《大氣污染控制工程》課程設(shè)計說明書 5

1、大氣污染控制工程課程設(shè)計說明書（論文）成 績南京工程學院課程設(shè)計說明書（論文）題 目 石灰石濕法煙氣脫硫（噴淋塔）課程名稱 大氣污染控制工程 院（系、部） 環(huán)境工程學院 專 業(yè) 環(huán)境工程 班 級 環(huán)境111 學 號 216110115 姓 名 丁文文 起止日期 2014-05-262013-06-06 指導(dǎo)教師 張東平 目錄前言3第一章 設(shè)計概論31.1 設(shè)計任務(wù)31.1.1 設(shè)計原始資料31.1.2 設(shè)計內(nèi)容4第二章 設(shè)計計算52.1 煙量氣、煙塵和二氧化硫濃度的計算52.1.1 標準狀態(tài)下理論空氣量52.1.3 標準狀態(tài)下實際煙氣量52.1.4 標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度6 2.1.5 標準狀

2、態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算72.1.7石灰石耗量和石膏產(chǎn)量的計算82.1.9 煙氣體積的流量9 2.1.10 煙氣質(zhì)量流量92.1.14 廢水流量的計算122.1.15 工藝水消耗量132.1.16 石膏脫水132.1.17 石膏漿液密度計算132.1.18 旋流器底流密度計算132.1.19 旋流器頂流密度計算142.1.22 石灰石漿液供給152.1.24 石灰石漿液密度152.1.26 漿液池尺寸設(shè)計162.1.27 濾池箱尺寸設(shè)計162.1.30 吸收塔尺寸的設(shè)計172.1.30.1循環(huán)漿液流量172.1.31 噴淋層設(shè)計202.1.32 煙道尺寸設(shè)計222.1.34 增壓風機總壓損

3、232.1.36 三臺循環(huán)泵軸功率計算232.1.37 電機參數(shù)24第三章 總結(jié)與致謝25主要參考文獻26前言我國是世界上最大的煤炭消費國，煤炭占一次能源消費總量的 70%左右。隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，電力需求日益增加，煤炭消耗量亦迅速攀升，連續(xù)多年二氧化硫年排放量居世界首位。二氧化硫形成的酸雨覆蓋了 40%以上的國土面積，全國 50%以上的城市遭受酸雨的影響，其中尤以西南、華中、華南、福建、上海、山東、山西等地區(qū)更為嚴重。酸雨嚴重的地方森林枯死、草地變黃、莊稼減產(chǎn)，建材腐蝕，嚴重危害人類生存環(huán)境。目前，我國已把解決煙氣脫硫問題納入國家大政方針并成為治理火電行業(yè)和化工行業(yè)首要解決的問題。 目前，全

4、世界煙氣脫硫工藝共有200多種經(jīng)過幾十年不斷的探索和實踐，在火電廠上應(yīng)用的脫硫工藝僅在10種左右，主要包括有：石灰石石膏濕法煙氣脫硫工藝；旋轉(zhuǎn)噴霧半干法煙氣脫硫工藝；爐內(nèi)噴鈣加尾部煙道增濕活化脫硫工藝；循環(huán)流化床鍋爐脫硫工藝；海水脫硫煙氣工藝；電子束煙氣脫硫工藝以及荷電子束煙氣脫硫工藝；電干式噴射法煙氣脫硫工藝等。其中，應(yīng)用最廣泛的是石灰石石膏濕法煙氣脫硫工藝，濕式石灰石石膏法脫硫工業(yè)化裝置已有四十余年的歷史，經(jīng)過多年不斷改進發(fā)展與完善，目前已成為世界上技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的脫硫工藝。 本文主要是火電廠濕式石灰石石膏法煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計，其主要包括：煙氣脫硫工藝的選擇、燃煤鍋爐排煙量及煙塵

5、和二氧化硫濃度的計算、石灰石的消耗量和石膏產(chǎn)量及水平衡的計算、吸收塔尺寸及噴淋系統(tǒng)的計算、除霧器和漿液系統(tǒng)及石膏脫水系統(tǒng)的計算、風機及電機的選擇設(shè)計等。第1章 設(shè)計概論1.1 設(shè)計任務(wù)1.1.1 設(shè)計原始資料 假定燃煤熱值20.6000 kJ/kg ,全廠效率41.3%，含硫量0.79% 裝機容量：200 MW 發(fā)電效率：41.3% 除塵器出口排煙溫度：135 煙氣密度（標準狀態(tài)）：1.34 kg/m3 空氣過剩系數(shù):=1.3 排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：16% 煙氣在鍋爐在出口前阻力：800Pa 當?shù)卮髿鈮毫Γ?7.86kPa 冬季室內(nèi)空氣溫度：-1 空氣含水（標準狀態(tài)下）按0.012

