某燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统设计.docx
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某燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统设计
一、引言1
1.1烟气除尘脱硫的意义1
1.2设计目的1
1.3设计任务与内容1
1.4设计资料2
二、工艺方案的确定与说明3
2.1工艺流程图3
2.2基础资料的物料衡算3
2.3工艺方案的初步选择与确定5
2.4整体工艺方案说明5
三、主要处理单元的设计计算6
3.1除尘器的选择和设计6
3.1.1除尘器的选择6
3.1.2袋式除尘器滤料的选择7
3.1.3选择清灰方式9
3.1.4袋式除尘器型号的选择10
3.2脱硫设备设计11
3.2.1常见的烟气脱硫工艺11
3.2.2比对脱硫技术12
3.2.3脱硫技术的选择14
3.3湿法脱硫简介和设计14
3.3.1基本脱硫原理14
3.3.2脱硫工艺流程15
3.3.3脱硫影响因素15
3.4脱硫中喷淋塔的计算16
3.4.1塔内流量计算16
3.4.2喷淋塔径计算16
3.4.3喷淋塔高计算17
3.4.4氧化钙的用量18
3.5烟囱设计19
3.5.1烟囱高度计算19
3.5.2烟囱直径计算19
3.5.3烟囱内温度降20
3.5.4烟囱抽力计算20
四、官网的设置21
4.1管道布置原则21
4.2管道管径计算21
4.3系统阻力计算22
五、风机和电动机的计算23
5.1风机风量计算23
5.2风机风压计算23
5.3电机功率计算25
六、总结26
七、主要参考文献27
一、引言
1.1烟气除尘脱硫的意义
目前，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。
而大气污染可以说主要是人类活动造成的，大气污染对人体的舒适、健康的危害包括对人体的正常生活和生理的影响。
我国随着经济的快速发展，因燃煤排放的二氧化硫、颗粒物等有毒有害的污染物质急剧增多。
由于我国部分地区燃用高硫煤，燃煤设备未能采取脱硫措施，致使二氧化硫排放量不断增加，造成严重的环境污染甚至已经直接影响到人们的身体健康。
因而已经到了我们不得不面对的时候，这里我们将用科学的态度去面对去防治。
该燃煤锅炉烟气的污染物主要是颗粒污染物和二氧化硫，且排放量比较大，所以必须通过有效的措施来进行处理，以免污染空气，影响人们的健康生活。
通过设计合适的除尘脱硫系统对烟气进行处理，从而尽量使排放的烟气污染物浓度达标，而不至于污染环境和危害人体健康。
1.2设计目的
通过本课程设计的综合训练，使环境工程专业学生掌握《大气污染控制工程》课程所要求的基本设计方法，具备初步的大气污染控制工程方案与设备的独立设计能力，锻炼学生查阅和收集专业资料和设计手册的技能，培养学生综合运用所学的理论知识独立分析和解决大气污染控制工程实际问题的实践能力。
1.3设计任务与内容
A.设计题目
某燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统设计
B.设计任务与要求
1.基本物料衡算：
计算燃煤锅炉排烟量、烟尘浓度、二氧化硫浓度与净化效
率的计算；
2.净化系统工艺方案的确定；
3.主要设备尺寸的计算；
4.官网布置与计算：
确定各装置的位置与管道的布置，并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径与系统总阻力。
5.风机与电机的选择设计：
根据净化系统处理的烟气量、烟气温度与系统总阻力等的计算，选择风机种类、型号与电动机的种类、型号和功率。
6.编写设计说明书，用CAD完成设计图纸2份（A3），需做一份系统立面图和一份主要设备尺寸图。
1.4设计资料
第3组资料：
1、锅炉耗煤与排烟情况
锅炉型号：
SZL10-1.6型（共3台）
燃煤量：
1540kg/h（台）
蒸发量：
10t/h（台）
烟气出口处离地面2.5m
排烟温度：
150C
烟气密度（标态）：
1.3kg/m3
空气过剩系数：
1.36
飞灰占煤中不燃分分比例：
18%
2、煤质分析
CY=68%，HY=4%，0丫=5%，NY=1%，
SY=1%，AY=15%，WY=6%
3、粉尘粒径分布
表1-1第三组粒径分布
粒径
15〜25
8~155~8
3~5
1~3
<1
5m）
含量（%）
3.6
4.859.2
27.1
4.2
1.1
表1-2粉尘比电阻
温度C
15100
200
300
比电阻
Q?
