大气脱硫除尘设计.docx
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大气脱硫除尘设计
内蒙古工业大学课程设计任务书
学院（系）：
能动学院课程名称：
大气污染控制工程指导教师（签名）：
专业班级：
环工11（1、2组）学生姓名：
王浩学号：
201120303044
一、课程设计题目某燃煤采暖锅炉房烟气除尘脱硫系统设计
二、课程设计的目的
通过本课程设计环节的进行，目的是使学生对大气污染控制工程课程中的理论基础知识有更深入的理解，培养学生独立设计能力，具备分析问题和解决问题的实践能力，能够所学知识进行工程实践。
掌握基本的设计方法，学会查阅技术资料，树立正确的设计思想和严谨的工作作风。
三、课程设计的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等）
一.设计原始资料
1.锅炉设备的主要参数
表一锅炉设备的主要参数
额定蒸发量（t/h）（2台）
主蒸汽压力（MPa）
主蒸汽温度（℃）
燃煤量（t/h）
排烟量（m3/h）
排烟温度（℃）
220
10
500
40
450000
145
2.烟气密度（标准状况下）：
1.34㎏/m3
空气含水（标准状况下）：
0.01296㎏/m3
烟气在锅炉出口的阻力：
800Pa
排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：
15%
当地大气压；97.86KPa
冬季室外空气温度：
-20℃
空气过剩系数：
a=1.3
3.煤的工业分析值：
C=68%；H=4%；S=1.5%；N=1%；W=6%；A=15%；V=13%
应用基灰分：
13.38%；应用基水分：
16.32%；可燃基挥发分：
41.98%；应用基低位发热量：
16768Kj/kg
二、设计排放标准
烟尘浓度排放标准（标准状况下）：
200㎎/m3
二氧化硫排放标准（标准状况下）：
900㎎/m3
三、设计要求
按锅炉大气污染排放标准（GB13271-2001）中二类区标准执行
净化系统布置场地在锅炉房北侧20米以内
一组设计除尘系统
二组设计脱硫系统
四、工作进度安排
设计期限：
2周
五、主要参考文献
[1]大气污染控制工程》郝吉明，马广大主编 高等教育出版社
[2]《工业锅炉除尘设备》国家环保局支持 中国环境科学出版社
[3]《除尘设备设计》 化工设备设计全书编辑委员会编著 上海科学技术出版社
[4]《锅炉房工艺与设备》刘新旺主编 科学出版社出版社
[5]《环保设备原理设计与应用》郑铭主编，陈万金副主编；化学工业出版社
[6]《环保工作者实用手册》杨丽芬，李友琥主编 科学出版社
审核批准意见
系（教研室）主任（签字）
前言2
1设计任务书3
1.1课程设计题目3
1.2设计原始材料3
2设计方案的选择确定3
2.1标态下实际烟气量的计算4
2.2二氧化硫浓度的计算5
2.3工况流量及去除效率的计算6
3脱硫工艺的选择7
4相关的设计计算9
4.1.1脱硫塔设计计算10
4.1.2塔径及底面积计算12
4.1.3浆液池12
4.1.5烟气进出口的设计13
4.1.6除雾区高度计算14
4.1.7脱硫塔总高度
4.2
5小结15
参考文献16
前言
二氧化硫是大气中主要污染物之一，是衡量大气是否遭到污染的重要标志。
世界上有很多城市发生过二氧化硫危害的严重事件，使很多人中毒或死亡。
在我国的一些城镇，大气中二氧化硫的危害较为普遍而又严重。
因为煤炭在我国的能源结构中依旧占据重要的地位，所以我国的大气污染以煤烟型污染为主，这就直接导致了我国的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2.4%。
我国目前许多中小型燃煤工业锅炉，这成为我国SO2排放的主要来源之一。
而在这些锅炉中，大部分没有安装脱硫设备,致使许多地区酸雨频频发生,严重危害了工农业生产和人体健康。
目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施有三种:
1.原煤脱硫技术，可以除去燃煤中大约40％一60％的无机硫。
优先使用低硫燃料，如含硫较低的低硫煤和天然气等。
2.改进燃煤技术，减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。
例如，液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。
它主要是利用加进石灰石和白云石，与二氧化硫发生反应，生成硫酸钙随灰渣排出。
对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。
3.目前主要用石灰法，可以除去烟气中85％一90％的二氧化硫气体。
