式4.10）
（式4.11）
4.1.8标准状态下烟气中的飞灰的浓度的计算
（式4.12）
mA1800.1628.80g28800mg
4.1.9锅炉烟气流量
Q15.1610001.2518950m3h5.26m3s（式4.14）
4.2除尘设备结构设计及计算
4.2.1除尘器的选择及计算
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：
表4.2除尘器性能比较
简易袋式
30
中净化
机械振动袋式
90
中净化
要求滤料薄而光滑，质地柔软，再过滤面上生成
脉冲喷吹袋式
99
细净化
足够的振动力
清灰方式方式作用强度很大，而且其强度和频率
都可以调节，清灰效果好
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形式的袋式除尘器的优缺点，最终决定选逆喷脉冲袋式除尘器。
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。
影响因素：
过滤风速、滤料风速、滤料种类、清灰方式、入口含尘浓度、处理气体性质、净化物料种类等。
4.2.2
除尘效率
1
Ct
50
198.54%
（式4.15）
C0
3436.75
4.2.3
设计计算
锅炉烟气流量为：
18950mVh
进口烟气浓度等于灰尘浓度3436.75mg/m3
一般情况下的过滤气速如下：
简易清灰：
vf=0.20〜0.75m/min
机械振动清灰:
vf=1.0〜2.0m/min
逆气流反吹清灰：
vf=0.5〜2.0m/min
脉冲喷吹清灰:
vf=2.0〜4.0m/min
采用脉冲喷吹清灰式除尘器，其过滤速度取：
VF=3.0m/min
则可得烟气所要经过的总的滤袋面积为：
A^08450115.81m3（式4.16）
60vf603
设计袋的直径为：
D120mm
设计袋的高度为：
L3500mm
则可得每条滤袋的面积为：
s3.14DL3.140.123.51.3188m2
（式4.17）
可得所需滤袋的条数为：
n-1158188条（式4.18）
s1.3188
选用90条滤袋，重新计算气布比：
uF115.810.98mmin（式4.19）
1.318890
设计有一个滤室，每个滤室分2个组，则每个组有滤袋45条,分布为长方向上为9条滤袋，宽方向上为5条滤袋，一般袋与袋之间的距离为50—70mm此处设计中取袋与袋之间的距离为50mm即0.05m。
为了便于安装与检修，两个组之间留
500mn宽的检修通道。
边排滤袋与壳体间留出距离为300mm
由以上设计可得每个滤室的长为：
90.180.0520.50.323.7m
宽为：
50.140.050.321.3m
设灰斗短边与地面夹角为60°,灰斗底面为直径0.4m的圆筒，底面距地面0.5m,
计算灰斗高度：
h1.3-0.430.78m
2
滤袋上方的安装高度取0.8m,则除尘器的总高度为：
HLh1.00.83.50.781.00.86.08m（式4.20）
4.3脱硫设备结构设计及计算
4.3.1脱硫方法的选择
湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤SO烟气以除去SO的技术。
本设计为高浓度SO烟气的湿法脱硫。
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
单，吸收剂价廉易得，适用煤种范围广，所用设备简单等优点。
常用方法有石灰
石灰石吸收法，氢氧化钠吸收法，氨吸收法。
根据表4.3，湿法脱硫性能的比较，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，最终我们组选用石灰/石灰石吸收法进行脱硫。
表4.3湿法脱硫性能比较
项目
优点
缺点
石灰/石灰石吸
脱硫效率高，吸收剂资源广泛，价格低
系统复杂，占地面积大，造价高，
收法
廉，副产品石膏可用建筑材料
容易结垢，造成堵塞，运行费用
咼，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
高温下NaHSG转换成NatSO,丧
度特性更适用加热解吸过程，可循环利
失二氧化硫的能力
用，吸收速度快
氨吸收法
脱硫效率咼，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
4.3.2工艺简介
石灰石/石灰法湿法烟气脱硫是采用石灰石或石灰浆液脱除烟气中SQ的方法。
该方法开发较早，工艺成熟，吸收剂廉价易得，因而应用广泛。
它的反应原理是将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧
化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙
