DG—120_39型火电厂锅炉高硫无烟煤烟气喷雾干燥法脱硫和袋式除尘系统设计

1 绪论

喷雾干燥法脱硫技术是20世纪80年代迅速发展起来的一种半干法脱硫工艺。喷雾干燥法是目前市场份额仅次于湿钙法的烟气脱硫技术，其设备和操作简单，可使用碳钢作为结构材料，不存在有微量金属元素污染的废水。目前，喷雾干燥法主要用于低硫煤烟气脱硫，用于高硫煤的系统只进行了示范研究，尚未工业化。

1.2 工艺流程及设备

喷雾干燥法的工艺过程主要包括吸收剂制备、吸收和干燥、固体废物捕集以及固体废物处置四个主要过程。

1.3 烟气脱硫与干燥原理

当2so 烟气进入喷雾干燥塔后，立即与雾化浆液混合，气相中2so 迅速溶解于滴状液体中，并与吸收剂发生化学反应。2so 吸收的总反应为：

22322322CO O H CaSO O H SO CaCO +?→++ O H CaSO O H SO CaO 232222?→++

以上反应使气相中2so 不断溶解从而达到脱硫目的，在此过程中碱性物质被不断消耗，需由固体吸收剂继续溶解补充。在石灰干燥吸收中，烟气中2co 被吸收，并与浆液反应生成碳酸钙，从而减少了钙离子可用性，这个反应的重要性并未得到充分研究。小试研究表明，与2co 反应损失的吸收剂有可能由固体循环得到回收。

1.4特点

干燥速度快。料液经离心喷雾后，表面积大大增加，在高温气流中，瞬间喷雾干燥制粒机就可蒸发95%-98%的水份，完成干燥时间仅需数秒钟。采用并流型

喷雾干燥形式能使液滴与热风同方向流动，虽然热风的温度较高，但由于热风进入干燥室内立即与喷雾液滴接触，室内温度急降，而物料的湿球温度基本不变，因此也适宜于热敏性物料干燥

1.5净化效率的影响：

影响2so 去除率的工艺参数包括吸收塔烟气出口温度接近绝热饱和温度的程度、吸收剂钙硫比，以及2so 入口浓度。

2 煤燃烧计算

2.1 标准状态下烟气体积、二氧化硫及粉尘浓度

以1kg 煤完全燃烧计算，则：

重量（g ） 摩尔数（mol ） 需氧气数（mol ） 生成物(mol ) C 605 63.33 63.33 CO 2:63.33 H 80 40 10 H 2O:20 S 15 0.9375 0.9375 SO 2:0.9375 O 30 1.25 -0.625 N 10 0.71 N 2:0.355 W 80 2.22 A

180

由上表可得燃煤1kg 的理论需氧量为：

()煤kg mol O n /643.739375.0625.01033.632=+-+= (2.1)

假设干空气中氮和氧的摩尔比为3.78，则1kg 煤的完全燃烧所需要的理论空气量：

()煤煤kg m kg mol V a /885.7/01.352178.3643.733==+= (2.2)

实际空气量

煤kg mol V V a /211.3781.101.352=?==α (2.3)

则烟气的组成：

CO 2:63.33mol H 2O:20+2.22=22.22mol

SO 2:0.94mol N 2:73.643?3.78+0.355=278.73mol 理论烟气量：

()煤kg m V fg /18.81000

4

.2273.27894.022.2233.6330=?

+++= (2.4) 实际烟气量：

()()煤kg m V V fg fg /9685.811.1885.718.8130

=-+=-+=α (2.5)

2.2排烟温度下烟气体积、二氧化硫及粉尘浓度

因排烟温度为160℃，即K T S 433=。 实际烟气体积： 由

n

n s s T PV T PV =

得：煤kg m T T V V n s n s /22.14273433

18.83=?== (2.6) 烟气中SO 2的质量：

()mg g SO M 6000060649375.02==?= (2.7)

烟气中SO 2的浓度：

()322/015.421822

.1460000

)(m mg V SO M SO C s ===

(2.8) 已知飞灰率为28%，则粉尘浓度：

3/41.196822

.1428000

100028.0100m mg V C ==??=

粉尘 (2.9)

已知火电厂锅炉设计耗煤量为14t/h ，即14000kg/h ，则每小时产烟量：

s m h m V Q s /3.55/19908022.14140001400033==?== (2.10)

3除尘器的选择

3.1除尘效率

%92.941097.1100

113

=?-=-

=C C S η 3.2除尘器的选择

工况下烟气流量：

()m h m T T Q Q 33487.719231.315756273

16027310908.19==+??='='