cm
3
x108x107
1.5x1C7
3.5x107
4、气象资料
当地气象资料显示：
该地区年平均气压98kPa;空气中含水（标态）：
0.016
kg/m3;年平均气温18.6C；极端最高气温39.9C；极端最低气温-1.9C。
2.1工艺流程图
图2-1烟气处理工艺流程图
2.2基础资料的物料衡算
1.理论空气量
Qa4.761.867Cy5.56Hy0.7Sy0.7Oy（m3N/kg）（2-1）
3
=6.9684（mN/kg）
2.理论烟气量（设空气含湿量0.016kg/m3）
Qs1.867（Cy0.375Sy）11.2Hy1.24Wy0.016Qa0.79Qa0.8Ny（m^/kg）
=7.4234（m3N/kg）
（2-2）
式中：
Qa—理论空气量（m3N/kg）
3.实际烟气量
QsQs1.O16
（1）Qa（m3N/kg）（2-3）
=10.1138（m3N/kg）
式中：
一1.38。
Qs—理论烟气量（m3N/kg）
Qa—理论空气量（m3N/kg）
4.烟气流量
QQs设计耗煤量
（2-4）
29164.335（m3N/h）
8.1012（m3N/s）
式中：
Q—m3N/h计
Qs—实际烟气量（m3N/kg）
设计耗煤量一9503kg/h
5.工况下总烟气量
QT'3
Q'（m/h）
346256.9885（m/h）
式中：
Q标准状况下的烟气流量，m
T――工况下烟气温度，
T标准状态下的温度，
6烟气含尘浓度：
dshAy
、Q
式中：
dsh—18%；
Ay—15.18%；
K；
273K。
sh
0.18
0.1518
29164.335
（2-5）
/h；
2.6702
33
10（mg/mn
（2-6）
Qs—29164.335（mg/m3n）。
7.烟气中二氧化硫浓度的计算：
3.9480103（mg/m3n）（2-7）
式中：
SY—2.02%。
Qs—燃煤产生的实际烟气量（m3N/kg）
8.除尘效率计算:
（2-8）
式中：
C—烟气含尘浓度，mg/m3n；
Cs—锅炉烟尘排放标准中规定值，200mg/m3n。
9.脱硫效率计算
1C-SO277.20%（2-9）
Cso2
式中：
C'SO2――标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中规定值，
900mg/m3。
CsSO2——标准状态下二氧化硫浓度，3.9480103mg/m3;
序
号
项目
计算所得
序
号
项目
计算所得
1
理论空气量
3
6.9855（mN/kg）
6
烟气含尘
浓度
33
2.670210（mg/m
2
理论烟气量
7.5290（m3N/kg）
7
烟气中二
氧化硫浓
度
3.9480103（mg/m3n
表2-1计算所得数据表
）
N）
3
实际烟气量
10.2331（m3N/kg）
8
除尘效率
92.51%
4
烟气流量
29164.335（m3N/h）
9
脱硫效率
77.20%
5
工况下总烟
气量
46256.9885（m3/h）
2.3工艺方案的初步选择与确定
根据所查资料，初步选定袋式除尘器作为除尘装置，选定石灰石/石灰-石膏法
进行烟气的脱硫。
如图1.所示，对于锅炉排出的烟气，首先结果袋式除尘器组进
行粉尘的捕集，接着进行脱硫，通过引风机作用，使达标烟气通过烟囱排放入大气
脱fist堆:
中。
2.4整体工艺方案说明
图2-1工艺方案简图
图2-2烟气处理系统流
本组资料中，燃煤锅炉为三台。
设置除尘器Ai、A2、A3、A4为第一除尘器组,
B1B2B3B4为第二除尘器组，锅炉烟气通过管道以与引风机作用下，进入第一除尘器组，此时第二除尘器组处于待命状态；当第一组需要除尘时，关闭一组进行机械
振动清灰，幵启二组进行烟尘捕集。
通过这样的捕集与清灰方式，可以使整个除尘系统保持连续运作，并且每组除尘器组的过滤面积都为440m2，完全满足锅炉的
