廊坊市某造纸厂燃煤锅炉烟气除尘脱硫系统设计说明书 环境工程.docx
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廊坊市某造纸厂燃煤锅炉烟气除尘脱硫系统设计说明书环境工程
廊坊市某造纸厂燃煤锅炉烟气除尘脱硫系统设计
DesignofFlueGasDedustingandDesulfurizationSystemforCoal-firedBoilerinaPaperMillinLangfangCity
摘要
本设计的题目是廊坊市某造纸厂燃煤锅炉烟气除尘脱硫系统设计。
设计的主要方面包括脱硫塔的设计选型、脱硫工艺的设计选型，除尘器的设计选型，脱硫管道的设计计算和经济预算等。
设计中采用气体吸收理论，传质理论从物理和化学基本原理研究了吸收过程，帮助了解吸收过程的机理和概念及相关的计算。
经过综合比较湿式石灰石法、双碱法、湿式氧化镁法后选用湿式石灰石-石膏法脱硫工艺，除尘装置则采用静电除尘器，所选型号为DBW
（1）-10型卧式板极静电除尘器。
所选用塔型为喷淋塔，塔高7.21米。
烟囱高度为134米进口直径为4.56米，出口直径为0.8米。
烟气处理量为19953.248m3/h，管道系统总压力损失为2286.78Pa，风压2600.42Pa，根据风量和风压选择引风机型号G4-73-11锅炉离心引风机9D型。
关键词：
烟气脱硫；设计；喷淋塔；除尘器；管道；
Summary
Thetitleofthisdesignisthefluegasdustremovalanddesulfurizationsystemdesignofacoal-firedboilerinapapermillinLangfangCity.Themainaspectsofthedesignincludethedesignandselectionofthedesulfurizationtower,thedesignandselectionofthedesulfurizationprocess,thedesignandselectionoftheprecipitator,thedesignandcalculationofthedesulfurizationpipeline,andtheeconomicbudget.Thegasabsorptiontheorywasusedinthedesign.Themasstransfertheorystudiedtheabsorptionprocessfromthebasicprinciplesofphysicsandchemistrytohelpunderstandthemechanism,conceptandrelatedcalculationsoftheabsorptionprocess.Afteracomprehensivecomparisonofwetlimestone,doublealkali,andwetmagnesiumoxide,awetlimestone-gypsumdesulfurizationprocessisused.Theelectrostaticprecipitatorisusedforthedustremovaldevice.TheselectedmodelisDBW
（1）-10horizontalplateelectrostaticdustremoval.Device.Thetowertypeselectedwasaspraytowerwithatowerheightof7.21meters.Theheightofthechimneyis134meterswithaninletdiameterof4.56metersandanoutletdiameterof0.8meters.Thegastreatmentcapacitywas19953.248m3/h,thetotalpressurelossofthepipelinesystemwas2286.78Pa,andthewindpressurewas2600.42Pa.TheinduceddraftfanmodelwasG4-73-11boilercentrifugalinduceddraftfanaccordingtotheairvolumeandthewindpressure.
