课程设计--DZL2-13型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统的设计.doc

1、 大 气 课 程 设 计 报 告 书大气污染控制工程课程设计 目录1 设计方案的选取31.1 确定工艺31.2 工艺流程简图31.3 与其他工艺的比较32 基本参数计算52.1 烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算52.1.1 烟气流量的确定52.1.2 烟气浓度的计算62.1.3 二氧化硫浓度的计算62.2 除尘及脱硫效率的计算62.2.1二氧化硫及烟尘排放量的确定62.2.2 效率的计算73袋式除尘器的选型与计算73.1 袋式除尘器的选型73.1.1 清灰方法的选择与比较73.1.2 滤料的选取93.1.3 滤袋形状及进气方式的选择93.1.4 清灰方式的选择103.2 袋式除尘器的相关计算1

2、03.2.1 处理气量的确定103.2.2 过滤风速的选取113.2.3 过滤面积的计算113.2.4 单条滤袋的面积113.2.5 滤袋的数量123.3 根据计算选择袋式除尘器124 填料塔的计算134.1 基本参数134.2物料衡算144.3 填料塔工艺尺寸的计算154.3.1 塔径的计算154.3.2 填料层高度的计算164.4 填料层压降的计算174.5 附属装置的选择194.5.1 液体分布器选取194.5.2 除雾器的选择194.5.3 液体再分布器的选取205 管径的确定206 系统阻力的计算206.1 摩擦压力损失216.2 雷诺数的计算216.3 摩擦压力损失的计算226.4

3、 弯头的阻力损失226.5 管道上渐扩管的阻力损失236.6 系统总阻力的计算267 风机和电动机的选择与计算267.1 标准状态下的风机风量的计算267.2风机的选择268 烟囱的设计278.1 烟囱直径的计算278.2 烟囱底部直径288.3 烟囱的抽力28参考文献301 设计方案的选取1.1 确定工艺 由于方案设计要求为DZL2-13型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统的设计，所以除尘方式为袋式除尘器，主要确定湿式脱硫工艺。经过多方面资料的查询确定我们的选用双碱法脱硫工艺。1.2 工艺流程简图 图1 工艺流程图1 锅炉 2 袋式除尘器 3 灰斗 4 烟囱 5 气气热交换器 6 除雾器

4、 7 填料塔 8 缓冲箱 9 配药箱 10 石灰仓 11 中间仓 12 熟化室 13 石灰反应器 14 浓缩池 15 过滤池1.3 与其他工艺的比较 湿法烟气脱硫，特点是脱硫系统位于烟道的末端、除尘器之后，脱硫过程的反应温度低于露点，所以脱硫后的烟气需要再加热才能排出。由于是气液反应，其脱硫反应速度快、效率高、脱硫剂利用率高，如用石灰做脱硫剂时，当CaS=1时，即可达到90%的脱 硫率，适合大型燃煤电站的烟气脱硫。但是，湿法烟气脱硫存在废水处理问题，初投资大， 运行费用也较高。 以下是各种湿法脱硫工艺的优缺点分析对比： 石灰石/石膏法的主要优点是：适用的煤种范围广、脱硫效率高（有的装置Ca/S

5、=1时，脱硫效率大于90%）、吸收剂利用率高（可大于90%）、设备运转率高（可达90%以上）、工作的可靠性高（目前最成熟的烟气脱硫工艺）、脱硫剂石灰石来源丰富且廉价。但是石灰石/石膏法的缺点也是比较明显的：初期投资费用太高、运行费用高、占地面积大、系统管理操作复杂、磨损腐蚀现象较为严重、副产物石膏很难处理（由于销路问题只能 堆放）、废水较难处理氧化镁法，一些金属氧化物如MgO、MnO2和ZnO等都有吸收SO2的能力，可利用其浆液或水溶液作为脱硫剂洗涤烟气脱硫。我国氧化镁资源丰富，可考虑此法要求必须对烟气进行预先的除尘和除氯，而且该过程中会有8%的MgO流 失，造成二次污染。 氨法脱硫工艺副产品