烟气所需的过滤面积386m2，且每组除尘器组都具有冗余作用。
粉尘捕集后的气体进入脱硫塔，以湿式石灰石/石灰-石膏法进行脱硫处理。
处理后的达标烟气通过风机的作用从烟囱排放入大气中。
三、主要处理单元的设计计算
3.1除尘器的选择和设计
3.1.1除尘器的选择
表3-1该锅炉粉尘粒径分布
粒径（口m）
15〜258~15
5~8
3~5
1~3
<1
含量（%）
3.64.8
49.2
37.1
4.2
1.1
表3-2除尘设备的分类与基本性能
除尘器名称
适用的粒径范围
效率
阻力/Pa
设备费
运行
/ym
/%费
重力沉降室
>50
V
50〜130
少
少
50
旋风除尘器
5〜30
60〜
800〜
少
中
70
1500
0.5〜1
90〜
4000〜
少
多
文丘里洗涤器
98
10000
电除尘器
0.5〜1
90〜
50〜130
多
中上
98
袋式除尘器
0.5〜1
95〜
1000〜
中上
多
99
1500
表3-3效率较高的除尘器对不同粒径粉尘的除尘效率
不同粒径（口m所对应的分级效率/%总效
除尘器名称
率%
0~5
5~10
10~
20
10~
44
>44
长椎体旋风除尘
84.2
40
79
92
99.5
100
器
电除尘器
97.0
90
94.5
97
99.5
100
文丘里洗涤器
99.5
殉39
99.5
100
100
100
袋式除尘器
99.7
99.5
100
100
100
100
首先根据除尘效率（92.51%）以与粒径范围（1〜25^m）,满足要求的的除尘器
有：
文丘里洗涤器、电除尘器以与袋式除尘器。
对于文丘里洗涤器，由于工况下烟
3
气流量为4.299m/s3，气流量较大，阻力大，易形成堵塞，且产生酸性废气，不
考虑使用。
电除尘器的优缺、点:
除尘效率符合该锅炉，且使用寿命长，运行费低于袋式除尘器。
电除尘的电场风速基本控制在冬0.8m/s〜＜1.2m/s之间，过低设备体积相应增大，过高排放浓度不达标。
由于工况下烟气流量达到29164.335（m3N/h）,阻碍了电除尘的设计与使用。
并且电除尘器初投入成本也较高，虽然寿命长，但出现破损和故障，并不便于设备维护，袋式除尘器优、缺点：
除尘效率高，可捕集粒径大于0.3微米的细小粉尘，除尘效率可达99%以上。
使用灵活，处理风量可由每小时数百立方米到每小时数十万立方米，可以直接设于室内，作为机床附近的小型机组，也可作成大型的除尘室，即“袋房”。
结构比较简单，运行比较稳定，初投资较电除尘器少，维护方便
布袋除尘器相比于电除尘器在运行阻力上的优势，但设备造价较高。
综上，选取袋式除尘器作为该燃煤锅炉的粉尘处理器。
3.1.2袋式除尘器滤料的选择
滤料是组成袋式除尘器的核心部分，其性能对袋式除尘器操作有很大影响。
选
择滤料是必须考虑含尘气体的特征，如颗粒和气体性质（温度、湿度、粒度和含尘浓度等）。
性能良好的滤料应容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低、使用寿命长，同时具备耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。
表3-4各种纤维的主要性错误！
未找到引用源
耐
耐
耐
可
抗拉张度，
MPa
使用温度，C
断裂延
磨
酸
碱
燃
伸%
干态
湿态
最高长期
性
性
性
性
棉3.0〜4.9
天
然
羊毛1.0〜1.7
纤
维
蚕丝3.4〜4.0
锦纶4.5〜6.4
涤纶4.3〜6.5
腈纶2.5〜5.0
化
学维纶4.0〜9.0
纤
维丙纶4.5〜7.5
氯纶2.5〜4.0
聚四
1.2〜1.8
氟乙
3.3〜6.495
0.8〜1.6100
2.1〜2.890
3.7〜6.4120
6.3〜6.5150
2.0〜4.5150
3.2〜7.9180
4.5〜7.5100
