循環(huán)流化床燒結(jié)煙氣工藝設(shè)計(jì)

1、 平頂山工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) 循環(huán)流化床燒結(jié)煙氣工藝設(shè)計(jì)1 概述1.1 SO2的污染和控制現(xiàn)況1.1.1 SO2污染狀況20世紀(jì)60、70年代以來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和礦物燃料消耗量的逐步增加，礦物燃料燃燒中排放的二氧化硫、氮氧化物等大氣污染物總量也不斷增加，導(dǎo)致了大范圍的酸雨的出現(xiàn)，酸雨中絕大部分物質(zhì)是硫酸和硝酸。我國(guó)酸雨中硫酸根和硝酸根的當(dāng)量濃度之比約為64：1，這表明大量SO2的排放是降水成酸雨的主要原因。 污染最早發(fā)生在挪威、瑞典等北歐國(guó)家，直至幾乎覆蓋整個(gè)歐洲。美國(guó)和加拿大東部也是一大酸雨區(qū)，美國(guó)是世界上能源消費(fèi)量最多的國(guó)家，消費(fèi)了全世界近1/4的能源，美國(guó)每年燃燒的礦物

2、燃料排出的二氧化硫和氮氧化物也在世界前位。亞洲國(guó)家，尤其是中國(guó)，已成為全球SO2排放最多的國(guó)家和地區(qū)之一，1995年我國(guó)SO2排放量達(dá)2341萬噸，超過美國(guó)當(dāng)年的2100萬噸，成為世界排放SO2第一大國(guó)。冶金行業(yè)是我國(guó)排放SO2的重點(diǎn)來源之一，約占全國(guó)SO2排放總量的5%6%，燒結(jié)工藝過程產(chǎn)生的SO2排放量約占鋼鐵企業(yè)年排放量40%60%，控制燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)過程SO2的排放，是SO2污染控制的重點(diǎn)。1.1.2 SO2控制現(xiàn)狀為綜合控制SO2的污染，國(guó)際社會(huì)提倡包括煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)換和煙氣凈化各個(gè)方面技術(shù)在內(nèi)的清潔煤技術(shù)。這是解決二氧化硫排放的最為有效的一個(gè)途徑。美國(guó)能源部在20世紀(jì)80年代就把開

3、發(fā)清潔能源和解決酸雨問題列為中心任務(wù)，從1986年開始實(shí)施清潔煤計(jì)劃。日本、西歐國(guó)家則比較普遍的采用了煙氣脫硫技術(shù)。我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，隨著全國(guó)燃煤和燃油電廠的持續(xù)增長(zhǎng)，SO2排放量的不斷增加。中國(guó)環(huán)境保護(hù)21世紀(jì)議程頒布后，對(duì)其中的固定源大氣污染的控制，建議采取如下以行動(dòng)方案。（1）推廣應(yīng)用循環(huán)流化床燃燒脫硫成套技術(shù)和火電廠煙氣脫硫技術(shù)；（2）發(fā)展燃煤電站SO2控制技術(shù)，其中包括大型流化床；燃燒脫硫技術(shù)、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)、路內(nèi)噴鈣技術(shù)并建立示范工程；（3）綜合控制SO2面源污染（煙囪高度40m），相應(yīng)技術(shù)包括興煤燃燒成套技術(shù)、循環(huán)流化床燃燒技術(shù)、濕式脫硫除塵技術(shù)和顱內(nèi)噴鈣技術(shù)等。1.1.3

4、 中國(guó)控制SO2污染的政策從20世紀(jì)70年代以來，削減燃煤窯爐SO2排放量，一直是我國(guó)SO2污染控制技術(shù)研究的重點(diǎn)，國(guó)家“七五”、“八五”、“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目中，將燃煤SO2污染控制列為重點(diǎn)研究課題。1997年1月12日國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了酸雨控制區(qū)和SO2污染控制區(qū)劃分方案，要求各污染企業(yè)“在2010年前分期分批建成脫硫設(shè)施或采取具有相應(yīng)效果的減排SO2的措施”。國(guó)家環(huán)保局全國(guó)環(huán)境保護(hù)工作（19982002）綱要中明確要求“集中優(yōu)勢(shì)力量，對(duì)煙氣脫硫、高濃度有機(jī)廢水處理和生態(tài)退化防治等技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)；加強(qiáng)環(huán)保科技成果篩選和推廣，開發(fā)污染防治的成套技術(shù)設(shè)備，建設(shè)一批示范工程”。2001年10月，國(guó)家經(jīng)濟(jì)

5、貿(mào)易委員會(huì)組織制定了環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十五”規(guī)劃，并對(duì)“十五”期間我國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了具體規(guī)定:在大氣污染防治領(lǐng)域，“重點(diǎn)發(fā)展?jié)穹摿蚬に?，以滿足大容量、高參數(shù)火電機(jī)組煙氣脫硫的需要；適當(dāng)發(fā)展煙氣循環(huán)流化床脫硫、噴霧干燥脫硫、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化脫硫、電子束脫硫等工藝，以適應(yīng)中小機(jī)組和老機(jī)組的煙氣脫硫。”1.2 煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展目前國(guó)內(nèi)外較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的脫硫途徑包括：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫即煙氣脫硫。各國(guó)研究的脫硫方法已經(jīng)超過一百多種，其中有的進(jìn)行了中間試驗(yàn)，有的還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，已用于工業(yè)生產(chǎn)的只有十余種。目前應(yīng)用的煙氣脫硫方法大致上有三類：干法脫硫、半干法脫硫和濕法脫硫。根據(jù)