Keywords:
fluegasdesulfurization;design;spraytower;dustcollector;
第一章设计要求与初始数据
1.1设计原始资料：
（1）锅炉耗煤及排烟情况
锅炉型号：
DZL6-1.25型，2台，额定蒸发量：
6t/h（台）；
设计耗煤量：
1124kg/h（台），烟气密度（标准状态下）：
1.41kg/m3，排烟温度：
194℃，空气过剩系数：
1.3，排烟中飞灰占煤中不燃分分比例：
20%；
烟气其他性质按空气计算。
（2）煤质资料
收到基成分
C
H
O
N
S
A
W
质量分布（m%）
63.9
2.3
4.7
1.5
0.9
22.6
4.1
（3）气象资料
设计地区年平均气压：
100.26KPa；年平均气温12.3℃；极端最高气温43.3℃；极端最低气温-22.0℃，当地常年主导风向西南。
空气中含水（标准状态下）：
76kg/m³
（4）净化要求
脱硫效率：
η≥80%；喷淋密度ρ喷=60.07m³/㎡·hr
按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2014）执行；
新建锅炉颗粒物排放标准（标准状态下）：
50㎎/m³（参见表1、2）；
二氧化硫排放标准（标准状态下）：
300㎎/m³（参见表1、2）；
参考文献：
1.GB13271-2014锅炉大气污染物排放标准，国家环境保护部2014.5
2.HJ462-2009工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范2009.3
3.曾光明袁兴中李彩亭《环境工程设计与运行案例》北京化学工业出版社2004.9
4.鹿政理《环境保护设备选用手册－大气污染控制设备》北京化学工业出版社2002.5
5.北京市环境保护科学研究所《大气污染防治手册》上海科学技术出版社1987.7
6.金兆丰《环保设备设计基础》北京化学工业出版社2005.1
7.童志权《工业废气净化与利用》北京化学工业出版社2001.5
8.姜安玺《空气污染控制》北京化学工业出版社2003.6
9.雷仲存王宇《工业脱硫技术》北京化学工业出版社2001.5
10.陈杰瑢周琪蒋文举《环境工程设计基础》北京高等教育出版社2007.3
1.2设计内容和要求
1.2.1设计内容
说明书要求：
1.课题现状（国内，国外产业状况）
2.工艺筛选
3.锅炉烟气脱硫除尘物料平衡计算
4.烟气除尘脱硫元件的研究分析
5.锅炉烟气脱硫除尘装置的结构设计
6.锅炉房锅炉烟气脱硫除尘系统的布置设计
7.工艺过程经济分析
1.2.2设计成果要求
（1）．设计说明书和计算书应反映毕业设计的全部内容，包括目录、内容摘要（含英文）、关键词、正文、参考文献。
说明书正文应包括设计的原始资料、方案论证、设计说明、计算、设计结果等。
设计说明书要文字简洁，语言通顺，图表整洁，论证充分，字迹书写工整、清晰。
书写格式应符合《天津城建大学毕业设计工作指导手册》的要求，字数不少于2万字。
（2）．设计图纸应不少于7张1＃图纸，包括工艺流程平面布置图、设备详图等。
图纸要求布置大方、图面整洁、清晰，绘制必须符合工程图的技术规范要求，且至少有一张铅笔图。
（3）．英文文献资料翻译应不少于3000字（以英文单词计），译文表达准确，语言通顺
1.2.3设计完成时间周数：
14周
毕业设计步骤与进度安排见表3。
表3毕业设计步骤与进度安排
外文文献资料翻译：
明确设计任务，理解相关规范、标准，编制说明书大纲
2周
净化工艺方案比较、选择
1周
脱硫、除尘过程物料平衡计算
1周
净化工艺主体构筑物结构设计与选型
3周
管道计算与平面布置
2周
系统阻力计算，风机选型
2周
净化工艺技术经济分析，整理毕业设计说明书，设计成果评阅与修改
2周
准备参加毕业答辩