所以采用脉冲袋式清灰除尘器。

3.3除尘器的设计

3.3.1过滤面积

35

17543

601015.360m v Q A =??='=

3.3.2滤袋的尺寸

单个滤袋直径：mm D 300~200=，取mm D 250=

单个滤袋长度：m L 12~2=，取m L 2.8= 滤布长径比一般为40~5，

2.8325

.02

.8==D L 3.3.3每条滤袋面积

344.62.825.014.3m DL a =??==π

3.3.4滤袋条数

3.3.5滤袋布置

条2724.27244

.61754≈===

a A n

按矩形布置：a.滤袋分16组;

b.每组17条；

c.组与组之间的距离：250mm （B ）组内相邻滤袋的间距：70mm （C ）滤袋与外壳的间距：210mm

4吸收塔设计

一般空塔流速为

1-5m/s ，此处以3m/s 设计，因

s m D Q v m v Q D Av Q /385.414.43

.5544,85.414.34,2

2=??====

=π则得吸收塔直径为： 计算脱硫塔高t v h ?= 式中，v--烟气流速。此处取3m/s

t —吸收反应时间，一般石灰系统的烟气脱硫时间为3—5s ，此处取5s 进行设计，则可得其有效高度为：m h 1553=?=其余设备按需要选相应型号

5烟囱设计计算

具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量,且温度高于周围气温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。这相对增加了烟囱的几何高度，因此烟囱的有效高度为：

式中：H—烟囱的有效高度，m；

H s—烟囱的几何高度，m；

—烟囱抬升高度，m。

H

5.1 烟囱的几何高度的计算

查相关资料可得燃烧锅炉房烟囱最低允许高度设为H s为60m 5.1.1 烟气释放热计算

式中：

Q—烟气热释放率，kw；

H

p—大气压力，取邻近气象站年平均值；

a

v Q —实际排烟量，s m 3

s T —烟囱出口处的烟气温度，433K ； a T —环境大气温度，K ；

取环境大气温度a T =293K ，大气压力a p =978.4kPa

kw Q H 82.11238433

140

507.1014.97835.0=?

??= 5.1.2烟气抬升高度计算

()s

m Q V 3507.10106.0120

1324

.1012738027371.87=+??+?

=

由K T T kw Q kw s a H 35,210002100≥-<<，可得

式中：210,,n n n —系数，1n 取0.6，2n 取0.4，0n 取0.292，则： m H 305.3946082.11238292.014.06.0=???=?- 则烟囱有效高度

5.1.3 烟囱直径的计算

设烟气在烟囱内的流速为s m v 20=，则烟囱平均截面积为：

208.520

507

.101m A ==

则烟囱的平均直径d 为：

m A

d 54.214

.308

.544=?=

=

π

取烟囱直径为DN1200mm ，校核流速v 得：

s m d Q v v 2054

.214.34

507.1014

12

2=??=

=

π 5.2 烟囱阻力损失计算

烟囱亦采用钢管，其阻力可按下式计算：

（4-5）

式中：λ——摩擦阻力系数，无量纲；

v ——管内烟气平均流速，s m ；

ρ——烟气密度，3m kg ；

l ——管道长度，m ； d ——管道直径，m ；

已知钢管的摩擦系数为0.02，所以烟囱的阻力损失为：

a m p P 59.2352

54.2748

.02020002.02=????=?

6管道设计

1、管道采用薄皮钢管，管内烟气流速为s m v o 18=，则管道直径D 为：

v

Q

D π4=

式中 Q ——锅炉出口的烟气流量h m 3；

v ——烟气流速m ，煤粉、焦炭粉粒等管道烟气最低流速为

s m 18

m 978.118

14.33

.554≈??=

D

管壁厚度'B 取mm 2.1查《环境工程设计手册》得

取管径为mm 2000,管壁厚度为mm 2.1的钢板制风管，

7.系统阻力的计算

7.1摩擦压力损失

取m L 200=，对于圆管

2

2

v d l P L ρλ=?

工作状态下的烟气密度：

3

/84.0160273273

34.1160273273m kg n

=+?=+=ρρ

a L p p 19.2752

1884.0978.120002.02=???=?

7.2局部压力损失

2

2

v P ρξ

=?

?90弯头，23.0=ξ

a p p 30.312

1884.023.02

=??=?

40个弯头

a p p p 125230.314040=?=?='?

出口前阻力为850Pa ，除尘器阻力选1400Pa ，脱硫设备阻力选100Pa

a p p 78.4222125219.27559.2351001400960=+++++=?∑

8.风机的选择

8.1风量的计算

m B tp Q Q y 353

3

31047.310

325.10110325.1012731602731990801.110325.1012732731.1?=???+??=?+= 8.2风压的计算

()()a

y y p y y p B t t S p H 74.388334

.1293

.110325.10110325.10125027316027353.17178.42222.1293.110325.1012732732.13

3

3=???++?