6、對(duì)脫硫生成物是否可以繼續(xù)使用，脫硫方法還可分為拋棄法和回收法兩種。根據(jù)凈化原理和流程來分類，煙氣脫硫又可分為下列三種。（1）用各種液體和固體物料吸收和吸附廢氣中的SO2；（2）將廢氣中的SO2在氣流中氧化為SO3，在冷凝吸收制成硫酸；（3）將廢氣中的SO2在氣流中還原為硫。1.2.1 國(guó)外研究動(dòng)態(tài)為了防治SO2污染和酸雨污染，各國(guó)均致力于開發(fā)先進(jìn)的煙氣脫硫技術(shù)。目前已形成工業(yè)化運(yùn)行的煙氣脫硫技術(shù)主要有：以日本為代表的濕式石灰-石灰石法專利技術(shù)，以日本和意大利為代表的濕式氨法專利技術(shù)，以美國(guó)為代表的氧化鎂脫硫工藝技術(shù)，以英國(guó)為代表的堿式硫酸鋁法專利技術(shù)，以美國(guó)為代表的噴霧干燥法專利技術(shù)，以美國(guó)和

7、芬蘭為代表的噴鈣專利脫硫技術(shù)，以德國(guó)為代表的循環(huán)流化床脫硫?qū)＠夹g(shù)，以及以美國(guó)為代表達(dá)標(biāo)的荷電干式吸收劑噴射脫硫技術(shù)專利技術(shù)等。后四種脫硫技術(shù)屬干法脫硫技術(shù)。開發(fā)的。該公司是世界上第一臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)者，現(xiàn)有把循環(huán)流化床技術(shù)引入煙氣脫硫領(lǐng)域，取得了良好的效果，德國(guó)的Wulff公司在該技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)了回流是循環(huán)流化床技術(shù)，丹麥FLS.Miljo公司開發(fā)的氣體懸浮吸收技術(shù)也得到了工程應(yīng)用。CFB 工藝是近年來新興起的具有世界先進(jìn)水平的脫硫技術(shù)。具有干法脫硫的許多優(yōu)點(diǎn)，如投資少、占地面積小、流程簡(jiǎn)單，而且可在較低的鈣硫比下達(dá)到于濕法脫硫技術(shù)相近的脫硫效率，并能同時(shí)達(dá)到除塵效果。國(guó)外循化床煙氣脫

8、硫(CFB)工藝技術(shù)是20世紀(jì)80年代末由德國(guó)魯奇公司研究開發(fā)的，該公司是世界上第一臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)者，現(xiàn)又把循環(huán)流化床技術(shù)引入煙氣脫硫領(lǐng)域，取得了良好的效果，德國(guó) 公司在該技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了回流式循環(huán)流化床技術(shù)，丹麥FLS.Miljo公司開發(fā)的氣體懸浮吸收技術(shù)也得到了工程應(yīng)用。CFB工藝是近年來新興起的具有世界先進(jìn)水平的脫硫技術(shù)，具有干法脫硫的許多優(yōu)點(diǎn)，如投資少、占地面積小、流程簡(jiǎn)單，而且可以在較低的鈣硫比下達(dá)到與濕法脫硫技術(shù)相近的脫硫效率，并能同時(shí)達(dá)到除塵效果。1.2.2 國(guó)內(nèi)研究動(dòng)態(tài)CFB工藝技術(shù)在國(guó)際山已趨于成熟。目前國(guó)內(nèi)在這方面的基礎(chǔ)工作已經(jīng)起步。清華大學(xué)“煤的高效低污染燃燒”

9、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室作了約400m3/h煙氣量的機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究，東南大學(xué)熱能工程研究所也完成了模擬中試試驗(yàn)研究，試驗(yàn)規(guī)模200m3/h吸煙建筑科技大學(xué)1993年率先在國(guó)內(nèi)開展了CBF研究開發(fā)，并兩次獲原冶金工業(yè)部科學(xué)研究基金贊助，在完成300m3/h煙氣量的實(shí)驗(yàn)室機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，1997年與鞍山鋼鐵公司合作，在鞍鋼工業(yè)窯爐現(xiàn)場(chǎng)完成了5000m3/h煙氣量的半工業(yè)性試驗(yàn)，取得了階段性研究成果，在CFB煙氣除塵脫硫技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域，居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。2002年又獲國(guó)家自然科學(xué)基金(50174042)贊助，重點(diǎn)研究循環(huán)流化床脫硫的工業(yè)運(yùn)行參數(shù)。從煙氣脫硫技術(shù)看，目前國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)是：由濕法向干法、半干法發(fā)展，

10、由單一脫硫相同式除塵脫硫發(fā)展，由單一托流向同時(shí)脫硫脫硝發(fā)展。1.3 循環(huán)流化床脫硫工藝特點(diǎn)循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝的吸收劑可以用生石灰在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行干消化所得到的氫氧化鈣細(xì)粉，也可用廢堿液或電石渣，從而節(jié)省費(fèi)用，減少克能源消耗，是運(yùn)行費(fèi)用大為降低。該工藝是一種干法流程，所以不像濕法、半干法那樣需要有許多龐大的貯存罐、易磨損的漿液輸送泵等組成復(fù)雜的吸收劑制備、輸送系統(tǒng)，從而大大簡(jiǎn)化了工藝流程。脫硫產(chǎn)物性質(zhì)穩(wěn)定，可以作為建筑材料使用，也可以進(jìn)一步綜合利用。該工藝通過吸收劑的多次再循環(huán)，延長(zhǎng)吸收劑于煙氣的接觸時(shí)間，提高了吸收劑的利用率，具有流程簡(jiǎn)單、占地少、投資小等優(yōu)點(diǎn)，而且能在較低的鈣硫比 情況下接近或