不过，脱硫效果虽好但十分费钱。
例如，在火力发电厂安装烟气脱硫装置的费用，要达电厂总投资的25％之多。
这也是治理酸雨的主要困难之一。
。
本设计是某燃煤采暖锅炉房烟气脱硫系统设计，主要目的就是脱硫，以达到污染物排放标准。
燃煤锅炉燃烧过程排放的烟气中含有大量的二氧化硫污染物，若不采取措施，将会对周围大气环境及居民造成严重的影响与危害。
通过本课程设计环节的进行，目的是使学生对大气污染物控制工程中的理论基础知识有更加深入的理解，培养学生独立设计能力，具备分析问题和解决问题的实践能力。
1设计任务书
1.1课程设计题目
某燃煤采暖锅炉房烟气除尘脱硫系统设计
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）：
表1
低位发热量
C
H
S
W
A
V
16768kj/kg
68%
4%
1.5%
6%
15%
13%
2.空气过剩系数：
1.3
3.排烟温度：
145℃
4.烟气密度：
1.34kg/m3
5.按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）中二类区标准执行：
烟尘浓度排放标准（标准状况下）：
200mg/m3
二氧化硫排放标准（标准状况下）：
900mg/m3
2设计方案的选择确定
2.1标态下实际烟气量的计算
燃烧单位质量煤所需理论空气量：
表3样煤成分表
重量（g）
摩尔数（mol）
需氧数（mol）
C
680
56.67
56.67
H
40
40
10
S
15
0.47
0.47
H2O
60
3.33
以1kg燃煤燃烧为基础，则由上样煤成分表得
理论需氧量为56.67+10+0.47=67.14mol/kg
假定干空气中氮和氧的摩尔比（体积比）为3.78，则1kg煤完全燃烧所需要的理论空气量为：
67.14×（3.78+1）×22.4/1000=7.19m3/kg
理论空气量条件下烟气组成（mol）为：
CO2：
56.67H2O：
20+3.33
SOx：
0.47N2：
67.14×3.78
理论烟气量为
即
空气过剩系数
时，实际烟气量为
2.2二氧化硫浓度的计算
烟气中SO2浓度：
V——标准状态下燃煤产生的实际烟气量，
2.3工况流量及去除效率的计算
工况流量
式中Q——标准状态下烟气流量，
——工况下烟气温度，K
——标准状态下温度，273K
二氧化硫去除率：
=
式中C、
含义类上。
3.脱硫工艺的选择
3.1脱硫工艺比较
表5几种脱硫工艺比较
石灰石石膏法
简易氨法
喷雾干燥法
LIFAC
电子束法
新氨法
磷氨肥法
环境性能
很好
好
好
好
很好
好
好
工艺流程简易情况
石灰浆制备要求较高，流程也复杂
流程较简单
流程较简单
流程简单
流程简单，为干法过程
流程复杂，要求电厂和化肥厂联合实现
脱硫流程简单，制肥部分复杂
工艺技术指标
脱硫率95%，钙硫比1.1，利用率90%
脱硫率70%，钙硫比1.1，利用率90%
脱硫率80%，钙硫比2，利用率50%
脱硫率80%，钙硫比2，利用率50%
脱硫率可达90%以上，并可脱一部分氮
脱硫率85%-90%，利用率大于90%
脱硫率95%以上
吸收剂获得
容易
容易
较易
较易
一般
一般
一般
脱硫副产品
脱硫渣为CaSO4及少量烟尘，可以综合利用，或送堆渣场堆放
脱硫渣为CaSO4及少量烟尘，可以综合利用，或送堆渣场堆放
脱硫渣为烟尘、CaSO4、CaSO3、Ca（OH）2的混合物，目前尚不能利用
脱硫渣为烟尘、CaSO4、CaSO3、CaO的混合物，目前尚不能利用
副产品为硫铵和硝铵混合物，含氮量20%以上，可作氮肥或复合肥料，无二次污染
副产品为磷酸铵和高浓度二氧化硫气体（7%-11%），可直接用于工业硫酸生产
脱硫产品为含N+P2O5%以上的氮磷复合料
适用情况或应用前景
燃高中硫煤锅炉，当地已有石灰石矿
燃烧高中硫煤锅炉，当地有石灰石矿
燃烧中、低硫煤锅炉
燃烧中、低硫煤锅炉
燃烧高中硫煤锅炉，附近有液氨供应
燃高中硫煤锅炉，附近有联合化肥厂和液氨
燃烧高硫煤锅炉，附近有磷矿
对锅炉及烟道的负面影响
腐蚀出口烟囱
腐蚀出口烟囱
增加除尘器除灰量，塔壁易积灰
影响锅炉和除尘器效率
腐蚀烟道
腐蚀烟道
3.2烟气脱硫（FGD）工艺经济性能比较
表6几种烟气脱硫（FGD）工艺经济性能比较
工艺流程
湿式石灰石-石膏法
喷雾干燥法
LIFAC法
CDSI法
适用煤种含硫量（%）
＞1.5
1-3
＜2
＜2
Ca/S
1.1
1.5
2.0
1.5
钙的利用率（%）
＞90
40-45
35-40
4-45
脱硫成效（%）
＞90
80-85
70-75
60-70
投资占电厂投资比例（%）
13-19
8-12
3-5
2-4
脱硫费用（元/tSO2脱除）
900-1250
750-1050
600-900
600-800
设备占地面积
大
中
小