1周
第二章大气污染与SO2的危害
2.1大气污染状况
我国大气污染情况依然十分严重，主要为煤烟型污染。
城市的大气环境总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染一直在偏高水平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加；氮氧化物污染呈加重趋势。
大气污染物排放总量现状：
1.二氧化硫。
煤炭消耗量不断增加，随之带来二氧化硫排放总量急剧上升。
在各类排放源中，电厂和工业锅炉排放量占到70%。
由二氧化硫排放引起得酸雨污染范围不断扩大，现已扩展到长江以南、青藏高原以东的大部分地区，遍及广东、广西、四川、贵州、云南、湖南、江西、福建、浙江、上海、安徽、山东等十多个省、市、自治区。
华中酸雨区比较严重的中心区域为长沙、衡阳和赣州，西南为宜宾、南充和重庆，华东为厦门、宁波和南京。
目前年均降水pH值低于5.6酸雨临界值的地区已占全国面积的30%左右。
2.烟尘、粉尘。
烟尘的主要排放源也是火电厂和工业锅炉，由于地方电厂使用的大多为低效除尘器，所以烟尘排放量一般是国家大型电厂的5-10倍。
曾经在上海的铜加工厂的大型袋式除尘器除尘效率也达到了99%以上，它虽然是一种传统的除尘方式，但由于效率高，性能稳定可靠，操作简单，还是获得了很广泛的应用。
还有象电除尘器、湿式除尘器也是应该深入研究和针对各种场合大力推广的新型除尘设备。
3.机动车排气污染。
受经济增长的推动，我国机动车近年来数量增长迅速，尤其是一些大城市如北京、上海、广州等机动车数量增长速率更是远远高于全国平均水平。
汽车排放的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物排放总量逐年上升。
由于城市人口密集，交通运输量相对大，机动车排气污染在城市大气污染中所占比例也不断上升。
2.2SO2的危害
2.2.1SO2对人体的危害
大气污染物侵入人体主要有三条途径：
表面接触、食入含污染物的食物和水、吸入被污染的空气，其中以第三条途径最为重要。
大气污染对人体健康的危害主要表现为引起呼吸道疾病。
在高浓度污染物的突然作用下，人体可发生急性中毒，甚至在短时间内死亡。
长期接触低浓度污染物，会引起支气管炎、支气管哮喘、肺气肿和肺癌等病症。
此外，还发现一些尚未查明的可能与大气污染有关的疑难杂症。
SO2是一种无色具有强烈刺激性气味的气体，易溶解于人体的血液和其他黏性液。
大气中的SO2会导致户籍到炎症、支气管炎、肺气肿、眼结膜炎症等。
同时还会使青少年的免疫力降低，抗病能力变弱。
SO2在氧化剂、光的作用下，能生成硫酸盐气溶胶，硫酸盐气溶胶能使人致病，增加病人死亡率。
根据经济合作发展组织（OECD）的研究，当硫酸盐年浓度在10μg/m3左右时，每减少10%的浓度能使死亡率降低0.5%；SO2还能与大气中的飘尘黏附，当人体呼吸时吸入带有SO2的飘尘，会使SO2的毒性增强。
SO2在空气中的浓度达到（0.3～1.0）X10-6时，人们就会闻到它的气味。
包括人类在内的各种动物，对SO2的反应都会表现为支气管收缩，这可从气管阻力稍有增加判断出来。
一般认为，空气中SO2浓度在0.5X10-6以上，对人体健康已有某种潜在性影响，（1～3）X10-6时多数人开始受到刺激，10×10-6时刺激加剧，个别人还会出现严重的支气管痉挛。
与颗粒物和水分结合的硫氧化物是对人类健康影响非常严重的公害见。
当大气中的SO2氧化形成硫酸和硫酸烟雾时，即使其浓度只相当于SO2的1/10，其刺激和危害也将更加显著。
据动物实验表明，硫酸烟雾引起的生理反应要比单一SO2气体强4～20倍。
2.2.2SO2对植物的危害