2.5〜4.080〜90
1.2〜1.8
能
能
能
能
较
差
较
可
好
好
燃
较
较
差
可
好
好
燃
较
较
差
可
好
好
燃
良
差
较
可
好
好
燃
良
较
较
可
好
好
好
燃
较
较
较
可
好
好
好
燃
良
较
良
可
好
好
好
燃
较
良
良
可
好
好
好
燃
不
较
良
良
可
好
好
好
燃
较
良
良
不
好
好
好
可
75〜853〜7
80〜9025〜35
70〜8015〜25
75〜8525〜60
13020〜50
110〜13025〜50
1159〜26
85〜9525〜60
65〜7020〜70
-180〜
15〜33
250
烯纤
维
当地气象资料：
该地区年平均气压98kPa;空气中含水（标态）：
0.015kg/m3;年平均气温18.6C；极端最高气温39.9C；极端最低气温-1.9C。
据以上表格以与气象资料，聚四氟乙烯纤维材料的耐磨性能、耐酸、碱性能以与使用温度，符合该燃煤锅炉的使用条件，所以选用聚四氟乙烯纤维材料作为布袋滤料。
3.1.3选择清灰方式
清灰是袋式除尘器能否长期持续工作的决定因素，它的基本要求是从滤袋上迅
速而均匀地剥落沉积的粉尘，同时又能保持一定的一次粉尘层，不损失滤袋。
粉尘比阻力
过滤气速/
系数[Nmin
（mmin-1）
（gm）-1]
11.69
铜
玻璃、丙烯酸系
机械振动逆气
流
0.18〜0.82
2.51〜
10.86
玻璃、诺梅克斯、丙
逆气流机械振
炭黑
烯酸系、聚四氯乙烯
动
0.34〜0.49
3.67〜9.35
飞灰（焚
玻璃
逆气流
0.76
30.00
烧）
石膏
棉、丙烯酸系
机械振动
0.76
1.05〜3.16
氧化铁
诺梅克斯
0.64
20.17
石灰窟
玻璃
逆气流
0.70
1.50
逆气流、机械振
氧化铅
聚酯
动
0.30
9.50
烧结尘
玻璃
逆气流
0.70
2.08
表3-5袋式除尘器的使用比对表
滤料特性除与纤维本身的性质有关外，还与滤料表面结构有很大关系。
表面光滑的滤料容尘量小、清灰方便，适用于含尘浓度低，黏性大的粉尘，采用的过滤速度不宜过高。
表面起毛的滤料容尘量大，粉尘能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但必须与时清灰。
对于袋式除尘器对袋式除尘器效果影响较大的清灰方式：
1、机械振动：
一般采用电动自动进行。
对其布袋可以使之垂直方向振动，也
可以在水平方向振动。
振动的部位可以在上部、下部、中部，选取在哪个部位取决
于除尘器的结构。
机械振动结构非常简单，只装上附着式振动器便可，是最经济的
一种清灰方式。
2、脉冲喷吹：
使用范围有限，只能应用于外滤式除尘器。
3、逆向气流反吹或反洗清灰：
参照资料，综合考虑了含尘气体的温度、湿度、酸碱性，粉尘粒径，黏性、弹落灰尘的难易程度以与经济性。
采用的清灰方式为：
机械振动。
这种清灰方式的除
尘器结构简单，清灰效果好，经济投入小。
3.1.4袋式除尘器型号的选择
表3-6DS/A型袋式除尘器参数
序
号
项目
DS/A-
5X3
DS/A-6
X5
DS/A-7
X6
DS/A-8
X7
DS/A-9
X8
DS/A-1
0X9
DS/A-11
X10
1
滤袋数
15
30
42
56
72
90
110
量，条
滤袋有
2效尺寸，①0.16X2
m
总过滤
3面积，153042567290110
m2
过滤风
42~3
速，
m/min
处理风1800〜
5
量，m32700
阻力损
失，
5120〜150mmH2
O
除尘效
699.5
率，%
工艺中袋式除尘器中滤料面积的计算
（3-1）
A—qv—（m2）385.4749（m2）
60vF
qv—欲处理的烟气量（工况下总烟气量），m3/h
W—机械振动清灰：
*1.0〜2.0m/min，选取2.0m/min.