极小
灰渣状态
湿
干
干
干
烟气再热
需
无需
无需
无需
3.3脱硫方案的确定
目前,燃煤企业脱硫技术大体可概括为干法、半干法和湿法,而技术比较成熟、应用最广泛的是湿法石灰石/石膏法,但是该工艺存在投资运行费用高、易结垢、易腐蚀等问题,造成设备腐蚀快、维护费用高,现场应用也受到一定限制。
3.4脱硫塔类型选择
目前较常用的吸收塔主要有喷淋塔、填料塔、喷射鼓泡塔和道尔顿型塔四类。
喷淋塔是湿法脱硫工艺的主流塔型，而填料塔作为气液两相在塔内连续接触的典型形式。
3.5喷淋塔
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。
3.6填料塔
填料塔内气液两相连续接触，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。
本设计采用喷淋塔。
4相关的设计计算
4.1.1脱硫塔设计计算
吸收塔是脱硫装置的核心设备，采用集冷却、吸收、除雾于一体的喷淋空塔。
脱硫塔由塔筒体、吸收器、除雾器、冲洗系统等组成。
由前面计算得锅炉在标准状况下烟气流量为：
4.1.2塔径及底面积计算
塔内流速：
取
烟气中SO2的产生量为0.47×22.4/1000×40000=421.12m3/h=0.117m3/s
烟气的体积流量（标准状况下）Q1=（9.647×40000）/3600=107m3/s
设塔内操作温度为50℃，此条件下烟气流量为:
Q2=107×（50+273）/（20+273）=117.9m3/s
取2.89m
D=2r=5.78m即塔径为5.78米。
底面积S=πr2=26.23m2
4.1.3吸收区的高度计算
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=2.5s,则吸收区的高度为：
h1=vt=4.5×2.5=11.25m
4.1.4浆液池
浆池容量V1=L/G×Q×t
根据经验石灰石法喷淋塔中液气比一般为15-25L/m3,本工艺取15L/m3
V─烟气标态湿态容积
t―浆液停留时间
V=15×117×300=523.5m3
选取浆液池的内径略大于吸收区内径D2=7m
浆液池高度：
h2=4V/（πd22）=4×526.5/（π×72）=13.6m
烟气进口底部到浆液面距离一般为0.8-1.2m,取h3=1m。
4.1.5烟气进出口的设计
取入口宽度与直径之比0.6，出口宽度与直径之比取0.7.则入口宽度：
L1=9.2×0.6=5.52m
L2=9.2×0.7=6.44m
一般取吸收入口烟气温度为100，出口烟气温度为50.
V入=117×373.15/293.15=148.9m3/s
V出=117×323.15/293.15=128.9m3/s
进出口烟气流速一般为12-18m/s,取15m/s
则入口高度h入=148.9/（15×5.52）=1.79m
出口高度h出=128.9/（15×6.44）=1.33m
4.1.6除雾区高度计算
除雾器设计为两段，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喷淋层3～3.5m；距最上层冲洗喷嘴3.4～3.5m，这里都取3.5m，则除雾区高度
最上层冲洗喷嘴距吸收塔出口的距离为塔直径的50%～100%，这里取80%，故该距离为
4.1.7脱硫塔总高度
综上，喷淋塔总高度
4.2烟囱的设计
4.2.1烟囱高度的确定
4.2.2烟囱有效源高度
相关资料可得燃烧锅炉烟囱最低允许高度设为Hs=60m
烟气热释放热计算
工况下Qv=
n1取3/5，n2取2/5，n0取0.292
4.2.3烟囱直径的确定
设烟气在烟囱内流速V=40m/s，平均截面积为
A=163/40=4.07m2
平均直径
4.3系统阻力计算
4.3.1摩擦阻力计算
式中L——管道长度，m
d——管道直径，m
——烟气密度，
——管中气流平均速率
——摩擦阻力系数
5．小结
感谢我的指导老师商老师耐心的看完了我的设计。
通过本次课程设计，我充实了自己的专业知识，了解了很多环境工程设计方面的工艺，结合了课堂上的理论知识，熟悉了烟气脱硫的计算与设计流程、方法与步骤，尝试了编写了一个简单的设计说明书。
由于大气设计的资料较少，此次设计遇到了很多困难，也感谢所有在此次设计中给予我帮助的组员。
参考文献
[1]郝吉明，马广大大气污染控制工程高等教育出版社2002.
[2]丁承刚.湿法烟气脱硫关键参数简析[J]国际电力出版社2002
[3]金毓荃环境工程设计基础[M]北京化学工业出版社2002
[4]柴晓利等环境工程专业毕业设计指南[M]化学工业出版社2008
[5]李喜等烟气脱硫技术研究进展[J]化学工业与工程2006
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