研究表明，在高浓度的SO2的影响下，植物产生急性危害，叶片表面产生坏死斑，或直接使植物叶片枯萎脱落；在低浓度SO2的影响下，植物的生长机能受到影响，造成产量下降，品质变坏。
SO2对金属，特别是对钢结构的腐蚀。
每年给国民经济带来很大的损失。
据估计，工业发达国家每年因为金属腐蚀而带来的直接经济损失占国民经济总产值的2%～4%。
据1983年对我国13个省市25个工厂企业的统计，因SO2造成的受害面积达2.33万公顷，粮食减少1.85万吨，蔬菜减少500吨，危害相当严重。
大气污染对植物的伤害，通常发生在叶子结构中，因为叶子含有整棵植物的构造机理。
最常遇到的毒害植物的气体是：
二氧化硫、臭氧、PAN、氟化氢、乙烯、氯化氢、氯、硫化氢和氨。
大气中含SO2过高，对叶子的危害首先是对叶肉的海绵状软组织部分，其次是对栅栏细胞部分。
侵蚀开始时，叶子出现水浸透现象，干燥后，受影响的叶面部分呈漂白色或乳白色。
如果SO2的浓度为（0.3～0.5）X10-6，并持续几天后，就会对敏感性植物产生慢性损害。
SO2直接进入气孔，叶肉中的植物细胞使其转化为亚硫酸盐，再转化成硫酸盐。
当过量的SO2存在时，植物细胞就不能尽快地把亚硫酸盐转化成硫酸盐，并开始破坏细胞结构。
菠菜、莴苣和其他叶状蔬菜对SO2最为敏感，棉花和苜蓿也都很敏感。
松针也受其影响，不论叶尖或是整片针叶都会变成褐色，并且很脆弱。
20世纪50年代后期，臭氧对植物的损害才引起人们的注意。
臭氧首先侵袭叶肉中的栅栏细胞区。
叶子的细胞结构瓦解，叶子表面出现浅黄色或棕红色斑点。
针叶树的叶尖变成棕色，而且坏死。
菠菜、斑豆、西红柿和白松显得特别敏感。
在某些森林中的很多松树，似乎由于长期暴露在光化学氧化剂中而濒于死亡。
据估计，损害阈值约为0.03×10-6，暴露时间为4h。
上述植物在0.1×10-6或更低的浓度中暴露1～8h，也曾出现受害情况。
苜蓿在浓度0.06×10-6的臭氧中暴露3～4h，会受到损害。
臭氧还阻碍柠檬的生长。
过氧乙酰硝酸酯（PAN）侵害叶子气孔周围空间的海绵状薄壁细胞。
可以窥见的主要影响是叶子的下部变成银白色或古铜色。
虽然牵牛花在浓度0.005X10-6中暴露8h，就会受到影响。
但是，有害的阈值估计为0.01×10-6，暴露时间为6h。
以成熟状况看，幼叶是最敏感的。
氟化氢对植物是一种累积性毒物。
即使暴露在极低的浓度中，植物也会最终把氟化物累积到足以损害其叶子组织的程度。
最早出现的影响表现为叶尖和叶边呈烧焦状。
显然，氟化物通过气孔进入叶子，然后被正常的流动水分带向叶尖和叶边，最后使内部细胞遭受破坏。
当细胞被破坏变干时，受害部分就由深棕色变成棕褐色。
桃树、葡萄藤和糖菖蒲等对氟化物十分敏感，超过4至5个星期暴露期的损害阈值低至0.1×10-9。
氟化氢的浓度接近1X10-9时，就值得我们重视了。
在普通碳氢化合物中，乙烯是唯一的在已知环境水平下就能引起植物遭受损害的物质。
浓度为（0.001～0.5）X10-6的乙烯，曾使敏感的植物受到损害。
乙烯对植物的影响包括，使花朵凋落和叶子不能很好地舒展。
已证实它对兰花和棉花有害。
在乙烯下暴露6h的损害总阈值为0.05X10-6。
其他气体和蒸气，如氯化氢、氯、硫化氢和氨，比别的气体更能引起叶子组织剧烈瓦解。
有关文献中列举了200种植物对13种不同污染物的敏感性。
关于颗粒物对植物的总影响还了解得很少。
然而，人们已观察到几种特定物质所引起的损害作用。
含氟化物的颗粒物能引起某些植物损害。
降落在农田上的氧化镁，曾使农作物生长不良。
动物误食沾有有毒颗粒物的植物时，健康会受到损害。
这些有毒化合物会被吸收进植物组织，或成为植物表面污染而存在下去。
2.2.3SO2对大气能见度的影响
大气污染最常见的后果之一是大气能见度降低。
一般说来，对大气能见度或清晰度有影响的污染物，应是气溶胶粒子、能通过大气反应生成气溶胶粒子的气体或有色气体。