6、硫酸铵的销路和价格是氨法工艺应用的先决条件，这是由于氨法所采用的吸收剂氨水价格远比石灰石高，其吸收剂费用很高，如果副产品无销路或销售价格低，不能抵消大部分吸收剂费用，则不能 应用氨法工艺，此外氨水来源也是选择此工艺的必要条件，由于以上缺点在这里我们不选用该处理方法。 海水脱硫法，工艺简单，无需脱硫剂的制备，系统可靠可用率高，根据国外经验，可用率保持在100%脱硫效率高，可达90以上；不需要添加脱硫剂，也无废水废料，易于管理；与其他湿法工艺相比，投资低，运行费用也低，但只能用于海边电厂，且只能适用于燃煤含硫量小于1.5的中低硫煤。 双减法脱硫工艺：克服了石灰石-石膏法容易结垢的缺点，并进一步提高

7、脱硫效率而发展起来的。要先用碱金属盐类如钠盐的水溶液吸收SO2，然后在另一个石灰反应器中用石灰或石灰石吸收SO2的吸收液再生，再生的吸收液返回吸收塔再用。而SO2还是以亚硫酸钙和是高的形式沉淀出来。由于其固体的产生过程不是发生在吸收塔中的，所以避免了石灰石-石灰法的结垢问题。 双碱法比传统的湿法脱硫有以下优点：（1）以钠碱作为吸收剂，系统一般不会产生沉淀物；（2）吸收剂的再生和脱硫渣的沉淀发生在脱硫塔以外，避免了塔德堵塞和磨损 提高了运行可靠性，降低了操作费用（3）钠基吸收液吸收SO2速度快，故可用较小的液气比，达到较高的脱硫率。缺点是：NaSO3氧化副反应产物Na2SO4较难再生，需不断的补

8、充NaOH或Na2CO3而增加碱的消耗量。另外，Na2SO4的存在也将降低石膏的质量。总之，双碱法脱硫技术是国内外运用的成熟技术，是一种特别适合中小型锅炉烟气脱硫技术，具有广泛的市场前景。经过多方面的比较我们选用双碱法作为最终的脱硫工艺。2 基本参数计算2.1 烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算2.1.1 烟气流量的确定以1kg煤燃烧为基础组分重量(g)摩尔数(mol)需氧量(mol)产物量(mol)C65054.16754.16754.167H40401020O231.438-0.719-N70.5-S341.0631.0631.063H2O1005.556-5.556灰分14-挥发分86-标

9、准状态下理论需氧量为:54.167+10-0.719+1.063=64.511 mol/kg标准状态下理论N2量:因为空气中N2:O23.76:1所以标准状态理论N2量为：64.5113.76=242.5614 mol/kg标准状态下理论产物量:54.167+20+1.063+5.556=80.786 mol/kg标准状态下理论烟气量=理论N2量为+产物量=242.5614+80.786=323.3474 mol/kg标准状态下理论空气量:64.5114.76=307.0724 mol/kg标准状态下实际空气量=标准状态下理论空气量a (空气过剩系数=1.2)=307.07241.2=368.

10、487 mol/kg标准状态下实际干烟气量=标准状态下理论烟气量+标准状态下过剩空气量=标准状态下理论烟气量+(标准状态下实际空气量-标准状态下理论空气量)=323.3474+368.487-307.0724=384.76 mol/kg=384.76=8.6 m3/kg水分含量=12.9668.937522.4181000=0.14 m3/kg标准状态下实际湿烟气量Qy=标准状态下实际干烟气量+水分含量 =8.6+0.14= 8.74m3/kg2.1.2 烟气浓度的计算 mg/h标准状态下烟气含尘浓度（/m3）式中: Qy 标准状态下实际烟气量, m3/kg；A 煤中不可燃成分的含量(此处1k

11、g煤中含A 150g)dSh 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数，%。 C=2.56103 mg/m32.1.3 二氧化硫浓度的计算标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 （mg/）式中: QY 标准状态下燃煤产生的实际烟气量, m3/kg；S 煤中可燃硫的质量分数，%。CSO2= = 7.78103 mg/m32.2 除尘及脱硫效率的计算2.2.1二氧化硫及烟尘排放量的确定 首先确定烟囱高度通过烟囱高度确定污染物排放量。确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（表2）确定烟囱的高度。 表2 锅炉烟囱高度表锅炉总额定出力/（t/h）11226610