达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。
经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器
除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。
由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%
这个过程发生的反应机理如下表4.4:
表4.4湿法脱硫反应机理
反应
H2CO3CO2H2O
总反CaCO3SO2O.5H2O
CaSO30.5H2OCO2
CaOSQO.5H2O
CaSQO.5H2O
4.3.3吸收塔
吸收SO的吸收塔的选择，见下表4.5:
名
称
操作参数
优点
缺点
填
空塔气速2.0〜
结构简单，设备小，制造容易，
不能无水运行
料
5.0m/s，液气比0.5〜
占空间小，液气比小，能耗低；
1.0L/m3,压力损失
气液接触好，传质较以，可冋时
塔
200〜1000Pa
除尘、降温、吸收
自
液气比1〜10L/m3，喷
结构简单，制造容易，填料可用
不能无水运行
激
32
淋密度6m/（m•h）,
耐酸陶瓷，较易解决防腐蚀问
湍
压力损失500Pa/m，空
题，流体阻力较小，能量消耗低。
球
塔气速0.5〜1.2m/s
操作弹性较大，运行可靠。
塔
筛
空塔气速1.0〜
结构简单，空塔速度高，处理气
安装要求严格，塔板要求水平，
板
3.0m/s，小孔气速16〜
量大，能够处理含尘气体，可以
操作弹性较小，易形成偏流和
22m/s，也曾厚度40〜
同时除尘、降温、吸收，大直径
漏液，使吸收效率下降。
塔
60mm单板阻力300〜
塔检修时方便
600Pa，喷淋密度12〜
15m3/（m2•h）
喷
空塔气速2.5〜
结构简单，造价低，操作容易，
气液接触时间短，混合不宜均
淋
4.0m/s，液气比13〜
可以同时除尘、降温、吸收
匀，吸收效率低，液体经喷嘴
塔
30L/m3，压力损失
喷入，动力消耗大，喷嘴易堵
500〜2000Pa
塞，产生雾滴，需设除雾器
通过比较各种设备的性能参数，所以选用喷淋塔吸收二氧化硫。
434吸收塔内的流量计算
假设吸收塔内平均温度为80C，压力为120KPa则吸收塔内烟气流量为:
式中：
QV—吸收塔内烟气流量，m3/s；
Q—标况下烟气流量，m3/s；
435吸收塔的塔径计算
7C
取塔径
D02000mm
4.3.6吸收塔的高度计算
吸收塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。
（1）吸收区高度
依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得，选择喷淋塔喷气液反应时间t=4s，
（式4.24）
则喷淋塔的吸收区高度为：
Hivt3412m
（2）除雾区高度
除雾器设计成两段。
每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。
最下层冲洗喷嘴距最上
层（3.4〜3.5）m，则取除雾区高度为：
出3.5m
（3）浆池高度
浆池容量V按液气比浆液停留时间ti确定：
VLGQti（式4.25）
式中：
LG—液气比，一般为15〜25L/m3，本设计取18Lm3;
Q—标况下烟气量，m[h;
1—浆液停留时间，s;一般t|为4min~8min，本设计中取值为6min。
则浆池容积为：
V1181031895066034.11m3
选取浆池直径等于或略大于吸收塔D。
，本设计中选取的浆池直径U为2m然
后再根据M计算浆池高度：
he
4V1
D12
（式4.26）
式中：
he—浆池高度，m;
V—浆池容积，m3；
D1—浆池直径，m。
ho
434.11
4n00m
2IU.86
3.142
从浆池液面到烟气进口底边的高度为
0.8〜2m>
本设计取2m
（4）吸收塔高度
HtH1H2h0
12
3.510.86
26.36m
（式4.27）
4.4烟囱设计及计算
4.4.1烟气释放热计算
Qh0.35Pa
Qv
△T
Ts
（式4.28）
式中：
Qh—烟气热释放率，kw；
Pa—大气压力，近似取888.6hPa；
Qv—实际排烟量，m3/s
Ts—烟囱出口处的烟气温度，160C=433K
环境大气压下的烟气流量:
4.4.2烟囱直径计算
升，出口流速应在20〜30m/s,取20m/s。
则有
求得D=0.80m取烟囱直径为D为800mm
4.4.3烟气抬升高度计算
式中：
s—烟囱出口流速，取20m/s;
D—烟囱出口内径，m；
u—烟囱出口处平均风速，朔州当地年平均风速为2.5-4.5m/s,取3m/s.