通过计算，除尘器的过滤面积必须等于对于386m2。
根据表3-6，选取八台
DS/A-11X10型号的袋式除尘器，其中四台串联作为第一除尘器组（A1A2A3A4），
总除尘面积可达440m2；与第二除尘器组（B1B2B3B4）并联成另外一组，可用于
除尘和清灰交替使用，且两组都有足够的过滤面积起冗余作用
表3-7DS/A-11X10型袋式除尘器
个
m2
m2
速，
m3/h风机的
风机的
m/mi
转速功
转速
功率
n
机号r/mi率
机号r/mi
kW
nkW
n
DS/A-11
1101
X10
1980
1103No8112011No8125015
0
根据以上参考材料，可得出DS/A-10X9型袋式除尘器的相关参数如下表,
表3-8DS/A-10X9型袋式除尘器参数
除尘器型号
DS/A-10
X9型袋式除尘器
滤袋规格
①0.16X2m
滤袋总过滤面
110m2
积
滤袋材质
聚四氟乙烯纤维材料
过滤风速
3m/min
处理风量
19800m3/h
清灰方式
机械振动
滤袋数量
110个
设计除尘效率
99.9%
3.2脱硫设备设计
3.2.1常见的烟气脱硫工艺
脱硫技术是将煤中的硫元素用钙基等方法固定成为固体防止燃烧时生成SO2
燃烧后的烟气脱硫工艺常见的有以下几种：
1.石膏脱硫法
石膏脱硫法的工作原理是：
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与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%o
2.氨水洗涤法脱硫工艺
该脱硫工艺以氨水为吸收剂，副产硫酸铵化肥。
锅炉排出的烟气经换热器冷却
至90〜100C，进入预洗涤器经洗涤后除去HCI和HF，洗涤后的烟气经过液滴分离器除去水滴进入前置洗涤器中。
在前置洗涤器中，氨水自塔顶喷淋洗涤烟气，烟气中的SO2被洗涤吸收除去，经洗涤的烟气排出后经液滴分离器除去携带的水滴，进入脱硫洗涤器。
在该洗涤器中烟气进一步被洗涤，经洗涤塔顶的除雾器除去雾滴，进入脱硫洗涤器。
再经烟气换热器加热后经烟囱排放。
3.烟气循环流化床脱硫工艺
烟气循环流化床脱硫工艺由吸收剂制备、吸收塔、脱硫灰再循环、除尘石灰石
膏法脱硫工艺流程器与控制系统等部分组成。
该工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂，或者其它对二氧化硫有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。
由锅炉排出的烟气从吸收塔（即流化床）底部进入。
（吸收塔底部为一个文丘
里装置，烟气流经文丘里管后速度加快，并在此与很细的吸收剂粉末互相混合，颗
粒之间、气体与颗粒之间剧烈摩擦，形成流化床，）。
在喷入均匀水雾降低烟温的条件下，吸收剂与烟气中的二氧化硫反应生成CaSO3和CaSO4。
脱硫后携带大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出，进入再循环除尘器，被分离出来的颗粒经中间
灰仓返回吸收塔，由于固体颗粒反复循环达百次之多，故吸收剂利用率较高。
此工艺所产生的副产物呈干粉状，主要由飞灰、CaS03、CaS04和未反应完
的吸收剂Ca（0H）2等组成，适合作废矿井回填、道路基础等。
典型的烟气循环流化床脱硫工艺，当燃煤含硫量为2%左右，钙硫比不大于1.3时，脱硫率可达90%以上，排烟温度约70C。
此工艺在国外目前应用在10〜20万千瓦等级机组。
由于其占地面积少，投资较省，尤其适合于老机组烟气脱硫。
3.2.2比对脱硫技术
SO2的控制技术可分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃炔的脱硫（亦称为烟气脱
硫）三种。
由于烟气中的硫以SO2形态存在，脱除较易，烟气脱硫（FGD）是目前应用最广泛、效率最高的脱硫技术，也是控制SO2排放的主要手段。
本课程设计中含硫烟气为低浓度SO2烟气，由于其烟气量大，直接选择采用
烟气脱硫工艺进行净化。
根据脱硫过程是否加入液体和脱硫产物的干湿形态可将烟气脱硫方法分为湿
法、半干法、干法。
湿法脱硫里应用溶液或浆液吸收SO2，其直接产物也是溶液或
浆液，具有工艺成熟，脱硫效率高、操作简单等优点，但脱硫液处理较麻烦，容易造成二次污染，且脱硫后烟气的温度较低，不利于扩散。
干法烟气脱硫过程无液体介入，完全在干燥状态下进行，且脱硫产物也为干粉状，因而工艺简单投资较低，净化后温度降低很少，利于扩散，且无废水排出，但净化效率一般不高
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