12、10202635烟囱最低高度/m202530354045由于本设计中锅炉的的总定额出力为2t，所以烟囱的高度为为30m，本方案设计中选烟囱的高度为30m，若烟囱高度达不到GB132712001表4锅炉房烟囱最低允许高度（4t锅炉烟囱高度最低35m，6t锅炉烟囱高度最低40m）的要求，其排放标准值按50%执行. 本设计中烟囱高的未达到标准则按排放标准的50%执行，且锅炉大气污染排放标准（GB13271-2001）中二类区执行标准为：烟尘浓度排放标准（标准状况下）：200/二氧化硫排放标准（标准状况下）：900/则，设计中烟尘浓度排放标准（标准状况下）：100/ 二氧化硫排放标准（标准状况下）：4

13、50/2.2.2 效率的计算烟尘去除效率为：=脱硫效率：= 100% =94.223袋式除尘器的选型与计算3.1 袋式除尘器的选型3.1.1 清灰方法的选择与比较 袋式除尘器清灰方法有手工清灰、机械清灰和脉冲喷吹清灰等几种。手工清灰方式适用于烟气量比较小的除尘设备的青灰，并且清灰的周期不易确定，并确人为清灰存在一定的安全隐患，所以在这里我们不选用该清灰方式。振动清灰方，利用机械装置阵打或摇动悬吊滤袋的框架,使滤袋产生振动而清落灰尘,圆袋多在顶部施加振动,使之产生垂直的或水平的振动,或者垂直或水平的两个方向同时振动,施加振动的位置也有在滤袋中间的位置的.由于清灰时粉尘要扬起,所以振动清灰时常采用

14、分室工作制,即将整个除尘器分隔成若干个袋室,顺次地逐室进行清灰,可保持除尘器的连续运转.进行清灰的袋室,利用阀门自动地将风流切断,不让含尘空气进入.以顶部为主的振动清灰,每分钟振动可达数百次,使粉尘脱落入灰斗中。振动清灰方式的机械构造简单，运转可靠，但清灰作用较弱，适用于纺织布滤袋。脉冲喷吹清灰方式，即固定滤袋用的多孔板（花板）设在箱体的上部，在每排滤袋的上方有一喷吹管，喷吹管上对着每一滤袋的中心开一压气喷射孔（嘴），喷吹管的另一端与脉冲阀、控制阀等组成的脉冲控制系统及压缩空气储气罐相连接，根据规定的时间或阻力值，按自动控制程序进行脉冲喷吹清灰。滤袋多采用外滤式，内侧设支撑骨架，粉尘被捕集而沉

15、降在滤袋的外侧的表面。清灰时的一瞬间，当高速喷射气流通过滤袋顶端时，能诱导几倍于喷射气量的空气，一起吹向滤袋内部，形成空气波，使滤袋由上向下产生急剧的膨胀和冲击振动，产生很强的清落粉尘的作用。脉冲周期可以调整，一般为1分钟到几分钟。根据脉冲喷吹气流与净化气流的流动方向，有顺喷式、逆喷式和对喷式三种方式。顺喷式为两种气流方向一致，净化后清洁空气由滤袋底部排出：对喷式实际是把滤袋分为两部分，一半对喷，另一半顺喷。在喷吹时，被清灰的滤袋不起捕尘作用，因喷吹时间很短，且滤袋是一排一排第一次进行喷吹清灰，几乎可以把捕尘作业看作是连续进行的，因此可以采取分室结构进行离线清灰，也可以不分室进行在线清灰。脉冲

16、清灰作用较强，清灰效果较好，可提高过滤风速。其强度和频率都是可以调节的，清灰作用于大气压文氏管构造以及射流中心线和滤袋中心线是否一致等因素有关。滤袋较长时，使用较好的喷吹装置同样可以获得良好的清灰效果。由于清灰作用强，对于粘类滤料也是有效的。毡类滤料的使用也开始广泛起来。毡类滤料，从微观角度来看，整体都可，用于有效过滤，所以，其表观过滤速度可比纺织布高，从而使装置小型化。而且脉冲喷吹清灰的清灰过程不中断滤料工作，能实现粘附性强的粉尘脱落，清灰时间间隔短，可选用较高的过滤速度。 所以在本方案设计中选用脉冲喷吹式带式除尘器。3.1.2 滤料的选取由于锅炉出口处烟气温度为160,要求填料有较高的耐高