2（1.5200.800.011004.57）…c
△H22.70m
3
444烟气几何高度计算
根据锅炉的蒸发量，然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定确定烟囱高度。
表4.6锅炉的蒸发量与烟囱高度的关系
锅炉总锅炉的蒸发量（t/h）
<1
1~2
2~6
6~10
10~20
26~35
烟囱最低高度（m）
20
25
30
35
40
45
由设计任务书上可得所有锅炉的总的蒸发量为10t/h。
通过上表可以确定烟囱
的几何高度为：
Hs40m
4.4.5烟气有效高度计算：
H出H4022.7062.70m（式4.32）
4.4.6烟气阻力计算
标准状况下的烟气密度为1.46kg/m3，则可得在实际温度下的密度为:
式中：
入一摩擦阻力系数，无量纲，本处取0.02;
v—管内烟气平均流速，m/s；
I—烟囱长度，m；即H.
2
62.700.9219.882
0.602
4.4.7烟气高度校核
氧化硫排放的排放速率:
式中：
竺一为一个常数，一般取0.5:
1,此处取0.5;Pz
239610003
Pmax20.50.04mg/m
362.70e
查得国家环境空气质量二级标准时平均SC2的浓度为0.5mg/m3,设计符合要求
4.5管道系统设计计算
4.5.1管径的计算
式中：
v—烟气流速m/s（对于锅炉烟尘v=10〜15m/s）本设计取为15m/s。
圆整并选取峰值：
表4.7钢制板风管
外径D/mm
外径允许偏差/mm
壁厚/mm
700
±1
0.12
内径d1=700-2x0.12=699.76mm
404526
烟气流速v一2--—213.68m/s（式4.39）
d3.140.69976
由此可知，除尘器的管径设计合理。
4.5.2摩擦阻力损失计算
根据流体力学原理，空气在任何横截面形状不变的管道内流动时，摩擦阻力
式中：
v—管内烟气平均流速，m/s;
I—管道长度，100m
2
APm
0.0210013.680.92
20.7
2
烟气管道局部阻力损失可按下式计算：
ApnZ-^（式4.41）
式中：
n—弯头个数，20个；
Z—局部阻力系数，无量纲;
p—烟气密度，kg/m3;
v—管内烟气平均流速，m/s;
在烟气管道中采用90°弯头，其局部阻力损失系数Z0.25，所以管道局部阻
力损失为：
Ap200.250.9213.68430.43Pa
2
管道总阻力损失p为：
Ap245.96430.43679.39Pa
4.5.3系统总阻力计算
系统的总阻力包括烟气在锅炉出口前的阻力（取7oopa、烟囱阻力、管道总
阻力与脱硫设备的阻力之和。
查相关资料，脱硫设备的阻力为500Pa,除尘的阻力
为1500Pa,则系统总压力损失为
P系统锅炉出口前阻力烟囱阻力管道总阻力脱硫设备阻力除尘阻力
5风机电机的选择
5.1风机的选择
5.1.1风机风量的计算
选择通风机的风量按下式计算：
qv,0（1K1）qv
式中：
qv—管道计算的总风量，m3/h;
K1—考虑系统漏风所附加的安全系数，取0.1
qv,o（10.1）2084522929.5m3/h
5.1.2风机风压的计算
选择通风机的风压按下式计算：
Ap（1K2）p旦
P
式中：
Ap—管道计算的总压力损失，Pa;
（式5.1）
（式5.2）
K2—考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数，
管道取0.1〜0.15，本设计取0.12;
p—标定状态下的空气密度，对于引风机p00.745kg/m3;
p—运行工况下进入通风机时的气体密度
5.2电机的选择
5.2.1系统总阻力计算
NKqv0P°（式
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