6、93kg/m3 煙氣其他性質(zhì)按空氣計算 煤的工業(yè)分析元素分析值：Var表1-1煤的工業(yè)分析元素分析值組分CarHarSarOarNarWarAar Var %6450.66.4181615按鍋爐大氣污染物排放標準（GB132223-2011）中標準執(zhí)行煙塵濃度排放標準（標準狀態(tài)下）：30mg/m3二氧化硫排放標準（標準狀態(tài)下）：200mg/m3基準氧含量按6%計算。 1.1.2 設(shè)計內(nèi)容 （1） 燃燒鍋爐排煙量及煙塵和二氧化硫濃度的計算。 （2） 采用石灰石石膏法煙氣脫硫。 （3）計算石灰石消耗量、石膏產(chǎn)量，并進行水平衡算的計算。 （4）選擇合適的液氣比和空塔氣速計算吸收塔塔徑、塔高并對噴淋系

7、統(tǒng)、除霧器、漿液箱、石膏脫水系統(tǒng)進行計算。 （5）風機及電機的選擇設(shè)計：根據(jù)脫硫系統(tǒng)所處理煙氣量、煙氣溫度、系統(tǒng)總阻力等計算選擇風機種類、型號及電動機的種類、型號和功率。 （6）編寫設(shè)計說明書：設(shè)計說明書按設(shè)計程序編寫、包括方案的確定，設(shè)計集散、設(shè)備選擇和有關(guān)設(shè)計的簡圖等內(nèi)容。課程設(shè)計說明書包括封面、目錄、前言、正文、小結(jié)及參考文獻等部分，文字應(yīng)簡明、通順、內(nèi)容正確完整，書寫工整、裝訂成冊。（7）圖紙要求：脫硫系統(tǒng)圖一張（A3）。系統(tǒng)圖應(yīng)按比例回執(zhí)、標出設(shè)備、關(guān)鍵編號。（8）如果條件允許需附除塵系統(tǒng)平面、剖面布置圖23章（A3）。第二章 設(shè)計計算2.1 煙量氣、煙塵和二氧化硫濃度的計算2.1.

8、1 標準狀態(tài)下理論空氣量 計算得 CY，HY，SY，OY分別為煤中各元素所含的質(zhì)量分數(shù)。2.1.2 標準狀態(tài)下理論煙氣量（設(shè)空氣含濕量12.93g/m3） 標準狀態(tài)下理論空氣量，()； WY煤中水分所占質(zhì)量分數(shù)，%； NYN元素在煤中的質(zhì)量分數(shù)，%。計算得： 2.1.3 標準狀態(tài)下實際煙氣量 a空氣過剩系數(shù)； 標準狀態(tài)下理論煙氣量，； 標準狀態(tài)下理論空氣量，。 （標準狀態(tài)下煙氣流量Q應(yīng)以計，因此，。） 設(shè)計煤耗量： mcoal = 裝機容量 發(fā)電效率 Hu 燃煤熱值（本課設(shè)取20.600kJ/kg） 計算得： 所以: 2.1.4 標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度 排煙中飛灰占煤中不可燃成分的質(zhì)量分數(shù)(1

9、6%)； AY煤中不可燃成分的含量(16%)； 標準狀態(tài)下實際煙氣量，。 計算得： 2.1.5 標準狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算 S煤中含可燃硫的質(zhì)量分數(shù)； 標準狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實際煙氣量，。計算得： SO2的校準：假定干煙氣中的氧氣含量為7% 除硫效率為： 2.1.6 標準狀況下SO2燃燒產(chǎn)量 式中：二氧化硫摩爾質(zhì)量，g/moL；MS硫的摩爾質(zhì)量，g/moL；mcoal燃燒耗煤量，t/h。則代入數(shù)據(jù)有： SO2的脫除量： 2.1.7石灰石耗量和石膏產(chǎn)量的計算由反應(yīng)式：得：石灰石耗量為：石膏產(chǎn)量為：2.1.8 煙氣中水蒸氣密度由理想氣體狀態(tài)方程得： 2.1.9 煙氣體積的流量 煙氣含水率（體