-?=?++-?∑=ρ

结合风机全压及送风量，选用C Y 6475--型离心引风机，其性能参数见表3。

表3 C Y 6475--型离心引风机性能参数

电机的效率

式中；N e —电机功率，kW ；

Q —风机的总风量，m 3/h ；

1η--通风机全压效率，一般取0.5～0.7；

2η--机械传动效率，对于直联传动为0.95；

β—电动机备用系数，对引风机，β=1.3； 代入数据得：

kw Ne 47.1599

.06.010*******.174.38831014.64=??????=

9达标分析

9.1从从排放浓度核算

在排烟温度160℃下，SO 2的排放浓度33/1045.32m mg so ?=ρ，转换为烟囱出口温度25℃：

1122

1

2T T P P ρρ= 则 ()

()()

33/9.5012298

1602731045.3273

251602732

2m mg so so

=+??=++?='ρρ 设脱硫效率为95.88％，脱硫后：

()()353.2069.5012%8.8951%9612

2

m mg so

so =?-='-=ρρ3700m mg < 依据大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行，烟尘最高排放标标准700mg/m 3，所以本设计符合排放要求。

9.2 从排放速率核算

（1） 二氧化硫的排放速率

设硫转化为二氧化硫的效率为94.92 %，则二氧化硫的排放速率为： 0.9492×64×14000×0.25×0.8%×310-=1.7h kg /<200h kg /

其为GB16297-1996现有污染源大气污染物排放限值中二级排放区中二氧化

硫最高允许排放速率，所以符合要求，设计合理。 （2）烟气的排放速率

可得出口浓度为：7.22310?×（1-99.9%）= 7.22mg/m 3<150 mg/m 3 检验烟气排放速率=总烟气量?烟气出口浓度

=h kg h kg h mg 10010.0106.5100.31052.344<=?=??

(h kg /100国标中二级排放区最高允许排放速率)，所以可得烟气排放速率也达标，所以设计合理。

9.3从落地浓度核算

地面最大浓度为：3

2

max 070.00.7072

.2.399414.368.12m mg =?????=

ρ 本设计任务书中规定，污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中二类区新建排污项目执行。由锅炉大气污染物排放标准（摘自GB 13271—2001）可查出烟尘最高允许排放浓度为200mg/m 3，二氧化硫的最高允许排放浓度为3/900m mg 。GB16297-1996现有污染源大气污染物排放限值中二级排放区中二氧化硫最高允许排放速率，比较得出排放浓度都不超标，因而设计合理，符合标准，所以该气体经处理后可以在国家2级标准下排放。

9.4总排放浓度核算

烟尘的总排放浓度（按每年300天计算）：

()h g h mg /166.2/2166300%9.9911022.73==?-??

国家规定的烟尘总排放浓度为h g /5.2，因为5.2166.2<，所以符合排放标准。

2SO 的总排放浓度（按每年300天计算）：

()h g h mg 1.521021.53009588.01015.42184=?=?-?

国家规定二氧化硫的总排放浓度为h

42，因为42

g/

52 所以不符合排放标准。

1.

此方法不适于高硫煤。

10心得体会

做学术并不辛苦，我觉得，做课程设计是一件很开心的事情。在完成每一个小题目的过程中，我收获的不仅仅是对一个课程难题进行了求解，更重要的是，从提出问题、撰写绪论摘要，到查阅相关文献，到提出自己的方法，最终撰写论文，这一系列工作的亲身体验不同于任何来自于他人的经验，毕竟，只有真正经历过，才知道自主学习的实质是什么；自己适合怎样的研究领域；自己的兴趣在哪个方向；学习中的困难与瓶颈在哪里，而乐趣又在哪里，等等。对于一个刚刚起步做课程设计的学生这些体验都是一笔宝贵财富。我也在完成这些课程设计的过程中，更加坚定了自己以后主动学习的信念。

11参考文献

1.郝吉明，马广大.大气污染控制工程.第二版.北京：高等教育出版社，2002

2. 黄学敏，张承中.大气污染控制工程实践教程.北京：高等教育出版社，2003

3.刘天齐.三废处理工程技术手册?废气卷.北京：化学工业出版社，1999

4. 张殿印.除尘工程设计手册. 北京：化学工业出版社，2003

5. 童志权.工业废气净化与利用. 北京：化学工业出版社，2003

6.周兴求，叶代启.环保设备设计手册—大气污染控制设备，北京：化学工业出版社，2003

7.罗辉.环保设备设计与应用. 北京：高等教育出版社，2003

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