因此，对能见度有潜在影响的污染物有：
①总悬浮颗粒物（TSP）；②SO2和其他气态含硫化合物，因为这些气体在大气中以较大的反应速率生成硫酸盐和硫酸气溶胶粒子；③NO和NO2，在大气中反应生成硝酸盐和硝酸气溶胶粒子，还在某些条件下，红棕色的NO2会导致烟羽和城市霾云出现可见着色；④光化学烟雾，这类反应生成亚微米级的气溶胶粒子。
能见度的气象学定义是：
在指定方向上仅能用肉眼看见和辨认的最大距离：
①在白天，能看见地平线上直指天空的一个显著的深色物体；②在夜间，能看见一个已知的、最好未经聚焦的中等强度的光源。
能见度观测是观测者通过对指定方向上一个目标的反差度的估计而对光衰减的主观评价。
如果观测者视力完好，则这种反差度极限估计为2%。
通常认为，普通观测者需要接近5%的反差度才能辨别出以背景为衬托的物体。
反差度的降低及大气能见度的下降，主要是大气中微粒对光的散射和吸收作用所造成的。
还有某些散射是空气分子引起的，这就是瑞利散射过程。
大气中由散射引起的光衰减，主要是由与入射光波长相近的粒子造成的。
可见光辐射波长约为0.4～0.8μm，其最大强度为0.52μm左右。
因此，粒径处于0.1～1.0μm的亚微米级范围内的固体和液体粒子对能见度降低的影响很大。
城市大气中硫酸盐的粒径大多小于2μm，粒径分布峰值为0.2～0.9μm，因而这类气溶胶的存在会引起能见度明显降低。
大气能见度的降低，不仅会使人感到不愉快，而且会造成极大的心理影响，还会产生交通安全方面的危害。
2.3烟气脱硫技术
目前全球都已高度关注烟气脱硫技术，现已研发除十多种有效的工艺，部分脱硫工艺已大规模用于去除烟气中的二氧化硫。
全球广泛采用的脱硫技术是钙法，在烟气脱硫中使用钙法的占比大于90%。
依据脱硫产物的作用分为回收法和抛弃法。
第三章除尘装置
3.1机械式除尘器
机械式除尘器是依靠机械力（重力、惯性力、离心力等）将尘粒从气流中去除的装置。
特点是结构简单，设备费和运行费均较低，但除尘效率不高。
按出尘粒的不同可设计为重力尘降室、惯性除尘器和旋风除尘器。
适用于含尘浓度高和颗粒力度较大的气流。
广泛用于除尘要求不高的场合或用作高效除尘装置的前置预除尘器。
3.1.1重力沉降室
重力沉降室是利用重力作用使尘粒从气流中自然沉降的除尘装置。
其机理为含尘气流进入沉降室后，由于扩大了流动截面积而使得气流速度大大降低，使较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。
重力沉降窒是最古老、最简易的除尘设备，主要由室体、进气口、出气口和集灰斗组成。
含尘气流进入室体内，因流动截面积的扩大而使气体流速降低，较大尘粒借助自身重力作用自然沉降而被分离捕集下来。
重力沉降室适用于捕集密度大、颗粒大（50μm以上）的粉尘，特别是磨损件很强的粉尘。
其优点是结构简单、造价低、施工容易、维护管理方便、阻力小（一般为50～150Pa），可处理较高温气体（最高使用温度能达到350～550℃）、可回收干灰等，但缺点是除尘效率低（约50%）、占地面积大，因此，一般作为多级除尘系统中的预除尘器使用。
沉降室的除尘效率与沉降室的结构、气流速度、尘粒大小等因素直接相关。
沉降室的尺寸宜以矮、宽、长的原则布置。
沉降室内气流速度越低，越有利于捕集细小尘粒，但设备体积相对庞大；在室内气流速度一定的前提下，增加沉降室的纵深，也可提高除尘效率．但不宜延长至10m以上；在沉降室内合理布置挡墙、隔板、喷雾或在沉降窒底部设置水封池等措施，均能在一定程度上（10%～15%）提高除尘效率。
3.1.2惯性除尘器
惯性除尘器是使含尘气体与挡板撞击或者急剧改变气流方向，利用惯性力分离并捕集粉尘的除尘设备。
惯性除尘器亦称惰性除尘器。
由于运动气流中尘粒与气体具有不同的惯性力，含尘气体急转弯或者与某种障碍物碰撞时，尘粒的运动轨迹将分离出来使气体得以净化的设备称为惯性除尘器或惰性除尘器。