10、積） 2.1.10 煙氣質(zhì)量流量 2.1.11 吸收塔飽和溫度計算 假定電除塵器出口溫度為135GGH出口溫度為108 在h,x圖上，108和0.048的交點的焓h=233(kJ/kg)。沿等焓線到飽和線 可得到飽和溫度T=53 2.1.12 吸收塔出口凈煙氣的計算 2.1.13 吸收塔煙氣計算結(jié)果匯總 吸收塔入口： 吸收塔出口： 2.1.14 廢水流量的計算假定煙氣中HCl濃度，HCl的去除率為98%廢水中 Cl含量保持 2.1.15 工藝水消耗量 2.1.16 石膏脫水 （石膏密度，水的密度） 假定: 吸收塔石膏濃度 Cgvpsum = 13% 旋流器底流石膏密度 Cgvpsum = 50

11、% 真空皮帶機石膏濃度 Cgvpsum = 90% 旋流器頂流石膏密度 Cgvpsum = 3%2.1.17 石膏漿液密度計算 2.1.18 旋流器底流密度計算 2.1.19 旋流器頂流密度計算 2.1.20 脫水石膏產(chǎn)量 2.1.21 吸收塔來石膏漿液計算 聯(lián)立方程組得： 2.1.22 石灰石漿液供給 石灰石耗量 假定石灰石漿液濃度 石灰石固體密度2.1.23 石灰石漿液質(zhì)量流量 2.1.24 石灰石漿液密度 與石灰石漿液密度經(jīng)驗值1.23（kg/L)接近，計算合理。2.1.25 石灰石漿液體積流量 2.1.26 漿液池尺寸設(shè)計 (1)假定漿液停留時間 漿液灌體積 漿液罐直徑計算 聯(lián)立上式得

12、： 2.1.27 濾池箱尺寸設(shè)計 假定濾布沖洗水量以50的石膏質(zhì)量流量作為石膏 沖洗水量 2.1.28 濾液量 2.1.29 濾液箱容積 假定濾液箱停留時間 2.1.30 吸收塔尺寸的設(shè)計2.1.30.1循環(huán)漿液流量 煙氣流量 二氧化硫濃度 二氧化硫脫除率 查資料得: 液氣比與煤含硫量和脫硫率關(guān)系較大，一般在825L/m3之間。 假定液氣比，吸收塔出口凈煙氣溫度T2=53。 循環(huán)漿液流量 設(shè)計噴淋塔層數(shù)為3 每層循環(huán)漿液流量 2.1.30.2 吸收塔直徑查資料得: 吸收塔煙氣流速通常為35m/s，取=4m/s。 2.1.30.3吸收塔循環(huán)區(qū)體積假定循環(huán)漿液停留時間26 min，取 2.1.30

13、.4 吸收塔總高 漿液池位高度 另外考慮到因注入氧化空氣引起的吸收塔漿液液位波動，漿液液位高度增加0.5，取H1=10.82；漿液液面距入口煙道高度H2，考慮到漿液鼓入氧化空氣和攪拌時液位有所波動；入口煙氣溫度較高、漿液溫度較低可對進口管底部有些降溫影響，加之該區(qū)間需接近料管，H2一般定位800mm1300mm范圍為宜。此處H2取1.2; 進口煙道高度H3=4,進口煙道頂部距底層噴淋層高,H4=2.5m, 噴淋層區(qū)域高度H5,設(shè)計噴淋層之間的間隔2，噴淋層數(shù)3層, H5=22=4 ,除霧區(qū)高度H6=4m，出口煙道高度：H7=3。吸收塔總高 2)除霧器的主要設(shè)計指標a.沖洗覆蓋率：沖洗覆蓋率是指

14、沖洗水對除霧器斷面的覆蓋程度。據(jù)經(jīng)驗值5，沖洗覆蓋率一般在180200。其可按下式計算：沖洗覆蓋率=式中： A某一沖洗面的有效通流面積，取A=100m2； n該沖洗面的噴嘴數(shù)，取n=90； 噴射擴散角，一般為90120，取 =90； h噴嘴距除霧器表面的垂直距離，一般為0.6m0.9m，取h=0.8m。代入數(shù)據(jù)有： 沖洗覆蓋率=在180200范圍內(nèi)，設(shè)計合理。b.除霧器沖洗周期：沖洗周期是指除霧器每次沖洗的時間間隔。由于除霧器沖洗期間會導(dǎo)致煙氣帶水量加大。所以沖洗不宜過于頻繁，但也不能間隔太長,否則易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，除霧器的沖洗周期主要根據(jù)煙氣特征及吸收劑確定。c.除霧效率。指除霧器在單位時間內(nèi)