11、達(dá)到濕法工藝的脫硫效率。1.4循環(huán)流化床法的反應(yīng)機(jī)理 1.4.1固體流態(tài)化機(jī)理固體顆粒的流動(dòng)性差，若采取某種措施使顆粒也像流體一樣成呈流動(dòng)狀態(tài)，這種操作就成為固體流態(tài)化，進(jìn)行流態(tài)化操作的設(shè)備交流化床。當(dāng)氣體自下而上通過床層時(shí)，隨著床層物料顆粒的特征，床層幾何尺寸、氣流素等參數(shù)改變，其流態(tài)化狀態(tài)不同。當(dāng)改變空床氣速時(shí)，固體流態(tài)化過程可大致分為固定床、流化床和氣力輸送三種情況。（1）固定床狀態(tài)：在一個(gè)床內(nèi)，當(dāng)空床氣速較小時(shí)，固體顆粒靜止不懂，氣體從物料顆粒間的縫隙穿過。（2）流化床狀態(tài)：當(dāng)床速增加到一定值后，固體顆粒開始松動(dòng)，且顆粒位置也在一定區(qū)間進(jìn)行調(diào)整，床層略有膨脹，床內(nèi)空隙率開始增加，但固體

12、顆粒仍保持接觸，開始進(jìn)去流化狀態(tài)，此時(shí)的氣流速度稱為臨界流化速度umf，當(dāng)空床氣速超過umf時(shí)，顆粒完全懸浮在向上的氣流中，并在床層上形成一明顯的上界面，即床層的密相段，這是床內(nèi)氣固兩項(xiàng)進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱的主要區(qū)域，在密相段中的固體看起來像沸騰著的液體，并且在很多方向具有液體的性質(zhì)。（3）氣力輸送狀態(tài)：當(dāng)空床氣速升高到一定值后，流化床上界面消失，床層空隙率劇增，顆粒分散懸浮在氣流中，被氣流帶走，其相應(yīng)氣速成為最大氣速ut，或稱顆粒的終端速度。由上可知，要維持床層處于良好的流化床狀態(tài)和脫硫效果，氣流速度應(yīng)處于umf與ut之間，且保持足夠反應(yīng)時(shí)間和較小的壓力損失。1.5化學(xué)反應(yīng)機(jī)理（1）SO2被水吸收

13、的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理 SO2溶于水，發(fā)生下列反應(yīng)SO2(g) + H2O = H-+HSO3- （2）CaO吸收劑的水合反應(yīng) 流化床內(nèi)此反應(yīng)吸收劑CaO與噴入的霧化水之間進(jìn)行，反應(yīng)式為CaO(s) + H2O(l) = Ca(OH)2 + 273.21cal/g(1143.11J/g) 56.08 18.016 74.096 g/mol由上式知，每克CaO與0.321g H2O反應(yīng)生成1.3213g Ca(OH) ，放出273.21cal的熱量。CaO的水合反應(yīng)是一個(gè)劇烈放熱反應(yīng)。當(dāng)CaO與水接觸，CaO對(duì)水產(chǎn)生劇烈親和反應(yīng)，把水吸進(jìn)固體孔隙中，激發(fā)大量的熱，在粒子內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)大的膨脹力，使顆粒迅速分

14、裂破碎，變?yōu)樾☆w粒。（3）CaO與SO2、O2的反應(yīng)CaO(s) + SO2(g) + O2 = CaSO4(s)G0 -144.4 -71.65 0 -315.68kal/mol(1320.8kJ/mol)由熱力學(xué)觀點(diǎn)來看，反應(yīng)速度受反應(yīng)條件（如溫度，濃度）的嚴(yán)格限制，在760以下時(shí)，CaO與SO2、O2的反應(yīng)緩慢，當(dāng)溫度在760以上時(shí)，此反應(yīng)變得顯著，溫度不斷升高，反應(yīng)速度增加非常緩慢。（4）Ca(OH)2與SO2的反應(yīng)Ca(OH)2(s) + SO2(g) = CaSO3(s) + H2O(g)此反應(yīng)在590條件下，可以直接完全進(jìn)行。對(duì)于以除去SO2來說，溫度應(yīng)保持在480650范圍內(nèi)，

15、若反應(yīng)溫度低于480時(shí)，反應(yīng)幾乎就無法進(jìn)行。但是，當(dāng)氣相中存在一定量水分時(shí)，即使反應(yīng)溫度小于120時(shí)，反應(yīng)也是可以進(jìn)行的。KlingSper首先系統(tǒng)研究了溫度對(duì)脫硫效率的影響，并認(rèn)為溫度是此反應(yīng)最為重要的影響因素。反應(yīng)在420以下進(jìn)行時(shí)，脫硫效率受溫度影響不大，雖然Ca(OH)2與SO2的反應(yīng)隨溫度升高，反應(yīng)速率有所提高，但溫度不超過420時(shí)，影響不顯著。CaO、SO2的水合反應(yīng)是個(gè)極快的放熱反應(yīng)，只要溫度足夠，大多數(shù)CaO將迅速反應(yīng)生成Ca(OH)2。SO2在水中溶解受溫度限制，但在有堿離子存在時(shí)，其溶解度大大增加。在 CFB系統(tǒng)中，水直接吸收SO2的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Ca(OH)2在濕潤(rùn)狀態(tài)下吸收

16、SO2的量。SO2與CaO反應(yīng)在高于800溫度下反應(yīng)劇烈，在較低溫度且沒有水分濕潤(rùn)條件下，反應(yīng)不明顯。即使在較低溫度下（低于120）。只要存在足夠水分，Ca(OH)2與SO2的反應(yīng)充分。（5）循環(huán)流化床脫硫綜合反應(yīng)機(jī)理 綜上所述，在CFB系統(tǒng)中脫硫的主要化學(xué)反應(yīng)可表示為CaO(s) + H2 O (l) = Ca(OH)2(s)Ca(OH)2 (s) + SO2 (g) + H2 O (l) = CaSO3(s) + 2H2 O(g)CaSO3 + O2 = CaSO4由反應(yīng)式可以看出，直接影響脫硫效率的因素是氧化鈣和水分的含量。該流比較高時(shí)，反應(yīng)是氧化鈣過量，二氧化硫就能得到較高的去除率。水