17、温性能和耐氧化性能，综合各方面因素和比较我们筛选出两种滤料可以满足本方案设计的要求，它们的详细资料如下： 表3 滤袋性质 种类 性能 名称密度使用温度耐热性抗拉强度/MPa断裂延伸率/%耐磨性耐腐蚀性可燃性最高最低干热湿热有机酸无机酸碱合成纤维聚四氟乙烯2.3280300BB3313BAAA无机纤维玻璃纤维2.54315AA14515835EAAB不燃 通过参考各种相关资料和综合分析，由于聚四氟乙烯价格较贵，虽然它和玻璃纤维一样能满足本方案要求，但为了节省资金我们最终选用玻璃纤维作为袋式除尘器的滤料。3.1.3 滤袋形状及进气方式的选择3.1.3.1 滤袋形状的选择 滤袋按形状可以分为圆袋式除

18、尘器和扁袋式除尘器两种。 圆袋式除尘器：直径一般为120300mm，高度一般为23m。长径比一般为1025，最大可以达到40，滤袋长径比和过滤风俗有关，可以按下表选用 表4 过滤风速选取表过滤风速/(m/min)1.5滤袋长径比（e/d)302520 优点：圆袋的支撑骨架及连接简单，清灰容易，维护管理也比较方便，所以应用非常广泛。 扁袋式除尘器：滤袋为扁平型，厚度及履带间隙为2550mm，高度为0.61.2m,深度为300500mm；最大优点是：单位容积的过滤面积大，但是清灰、检修、换袋很复杂，因此应用范围受限。3.1.3.2 进气方式与过滤方式的选择进气方式有上进气和下进气两种方式。采用上进

19、气时，粉尘的沉降速度与气流速度相重叠，能在滤袋上形成较均匀的粉尘层，过滤性能好，但配气室设在上部，是除尘器高度增加，并有积灰现象。采用下近期方式时，粗尘粒可直接沉降于灰斗中，降低了滤袋的负荷与磨损。但由于气流方向与灰尘下落方向相反，清灰后的细尘会重新沉积与滤袋表面，降低了清灰效果。过滤方式有外虑和内虑两种方式，如图1所示。内虑式是使含沉气流进入滤袋内部，粉尘被阻留于滤袋内表面，净化气穿过滤袋逸至袋外，袋外干净，便于换袋与检修，且袋内无骨架，减少了滤袋的磨损，但滤袋扭曲较大，仅适用于机械振打与逆气流清灰方式；外虑气流方向则相反，滤袋内必设骨架，适于脉冲喷吹、高压气流喷吹清灰方式，但滤袋与骨架磨损

20、较大。 由以上分析，本设计方案选用下进气上排气外虑式进气方式和过滤方式！3.1.4 清灰方式的选择 清灰方式有人工清灰、机械清灰；逆气流、气环清灰；脉冲喷吹；反吹风与振动结合等几种。一般反吹与振动为间歇式，即清灰时切断气流。气流和脉冲为连续式，即清灰时不切断气流，但气环反吹对滤袋磨损很快，气环相与传动构件易发生故障，目前使用较少。 本设计方案选用脉冲喷吹方式进行清灰。3.2 袋式除尘器的相关计算3.2.1 处理气量的确定从锅炉流出的烟气在进入除尘器时，由于除尘器的密封不严等原因使进入除尘器的烟气流量变大，即除尘器本身存在漏风率，除尘器的漏风附加率一般为10%15%，本方案中取漏风率为13%，工

21、况下烟气流量Q/=(m3/h)=5016(m3/h)则烟气的流量为由前面计算可知： 所以： 3.2.2 过滤风速的选取 风速的大小与含尘气体的性质、织物的类别及粉尘的性质有关。一般脉冲袋式除尘器的过滤风速在24m/min，经过参考相关袋式除尘器的设计实例，本设计采用的过滤风速为3m/min3.2.3 过滤面积的计算总过滤面积的计算公式为：S总过滤面积，；S1滤袋工作部分的过滤面积，S2滤袋清灰部分的过滤面积，Q通过除尘器的总气体量，过滤速度，滤袋清灰部分的过滤面积是指滤袋没用来过滤的面积，一般占滤带面积的5%10%，本方案计算中取8%；所以：3.2.4 单条滤袋的面积Sd单条圆形滤袋的公称面积

22、，m2D滤袋直径，mL滤袋长度，m由前面描述可知：滤袋120mm300mm，在此选D=150mm滤袋长度（即高度）L一般为23m,在此选L=2.5m所以：3.2.5 滤袋的数量 由前面计算出的总过滤面积和单条滤袋的面积既可以求出履带条数3.3 根据计算选择袋式除尘器 由前面的计算，参阅除尘设计工程手册，本方案设计中我们选用了LSB48-I、I/A型脉冲袋式除尘器，其基本参数如下： 表5 LSB48-I、1/A型脉冲袋式除尘器技术性能 型 号处理烟气量 (m3) 除尘效率 （%） 本体 阻力（Pa）过滤面积（m2）滤 袋数 量 (条)脉冲阀数 量（个）LSB48-I、1/A543013570 9