15、捕集到的液滴質(zhì)量與進入除霧器液滴質(zhì)量的比值。影響除霧效率的因素很多，主要包括：煙氣流速、通過除霧器斷面氣流分布的均勻性、葉片結(jié)構(gòu)、葉片之間的距離及除霧器布置形式等。d.系統(tǒng)壓力降。指煙氣通過除霧器通道時所產(chǎn)生的壓力損失，系統(tǒng)壓力降越大，能耗就越高。除霧系統(tǒng)壓降的大小主要與煙氣流速、葉片結(jié)構(gòu)、葉片間距及煙氣帶水負荷等因素有關(guān)。當除霧器葉片上結(jié)垢嚴重時系統(tǒng)壓力降會明顯提高，所以通過監(jiān)測壓力降的變化有助把握系統(tǒng)的狀行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題，并進行處理。e.煙氣流速。通過除霧器斷面的煙氣流速過高或過低都不利于除霧器的正常運行，煙氣流速過高易造成煙氣二次帶水，從而降低除霧效率，同時流速高系統(tǒng)阻力大，能耗高。

16、通過除霧器斷面的流速過低，不利于氣液分離，同樣不利于提高除霧效率。設(shè)計煙氣流速應(yīng)接近于臨界流速。根據(jù)不同除霧器葉片結(jié)構(gòu)及布置形式，設(shè)計流速一般選定在35m/ s之間。本方案的煙氣設(shè)計流速為4m/s。f.除霧器葉片間距。除霧器葉片間距的選取對保證除霧效率，維持除霧系統(tǒng)穩(wěn)定運行至關(guān)重要。葉片間距大，除霧效率低，煙氣帶水嚴重，易造成風機故障，導(dǎo)致整個系統(tǒng)非正常停運。葉片間距選取過小，除加大能耗外，沖洗的效果也有所下降，葉片上易結(jié)垢、堵塞，最終也會造成系統(tǒng)停運。葉片間距一般設(shè)計在 2095mm。目前脫硫系統(tǒng)中最常用的除霧器葉片間距大多在3050mm。g.除霧器沖洗水壓。除霧器水壓一般根據(jù)沖洗噴嘴的特征

17、及噴嘴與除霧器之間的距離等因素確定，噴嘴與除霧器之間距離一般小于1m，沖洗水壓低時，沖洗效果差，沖洗水壓過高則易增加煙氣帶水，同時降低葉片使用壽命。h.除霧器沖洗水量。選擇除霧器沖水量除了需滿足除霧器自身的要求外，還需考慮系統(tǒng)水平衡的要求，有些條件下需采用大水量短時間沖洗，有時則采用小水量長時間沖洗，具體沖水量需由工況條件確定，一般情況下除霧器斷面上瞬時沖洗耗水量約為1-4m3/(m2.h)。3)除霧器的最終設(shè)計參數(shù)本設(shè)計中設(shè)定最下層沖洗噴嘴距最上層噴淋層3m。距離最上層沖洗噴嘴3.5m。a.數(shù)量：1套 1units=套b.類型：V型 級數(shù)：2級c.作用：除去吸收塔出口煙氣中的水滴，以便減少煙

18、囪出煙口灰塵量。d.選材：外殼：碳鋼內(nèi)襯玻璃鱗片；除霧元件：阻燃聚丙烯材料（PP）；沖洗管道：FRP；沖洗噴嘴：PP。2.1.31 噴淋層設(shè)計 在滿足吸收二氧化硫所需表面積的同時，應(yīng)該盡量把噴淋造成的壓力損失降低到最小，噴嘴是凈化裝置的最關(guān)鍵部分，必須滿足以下條件：（1）能產(chǎn)生實心錐體形狀，噴射區(qū)為圓形，噴射角度為60120；（2）噴嘴內(nèi)液體流道大而暢通，具有防止堵塞的功能；（3）采用特殊的合金材料制作，具有良好的防腐性能和耐磨性能；（4）噴嘴體積小，安裝清洗方便；（5）噴霧液滴大小均勻，比表面積大而又不容易引起帶水。霧化噴嘴的功能是將大量的石灰石漿液轉(zhuǎn)化為能夠提供足夠接觸面積的霧化小液滴以有