17、含量有利于氫氧化鈣生成，能促進(jìn)二氧化硫吸收。由小試試驗(yàn)結(jié)果可知，CFB反應(yīng)其中噴入的水使氧化鈣表面CFB形成氫氧化鈣，煙氣因?yàn)樗恼舭l(fā)而冷卻，氧化鈣與水反應(yīng)很快，床內(nèi)固體主要是氫氧化鈣和脫硫或的產(chǎn)物，氣固反應(yīng)開始發(fā)生在吸收劑粒子外表， 隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)向內(nèi)部移動(dòng)。由于磨損（特別是在濕潤(rùn)條件下），小粒子不斷被煙氣帶出床外，床中不斷發(fā)生變化。維持床中的恒定，是CFB反應(yīng)器正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。在噴水條件下，粒子的磨損機(jī)理對(duì)CFB反應(yīng)器正常運(yùn)行具有重要意義，而噴水量對(duì)粒子磨損破碎機(jī)脫硫效率有重要影響。2 設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)著眼于燒結(jié)煙氣排放二氧化硫的總量控制，力求實(shí)現(xiàn)技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，設(shè)

18、計(jì)出適合我國(guó)國(guó)情的燒結(jié)機(jī)和其他工業(yè)窯爐的煙氣脫硫新工藝和新裝備。2.2設(shè)計(jì)參數(shù)裝置容量：處理燒結(jié)煙氣量10000m3/h煙氣溫度：100200 （本設(shè)計(jì)按160工況設(shè)計(jì)）煙氣壓力：8000Pa煙氣中二氧化硫濃度：300500mg/m3煙氣中含塵濃度：3.65g/m3煙氣中粉塵真密度：4.21 g/m3表2 粉塵粒徑分布表 粒徑/m>4040303020201010551<1質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%58.5當(dāng)?shù)貧庀髼l件如下。冬季室外采暖計(jì)算溫度：18；冬季室外通風(fēng)計(jì)算溫度：10；冬季室外空氣相對(duì)濕度：61%；冬季當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ?.1MPa；冬季室外平均風(fēng)速：

19、3.5m/s；夏季室外通風(fēng)計(jì)算溫度：28；夏季室外相對(duì)濕度：76%；夏季當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ?.099 MPa；夏季室外平均風(fēng)速：3.1m/s；2.3系統(tǒng)方案確定本設(shè)計(jì)是在鋼鐵廠燒結(jié)機(jī)煙氣抽出一部分以后，形成獨(dú)立的工業(yè)性示范子系統(tǒng)，其工藝流程為：燒結(jié)煙氣 預(yù)除塵器 風(fēng)機(jī) 循環(huán)流化床 旋風(fēng)分離器 去除塵器設(shè)備本次設(shè)計(jì)，充分考慮占地面積的合理性和充分利用性。通過初步計(jì)算，試驗(yàn)基地的占地面積為140m2。 設(shè)計(jì)內(nèi)容的主體為循環(huán)流化床系統(tǒng)，主要包括預(yù)旋風(fēng)除塵器，風(fēng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)，流化床，進(jìn)料裝置，控制裝置（噴霧嘴等），測(cè)試裝置（壓力，溫度，濕度等），氣流分布板，視孔，旋風(fēng)除塵器等，還包括在實(shí)驗(yàn)過程中要用到的其他

20、必備裝置。2.4預(yù)期目標(biāo)本次設(shè)計(jì)通過對(duì)二氧化硫的濃度的控制使二氧化硫總量達(dá)標(biāo)，設(shè)計(jì)脫硫效率90%以上；在控制二氧化硫達(dá)標(biāo)的同時(shí)，也使粉塵排放達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。3設(shè)計(jì)計(jì)算3.1流化床系統(tǒng)3.1.1空塔氣速的確定臨界流化氣速的計(jì)算公式為（m/s） （3 1）式中 umf 臨界流化氣速，m/s dp 顆粒平均直徑，m s 固體顆粒密度，kg/m3 v 氣體運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s上式的使用界定條件是雷諾數(shù)Re必須小于10，即 （3 2）當(dāng)計(jì)算出umf的帶入式（3 1），計(jì)算得Re10 ，則必須進(jìn)行修正。修正方法是，先計(jì)算出Re，代入式 ，則 （3 3）計(jì)算出F值后，再將式（3 1）計(jì)算出的umf乘以F ，記得

21、所求得臨界流化氣速。用生石灰作為吸收劑，其主要成分是CaO 。加入流化床的生石灰粒徑為23m，可取為2.5m，堆積密度s= 2666.2kg/m3 。在溫度為160時(shí)，煙氣（近似取空氣）的密度為f=0.815 kg/m3，黏度 。將上述數(shù)據(jù)代入式（3 1），得(m/s)此時(shí) 所以需要修正。所以，(m/s)對(duì)于球形顆粒，Cd與Re的關(guān)系及ut的表達(dá)式如下。當(dāng)2<Re<500時(shí) ， （3 4）其中，Cd為與雷諾數(shù)有關(guān)的曳力系數(shù)。則 (m/s)最大流化速度與臨界流化速度的比值ut/umf=14.80，根據(jù)umf<uf<ut，并且uf=(1052.5) umf則uf=2.0 u

22、mf=2×1.53=3(m/s)3.1.2 流化床直徑的計(jì)算將 （3 5）得D=1.09m圓整為D=1.10m，用式（3 6）重新核算空塔氣速。 (m/s) （3 6）代入數(shù)據(jù)，得uf=2.93m/s3.1.3 流化床高度的計(jì)算流化床高度L指從氣體分布板到氣體出口的高度，由流化床高Lf，穩(wěn)定段高度Ld以及分離高度TDH確定，即（1）臨界流化床高度L0根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，確定本設(shè)計(jì)得流化床內(nèi)的物料質(zhì)量ms=272.22kg。由公式(m)上式中c為吸收劑的堆積密度，單位kg/m3。其計(jì)算過程如下：生石灰的真密度為2408.9 kg/m3，由試驗(yàn)知，其空隙率大致上為0.49，則其堆積密度為