惯性除尘器分为碰撞式和回转式两种。
前者是沿气流方向装设一道或多道挡板，含尘气体碰撞到挡板上使尘粒从气体中分离出来。
显然，气体在撞到挡板之前速度越高，碰撞后越低，则携带的粉尘越少，除尘效率越高。
后者是使含尘气体多次改变方向，在转向过程中把粉尘分离出来。
气体转向的曲率半径越小。
转向速度越多，则除尘效率越高。
惯性除尘器的性能因结构不同而异。
当气体在设备内的流速为10m/S以下时，压力损失在200一1000Pa之间，除尘效率为50%一70%。
在实际应用中，惯性除尘器一般放在多级除尘系统的第一级，用来分离颗粒较粗的粉尘。
它特别适用于捕集粒径大于10μm的干燥粉尘．而不适宜于清除粘结性粉尘和纤维性粉尘。
惯性除尘器还可以用来分离雾滴，此时要求气体在设备内的流速以1—2m/s为宜。
这种设备结构简单，阻力较小，但除尘效率不高，这一类设备适用于大颗粒（20μm以上）的干性颗粒。
3.1.3旋风除尘器
旋风除尘器是除尘装置的一类。
除尘机理是使含尘气流作旋转运动，借助于离心力将尘粒从气流中分离并捕集于器壁，再借助重力作用使尘粒落入灰斗。
旋风除尘器的各个部件都有一定的尺寸比例，每一个比例关系的变动，都能影响旋风除尘器的效率和压力损失，其中除尘器直径、进气口尺寸、排气管直径为主要影响因素。
在使用时应注意，当超过某一界限时，有利因素也能转化为不利因素。
另外，有的因素对于提高除尘效率有利，但却会增加压力损失，因而对各因素的调整必须兼顾。
旋风除尘器于1885年开始使用，已发展成为多种形式。
按气流进入方式，可分为切向进入式和轴向进入式两类。
在相同压力损失下，后者能处理的气体约为前者的3倍，且气流分布均匀。
旋风除尘器是由进气管、排气管、圆筒体、圆锥体和灰斗组成。
旋风除尘器结构简单，易于制造、安装和维护管理，设备投资和操作费用都较低，已广泛用于从气流中分离固体和液体粒子，或从液体中分离固体粒子。
在普通操作条件下，作用于粒子上的离心力是重力的5～2500倍，所以旋风除尘器的效率显著高于重力沉降室。
利用这一个原理基础成功研究出了一款除尘效率为百分之九十以上的旋风除尘装置。
在机械式除尘器中，旋风式除尘器是效率最高的一种。
它适用于非黏性及非纤维性粉尘的去除，大多用来去除5μm以上的粒子，并联的多管旋风除尘器装置对3μm的粒子也具有80～85%的除尘效率。
选用耐高温、耐磨蚀和腐蚀的特种金属或陶瓷材料构造的旋风除尘器，可在温度高达1000℃，压力达500×105Pa的条件下操作。
从技术、经济诸方面考虑旋风除尘器压力损失控制范围一般为500～2000Pa。
因此，它属于中效除尘器，且可用于高温烟气的净化，是应用广泛的一种除尘器，多应用于锅炉烟气除尘、多级除尘及预除尘。
它的主要缺点是对细小尘粒（<5μm）的去除效率较低。
优点：
按照前面轴向速度对流通面积积分的方法，一并计算常规旋风除尘器安装了不同类型减阻杆后下降流量的变化，并将各种情况下不同断面处下降流量除尘器总处理流量的百分比绘入，为表明上、下行流区过流量的平均值即下降流量与实际上、下地流区过流量差别的大小。
可看出各模型的短路流量及下降流量沿除尘器高度的变化。
与常规旋风除尘器相比，安装全长减阻杆1#和4#后使短路流量增加但安装非全长减阻杆H1和H2后使短路流量减少。
安装1#和4#后下降流量沿流程的变化规律与常规旋风除尘器基本相同，呈线性分布，三条线近科平行下降。
但安装H1和H2后，分布呈折线而不是直线，其拐点恰是减阻杆从下向上插入所伸到的断面位置。
由此还可以看到，非全长减阻杆使得其伸至断面以上各断面的下降流量增加，下降流量比常规除尘器还大，但接触减阻杆后，下降流量减少
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