23、9.50.61.2 45 48 8过滤风速（m3/min）气源压力（kPa） 滤袋规格（长宽高）（mm）脉冲控制仪表 最大外形尺寸（长宽高）（mm）设备质量 （kg） 251962941202500电控或气控180014004550 1370.70 表6 LSB48-I、1/A型脉冲袋式除尘器的外型尺寸（mm） A B e D L E ab=c a1 b116401360 380 3001720 1500 16100=1600 110120 A1 B1 E1 y x F a2b2=c2 h A2 16801600 120 38 4 1100 14100=1400 119 220 B2 E2 A

24、3 B3 E3 a18 a3b3=c3 a2 150 95 436 356 100 36 2100=200 204 填料塔的计算 由前面的计算的体积分数为0.0023，可知用纯水吸收氨的方式在此不再适用，所以需用化学吸收的方法来处理废气中的，常用的化学吸收方法有双碱法、石灰石吸收法、氢氧化镁洗手法等在综合考虑各种因素的前提下，本方案选用双碱法处理废气中的又本方案进入填料塔时温度范围为6080，计算时全部按70时溶液的相应参数来算对低浓度吸收过程，选用5%的NaOH作为吸收剂。混合气体的黏度可近似取为烟气空气的黏度。综合考虑实验条件的要求，本方案采用金属鲍尔环（乱堆）做填料，其基本性能参数如下：

25、 表7 填料性质金属鲍尔环实际尺寸比表面积空隙率堆积密度填料因子关联系数38mm=92/mA=0.1K=1.754.1 基本参数烟气和5%的NaOH溶液在70的物性常数如下：烟气：NaOH溶液：在碱液中的扩散系数为:烟气的流量为,本方案要求烟气中的去除效率为93%,计算时按去除效率为95%算混合气体的黏度近似取70时的空气密度查手册空气中的扩散系数由手册查得，常温下70时：70下在碱液中的亨利系数E=Kpa 相平衡常数4.2物料衡算衡算式：V（Y1-Y2）=L（X1-X2）y1=0.00272 y2=y1(1-95%)=0.00272 (1-95%)=0.000136对于纯溶剂吸收过程，进塔液

26、相组成为 X2=0惰性气体流量V=（1-0.00272）=147.135kmol/hY1=y1/(1-y1)=0.00272/(1-0.00272)=0.00273 Y2=y2/(1-y2)=0.000136/(1-0.000136)=0.000136查得总压101.3K P a,温度293K条件下SO2在水中亨利系数E=3.55103KPa相平衡常数 溶解度系数H=0.0156kmol/m3KPa最小液气比：=33.29取操作液气比=49.94由V（Y1-Y2）=L（X1-X2）知X1=X2+(Y1-Y2)=0+=0.000055进塔惰性气体的气体流量为：4.3 填料塔工艺尺寸的计算4.3.

27、1 塔径的计算lg由前面填料的选取可知A=0.1,K=1.75气相质量流量：UV =55681.076=5991.17kg/h液相质量流量：UL =LMV=9996.3818=179934.84kg/hlg得：空塔气速为泛点气速的50%85%取由塔径圆整：得D=0.7m泛点率校核所以： （0.50-0.80） 在允许范围内填料规格校核 符合要求液体喷淋密度校核因为填料的直径为38mm75mm 所以取最小润湿速率为根据填料参数知填料比表面积 ；实际喷淋密度为 符合要求经以上校核可知：填料塔直径D=700mm合理。4.3.2 填料层高度的计算4.3.2.1 气相总传质单元数的计算脱吸因数为气相总传质单元数为：4.3.2.2 气相总传质单元高度的计算 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：查表得：液体质量通量为：气膜吸收系数由下式计算：气体质量通量为：液膜吸收系数由下式计算：查资料知 且鲍尔环的形状系数为因为 所以：kGa 及 kGa 需校核 ，校核公式如下：则：则： 4.3.2.3 填料层的高度计算取安全系数 Z=1.5 则填料层高度为 取实际填料层高度为 Z=4m对于鲍尔环填料层高与塔径之比 ，