23、(kg/m3)通過試驗(yàn)知沙子的堆積密度c砂子=1370.1 kg/m3 。所以吸收劑（生石灰與沙子的混合物）堆積密度為 (kg/m3)根據(jù)式 （3 7） 式中 dp 固體顆粒的平均直徑，m L0 臨界流化床高度，m DT 流化床直徑，muf 膨脹比為1.5時(shí)的表觀氣速，m/sf ，p 分別為氣體和顆粒的密度，kg/m3 氣體的黏度，kg/ms將各數(shù)據(jù)代入，得因?yàn)镈T=1.100m，所以， (m)，即在靜止床高為0.77m以內(nèi)時(shí)，流化床都可以操作。所以，L0=0.22m符合要求，本設(shè)計(jì)中取L0=0.25m，就是流化床的靜止高度，即臨界流化床高度。（2）流化床高Lf根據(jù)流化床的特性，選取適當(dāng)?shù)呐蛎?/p>

24、比R=1.5，所以，Lf = R×L0=1.5×0.25=0.38 (m ) 。（3）穩(wěn)定段高度在流化床設(shè)計(jì)中，一般考慮在稀相段高度之上增加一段高度，是床層穩(wěn)定操作，穩(wěn)定段高度取決于床層的穩(wěn)定性以及密相床層的高度變化等，一般由經(jīng)驗(yàn)來定，本設(shè)計(jì)中取Ld= 1m 。（4）分離高度TDHTDH的計(jì)算式為 （3 8）式中 u 流化床操作速度，m/s代入數(shù)據(jù)得， (m) 如果床體太高，會(huì)增加相當(dāng)大的基礎(chǔ)投資，且消耗很大的動(dòng)力，在本設(shè)計(jì)中去近似TDH的高度的一半，即TDH=7.12m。為防止粉塵隨氣流流出流化床，特在流化床的出口處設(shè)置擋板。（5） 流化床總高綜上所述，流化床總高為 L=

25、Lf+Ld+TDH=0.38+1+7.12=8.50 (m)3.1.4 床重計(jì)算（1）流化床出口揚(yáng)析量的確定 本設(shè)計(jì)采用揚(yáng)析量與床重的比例為0.15。由流化床靜止床高為0.25m，可計(jì)算出床重為 (kg)所以，流化床出口揚(yáng)析量為303.08×15% =45.46 (kg/h)。（2）補(bǔ)充新料量與回料量的確定 根據(jù)所選除塵器的除塵效率為85%，除塵器的排放速率為 (kg/h)二氧化硫在150時(shí)，密度為1.8719g/L，在200時(shí)，密度為1.6755g/L。用內(nèi)差法，計(jì)算160時(shí)二氧化硫密度為 (kg/m3)按脫硫效率為95%來計(jì)算，裝置進(jìn)口煙氣濃度最高為500mg/m3，在T=160

26、下，將體積濃度換算為質(zhì)量濃度，則C=500×10-6×1.8326×0.95×10000=8.705 (kg/h)設(shè)CaO的濃度為x，由主要反應(yīng)方程CaO(s) + H2 O (l) = Ca(OH)2(s)Ca(OH)2 (s) + SO2 (g) + H2 O (l) = CaSO3(s) + 2H2 O(g)即CaO(s) SO2 (g) CaSO3(s)56 64 120x 8.705 y所以 (kg/h)( kg/h)CaO的濃度為7.62kg/h 試驗(yàn)用生石灰成分見下表，可知CaO在生石灰成分中占的比例是71.83%，所以所需生石灰的質(zhì)量為

27、(kg/h)表2 生石灰成分分析表 吸收劑名稱粒徑/mCaO/%MgO/%CaSO4/CaCO3真密度/gcm生石灰020071.332.500.693.782.4098試驗(yàn)中沙子加入比例為砂子質(zhì)量：活性石灰=1：2，所以固體物料加入總量為 (kg/h)假設(shè)在流化床里面有20%的CaSO3被氧化為CaSO4，則根據(jù)反應(yīng)方程式，生成量CaSO3 + O2 = CaSO4 120 136 16.41 所以CaSO4的生成量為 (kg/h)亦即在流化床中反應(yīng)1h以后生成的CaSO3質(zhì)量為m1=16.41×0.8=13.13(kg/h)產(chǎn)生的CaSO4的質(zhì)量為m2=3.72(kg/h)所以反

28、應(yīng)的增量為 m1+m2-x=13.13+3.72-7.62=9.23(kg/h)綜上所述，可知所需要的新物料量為16(kg/h)，流化床揚(yáng)析量為45.46(kg/h)；回料量為20.3(kg/h)3.2 流化床系統(tǒng)的其他構(gòu)件3.2.1 氣流分布板氣流分布板的作用是保證流化床具有良好而穩(wěn)定地流化床狀態(tài)。氣流分布板應(yīng)滿足以下四個(gè)條件：（1）均布?xì)饬鳎瑝航敌?，不產(chǎn)生“溝流” ；（2）必須使流化床有一個(gè)好的初始流化狀態(tài)，消除“死角” ；（3）在長(zhǎng)期的操作中不堵塞和磨蝕；（4）停運(yùn)時(shí)固體物料不大量下漏。流化床氣流分布板的型式和開孔率對(duì)流態(tài)化效果影響很大，當(dāng)開孔率較小時(shí)，床層氣相密度較為均勻，氣泡較小，氣