19、效脫除煙氣中二氧化硫。濕法脫硫采用的噴嘴一般為離心壓力霧化噴嘴，可粗略分為旋轉(zhuǎn)型和離心型。常用的有空心錐切線型、實心錐切線型、雙空心錐切線型、實心錐型、螺旋型等5種。噴嘴布置分成2-6層，一般情況6下為4層；層數(shù)的安排可以根據(jù)脫硫效率的具體要求來增減。底負荷時可以停止使用某一層，層間距0.82米，離心式噴嘴1.7米。實際上從漿液池液面到除霧器，整個高度都在進行吸收反應(yīng)。因而實際吸收區(qū)高度要比h高68米。本方案采用4層噴嘴，層間距為2米。每臺吸收塔再循環(huán)泵均對應(yīng)一個噴淋層，噴淋層上安裝空心錐噴嘴，其作用是將石灰石/石膏漿液霧化。漿液由吸收塔再循環(huán)泵輸送到噴嘴，噴入煙氣中。噴淋系統(tǒng)能使?jié){液在吸收塔

20、內(nèi)均勻分布，流經(jīng)每個噴淋層的流量相等。一個噴淋層由帶連接支管的母管制漿液分布管道和噴嘴組成，噴淋組件及噴嘴的布置成均勻覆蓋吸收塔的橫截面，并達到要求的噴淋漿液覆蓋率，使吸收漿液與煙氣充分接觸，從而保證在適當?shù)囊?氣比（L/G）下可靠地實現(xiàn)較高的脫硫效率，且在吸收塔的內(nèi)表面不產(chǎn)生結(jié)垢。噴嘴系統(tǒng)管道采用FRP玻璃鋼，噴嘴采用SIC，是一種脆性材料，但是特別耐磨，而且抗化學腐蝕，可以長期運行而無腐蝕、無磨損、無石膏結(jié)垢以及堵塞等問題。單層噴淋層漿液流量 假定噴嘴流量為5 取整得 211 假定單管可選最大直徑，噴淋管內(nèi)最大流速 單噴管最大流量 單噴淋層主噴管數(shù) = 252.1.32 煙道尺寸設(shè)計 1、

21、凈煙氣煙道直徑 假定煙氣出口流速 2、原煙氣煙道直徑 由前面計算知：吸收塔入口處煙氣流量 ； 除塵器出口溫度T=135。 則折合成實際工況下原煙氣流量為： 2.1.33 增壓風機煙氣設(shè)計流量計算 假定風機入口煙氣溫度，100%BMCR工況下風機入口處濕煙氣流量 2.1.34 增壓風機總壓損 假定吸收塔壓損10（mbar），GGH壓損12（mbar）,煙道壓損7（mbar）考慮20%的裕量，取35（mbar）=3500 Pa 2.1.35 電機功率 假定風機效率，電動機效率 增壓風機所需功率 2.1.36 三臺循環(huán)泵軸功率計算 1、有效功率 三臺漿液循環(huán)泵的揚程分別為， 2、 循環(huán)泵的軸功率 假定循環(huán)泵的總效率 2.1.37 電機參數(shù) 選用循環(huán)泵電機額定功率需考慮標準值10%以上裕量 2.1.38 氧化風機 假定吸收塔噴淋區(qū)域的氧化率為60% 漿池內(nèi)氧化量: 假定通氧效率 所需空氣流量: 根據(jù)經(jīng)驗，考慮溶解鹽12.1%，則空氣流量為 此處設(shè)計選用一臺風機，因此風機空氣流量5370 第三章 總結(jié)與致謝課程設(shè)計是一項實踐性很強的課程，是培養(yǎng)個人綜合運用本課程及有關(guān)專業(yè)課程的基本知識去解決某一設(shè)計任務(wù)的一次綜合訓(xùn)練。在這兩星期的課程設(shè)計過程中，鍛煉了我們查閱文獻資料、搜集有關(guān)數(shù)據(jù)、正確選用公式，反復(fù)試算比較、整體規(guī)劃、綜合考慮及主要設(shè)備的工藝設(shè)計及繪制結(jié)構(gòu)圖的綜合能力，我受