29、固相接觸較為密切而氣體溝流較小，但阻力較大。考慮到系統(tǒng)許用壓降的情況下，選用單層多孔板形式，其上加一層金屬絲網(wǎng)，以減少物料的漏失。由流化床的半徑得氣流分布板的面積為代入數(shù)據(jù)得 (m2)3.2.2 螺旋進(jìn)料器的選型螺旋輸送機(jī)由螺旋機(jī)本體、進(jìn)出料口及驅(qū)動(dòng)裝置三大部分組成。螺旋機(jī)本體由頭部軸承、尾部軸承、懸掛軸承、螺旋、機(jī)殼、蓋板、及底座等組成。驅(qū)動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器及底座組成。本次設(shè)計(jì)選用GX型螺旋輸送機(jī)。它是定型產(chǎn)品，螺旋直徑有150、200、250、300、400、500、600mm七種，機(jī)長(zhǎng)370m，級(jí)差為0.5m，可在環(huán)境溫度為2050的條件下，以小于20°的傾角單項(xiàng)輸

30、送溫度低于200的物料。 型螺旋輸送機(jī)按結(jié)構(gòu)可分為頭節(jié)、中間節(jié)和尾節(jié)三部分。每一部分又有幾種不同的長(zhǎng)度，依不同的輸送長(zhǎng)度可組成一臺(tái)完整的螺旋機(jī)。GX型螺旋輸送機(jī)按使用場(chǎng)合要求的不同，分為S制法和D制法兩種。S制法帶有實(shí)體螺旋面的螺旋，其螺距等于直徑的0.8倍;D制法帶有帶式螺旋面的螺旋，其螺距等于直徑。GX型螺旋輸送機(jī)按驅(qū)動(dòng)裝置裝配方法不同，分為右裝和左裝兩種。右裝站在電動(dòng)機(jī)尾部向前看，減速器低速軸在電動(dòng)機(jī)右側(cè)；左裝站在電動(dòng)機(jī)尾部向前看，減速器低速軸在電動(dòng)機(jī)左側(cè)本次設(shè)計(jì)采用S制法，右裝。（1）螺旋直徑的計(jì)算 螺旋直徑為 （3 9)式中 D 螺旋直徑，mQ 輸送能力，根據(jù)前面所計(jì)算得的數(shù)據(jù)，在這

31、里考慮最大輸送量，即假設(shè)氣流全部把物料從床體內(nèi)吹出。Q=305.2×94.4%=288.11 (kg)K物料特征系數(shù)，取0.0645填充系數(shù)，取值范圍為0.200.25。計(jì)算時(shí)取0.20C傾角系數(shù)，由于是水平放置，C=1.0物料真密度，經(jīng)旋風(fēng)除塵器收集下來的物料有三部分組成，即未反應(yīng)完成的生石灰，砂子和反應(yīng)生成的CaSO3。取=1t/m3計(jì)算出的D值應(yīng)圓整到下列直徑：150、200、250、300、400、500、600mm。代入數(shù)據(jù)到式（9）中可得到結(jié)果為 (m)將直徑圓整到150 mm，即所選螺旋機(jī)輸送機(jī)為“GX150”型。參照“GX150”長(zhǎng)度組合取螺旋輸送機(jī)長(zhǎng)度L=3m，無中

32、間節(jié)。螺旋質(zhì)量2.66kg，進(jìn)料口質(zhì)量為2.84kg，出料口質(zhì)量為2.66kg。（2）螺旋軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 螺旋軸轉(zhuǎn)速在滿足輸送能力的條件下不宜過高，以免物料受過大的切向力而被拋起，以致無法向前輸送。因此，螺旋軸轉(zhuǎn)速n不能超過某一極限轉(zhuǎn)速nj 。 (r/min) （3 10）式中 A物料綜合系數(shù)，與K值對(duì)應(yīng)，A=25按上式計(jì)算的轉(zhuǎn)速應(yīng)圓整為下列轉(zhuǎn)速：20、30、35、45、60、75、90、120、150、190r/min。也可選用YTC型電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速?？傻糜?jì)算結(jié)果為： (r/min)計(jì)算出來的轉(zhuǎn)速圓整為60r/min。對(duì)填充系數(shù)進(jìn)行核算。 （3 11）式中 t螺旋節(jié)距，m，按S制法為0.8&

33、#215;150=120(mm) 。若算出的值在推薦的取值范圍0.200.25內(nèi)，則圓整D及n是適當(dāng)?shù)?；若高于?shù)值范圍上限，則應(yīng)加大螺旋直徑；若低于數(shù)值范圍下限，則應(yīng)降低螺旋軸轉(zhuǎn)速?？沈?yàn)算如下低于推薦值很多，應(yīng)降低螺旋軸轉(zhuǎn)速。取最低轉(zhuǎn)速n=20r/min再次計(jì)算，所的結(jié)果基本上符合要求。故螺旋軸的轉(zhuǎn)速為20 r/min。3.2.3 氣固分離裝置氣固分離裝置的作用是捕集固體物料并部分或全部返回床中，在循環(huán)流化床的實(shí)際操作中往往采用比理論大得多的操作氣速。如果不設(shè)置顆粒捕集裝置，由于細(xì)顆粒的帶出，將破壞床層原有的粒徑分布，降低流化質(zhì)量。對(duì)于非催化反應(yīng)來說，許多未反應(yīng)的物料被氣流帶出，增加了物料消耗

34、。因此，顆粒捕集裝置成為流化床的重要組成部分。本設(shè)計(jì)選用了晨曉牌XCY-4-2型兩筒高效旋風(fēng)除塵器，其除塵效率>85%，除塵阻力Pa ( 200°)。3.2.4 檢測(cè)系統(tǒng) 煙氣循環(huán)流化床運(yùn)行需要測(cè)量風(fēng)量、溫度、壓力以及煙氣成分等參數(shù)，需要合理布置測(cè)點(diǎn)。煙氣循環(huán)流化床應(yīng)設(shè)置三個(gè)控制回路來控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（1）根據(jù)流化床進(jìn)口煙氣量和煙氣中二氧化硫濃度控制消石灰粉的給料量，以保證脫硫效率。（2）根據(jù)流化床出口的煙氣溫度直接控制流化床底部的噴水量，以保證煙氣出口溫度的t盡可能的小；（3）根據(jù)進(jìn)料量、揚(yáng)析量和回料量控制流化床床重穩(wěn)定。本次設(shè)計(jì)中，主要的檢測(cè)系統(tǒng)如下。（1）溫度自動(dòng)檢測(cè)

35、系統(tǒng) 流化床內(nèi)溫度計(jì)采用WZPBA2型熱電偶三個(gè)和DBW-120熱電阻溫度變送器三個(gè)，分別設(shè)在流化床底部、中部和頂部測(cè)孔處，自動(dòng)檢測(cè)煙氣從進(jìn)口到出口的溫度變化。在顯示屏上顯示任一時(shí)刻煙氣的溫度。（2）二氧化硫自動(dòng)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 本試驗(yàn)系統(tǒng)流化床進(jìn)出口煙氣中二氧化硫濃度采用KW9106自動(dòng)測(cè)定儀監(jiān)測(cè)，該儀表精度為1mg/m3。在試驗(yàn)過程中，連續(xù)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)打印紀(jì)錄。（3）壓力檢測(cè)系統(tǒng) 沿流化床高分別設(shè)置16個(gè)壓力檢測(cè)孔，回料器立管上設(shè)置兩個(gè)測(cè)孔，用皮管將其與U形管壓力計(jì)相連，定時(shí)讀數(shù)，連續(xù)監(jiān)測(cè)記錄流化床內(nèi)的壓力分布情況。（4）煙氣參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng) 循環(huán)流化床煙氣脫硫管道系統(tǒng)設(shè)有五個(gè)測(cè)點(diǎn)，其測(cè)點(diǎn)位置分別為

36、：預(yù)除塵進(jìn)口管道、預(yù)除塵出口管道、流化床進(jìn)口管道、流化床出口管道和氣固分離器出口管道。這五個(gè)測(cè)點(diǎn)將進(jìn)行煙氣溫度、粉塵濃度、二氧化硫濃度、煙氣濕度、煙氣壓力和流速、氣量等煙氣參數(shù)的測(cè)試。3.2.5 噴水量的確定和噴嘴的選擇噴水機(jī)理噴水量不僅是脫硫反應(yīng)發(fā)生的前提條件，也是CFB反應(yīng)器利用濕法原理實(shí)現(xiàn)干法操作的關(guān)鍵所在。在Ca/S一定的條件下，系統(tǒng)的脫硫效率隨著噴水量的增加而上升。噴水量較低時(shí)，由于流化床內(nèi)的高度混合作用使水分一進(jìn)入流化床床體就很快被蒸發(fā)，來不及在脫硫劑表面形成液膜，這時(shí)噴水的作用僅僅是增加了煙氣濕度，對(duì)提高煙氣脫硫效果有一定的效果，但不很明顯。隨著噴水量的增加，煙氣溫

37、度降低，使噴入的水政法時(shí)間延長(zhǎng)，從而在脫硫劑表面形成一定厚度的穩(wěn)定的液膜，使氫氧化鈣與水的反應(yīng)從速率較慢的氣固反應(yīng)變成快速的離子反應(yīng)，脫硫效果得以大幅度提高。但隨著噴水量的增加，脫硫效率上升的幅度漸漸變小。噴水量的確定（1）水量平衡和熱量平衡 流化床工藝屬于干法脫硫，所以噴入的水與干的生石灰反應(yīng)，還要用來冷卻熱的煙氣，本身完全蒸發(fā)?？偟膩碚f，水的噴入量和蒸發(fā)量是相等的。循環(huán)流化床內(nèi)生石灰與水反應(yīng)放出的熱與煙氣冷卻時(shí)放出的熱要喝水蒸發(fā)時(shí)需要的熱量相等。（2）最大噴水量的計(jì)算 最大噴水量L由兩個(gè)方面的因素決定，一是系統(tǒng)放熱決定的噴水量L1。系統(tǒng)放熱包括物理放熱和化學(xué)放熱；另一個(gè)是氧化

38、鈣過量決定的水量L2 。L1和L2之和即為系統(tǒng)所能容納的最大噴水量 。計(jì)算L1 熱量平衡方程式如式（12）所示 （3 12）式中 G 煙氣質(zhì)量流量，kg/hL1 水氣質(zhì)量流量，kg/hH1 、H2 煙氣在t1 、t2溫度下的焓值，h1、 h1 水在t1 、t2溫度的焓值，且h1=4.19 t1，h2=1.84t1+2500q CaO與水反應(yīng)時(shí)放熱量，q=1142kJ/kgCaO煙氣起始溫度為t0，由原始資料可知t0 為200。水的起始溫度是t1，取4。為系統(tǒng)飽和溫度，根據(jù)處理要求，200下煙氣的密度是0.7445 kg/h，則 得L1=330.32 kg/h ，即L1=330.32 L/h 計(jì)

39、算L2 （3 13）式中 m 氧化鈣質(zhì)量，kg/hm1 二氧化硫質(zhì)量，kg/h1 物料真密度，kg/m3將m=6.3 kg/h，m1=4kg/h，=1000kg/m3，代入式（3 13），得計(jì)算LL=L1+L2=330.32+0.9=331.22 (L/h)=5.52 ( L/min)噴嘴的選擇采用兩相流噴嘴，兩相流噴嘴于氣流分布板上方400m處，其作用是保證床內(nèi)處于流化態(tài)狀態(tài)的吸收劑粒子表面充分濕潤(rùn)。選用HPZ系列氣水霧化噴嘴，它的特點(diǎn)如下：（1）冷卻均勻，水不會(huì)在小區(qū)與局部集中，而是在整個(gè)噴射面內(nèi)均勻分布；（2）水量的調(diào)節(jié)范圍大，最小水量與最大水量之比一般噴嘴可達(dá)1：10，特

40、殊噴嘴可達(dá)1：25；（3）噴霧水滴的直徑小，在Rwa=35以下時(shí)，平均體面積直徑均在100m以下，大大提高了冷卻效率，故在相同的冷卻條件下可節(jié)水30%50%；（4）噴嘴不易堵塞，使用壽命長(zhǎng)，在相同的條件下，可減少噴嘴的數(shù)量和現(xiàn)場(chǎng)維修量。考慮到噴嘴的噴射面的形狀對(duì)流化床的影響，不選用噴淋形式為扁平狀的噴嘴而選用噴淋形式為圓形噴嘴。又考慮到噴射角度和覆蓋面積的因素，本次設(shè)計(jì)選用三個(gè)噴嘴，安裝時(shí)排成正三角形。則每個(gè)噴嘴的最大噴水量為 (L/min)選定的噴嘴型號(hào)為：HPZ2.0-80QZ2，噴射角度為80°，性能參數(shù)見表（3）。表3 HPZ2.0-80QZ2型噴嘴性能參數(shù)氣壓/MPa0.1

41、水壓/MPa水量/Lmin-1氣量/m3h-1水壓/MPa水量/Lmin-氣量/m3h-1水壓/MPa水量/Lmin-氣量/m3h-1水壓/MPa水量/Lmin-氣量/m3h-0.22.09.00.54.311.64 系統(tǒng)阻力計(jì)算與風(fēng)機(jī)的選擇4.1阻力計(jì)算4.1.1 管道阻力計(jì)算 （1）直管的阻力計(jì)算對(duì)圓形風(fēng)管的單位摩擦阻力 (Pa/m) （4 1）式中 R0 比摩阻，Pa/m 摩擦阻力系數(shù)d 圓形風(fēng)管

42、直徑，m 煙氣密度，kg/m3u 管道中氣流速度，m/s 動(dòng)壓，Pa沿程阻力損失計(jì)算公式 （4 2）式中 沿程阻力損失，PaL 風(fēng)管長(zhǎng)度，m本次設(shè)計(jì)風(fēng)量為10000m3/h，管道內(nèi)風(fēng)速應(yīng)控制在1525m/s范圍內(nèi)。本次設(shè)計(jì)的管道直徑主要為400mm，直管長(zhǎng)度為50.684m，管道內(nèi)風(fēng)速為22.12m/s；流化床進(jìn)口直徑為300mm，直管長(zhǎng)度為1.220m，管道內(nèi)風(fēng)速為39.32m/s（特殊要求）。管道材質(zhì)選用普通鋼材，則=0.02。 (Pa) (Pa)所以 (Pa)（2）局部阻力損失的計(jì)算局部阻力損失計(jì)算公式為 (Pa) （4 3）式中 局部阻力損失，Pa 局部阻力系數(shù)u 管道中氣流速度，m/

43、s 90°彎頭的阻力查供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)， 圓形彎頭（共六個(gè)）的局部阻力系數(shù)，當(dāng) 時(shí)，代入式（4 3），得 (Pa) 天圓地方的阻力 該阻力可視為變徑管的阻力。查供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)的圓形風(fēng)道錐形擴(kuò)散管的阻力。本設(shè)計(jì)中天圓地方有四個(gè)。B×L=540×540，DN=400，A1/A0=2.3，角度為16°，用內(nèi)插法可得0=0.16 ，u取其平均速度16.0m/s。代入式（4 3），得 (Pa)總局部阻力損失為 (Pa)4.1.2設(shè)備阻力計(jì)算（1）旋風(fēng)除塵器的阻力由西安市未央?yún)^(qū)秦川環(huán)保設(shè)備廠提供的曉晨牌XCY-4-2型兩筒旋風(fēng)除塵器的阻力。所以，兩個(gè)旋風(fēng)除塵器的總

44、阻力為： (Pa)（2）流化床主體的阻力由試驗(yàn)得知流化床的總壓力損失為3000Pa。 (Pa)本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)總阻力損失為 (Pa)4.2風(fēng)機(jī)型號(hào)的選擇根據(jù)阻力計(jì)算結(jié)果，總壓力為5849.2Pa，所選風(fēng)機(jī)的壓頭應(yīng)為 (Pa)風(fēng)量為Q=10000×1.1=11000 (m3/h)故風(fēng)機(jī)可選用9-266.3型，與其配套的電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y225M-2，功率為45kw。5除塵設(shè)備5.1確定除塵設(shè)備根據(jù)設(shè)計(jì)要求，不僅脫硫效率要達(dá)到90%，粉塵排放也應(yīng)達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，查工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB9078-1996)，知標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值為C=100 mg/m3。從旋風(fēng)除塵器排放出的煙氣含塵濃度為：(mg/m3)高于標(biāo)準(zhǔn)，因此需要再設(shè)置除塵裝置。比較幾種除塵設(shè)備，選用電除塵器。5.2電除塵器的選型（1）工況下煙氣流量 (m3/h)式中 Q 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量，m3/hT 工況下煙氣溫度，KT 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度，273K代入數(shù)據(jù)得 (m3/h)則煙氣流速為 (m3/s)（2）除塵效率式中 C 入口處煙氣含塵濃度，mg/m3CS 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣排標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，mg/m3入口處煙氣含塵濃度即從旋風(fēng)除塵器排放出的煙氣含塵濃度為100(mg/m3)則 根據(jù)工況下的煙氣量、煙氣溫度及要達(dá)到的除塵效率確定除塵器，選用GD-7.5B型管極式電除塵器，