大氣污染控制工程課程設計 馬歡

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1、 大氣污染控制工程課程設計 設計題目 ： 燃煤鍋爐煙氣的脫硫設計 姓名 ： 馬歡 學號 ： 103010040125 年級 ： 1001 學院 ： 食品工程學院 專業(yè) ： 環(huán)境工程 指導教師 ： 羅劼 完成時間 ： 2013-11-29 - 1 - 武昌工學院 大氣污染控制工程課程設計 目 錄 1 設計任務及基本資料 - 1 - 1.1 課程設計題目 - 1 - 1.2 課程設計基

2、本資料 - 1 - 1.3 物料衡算 - 1 - 1.3.1 標準狀態(tài)下理論空氣量 - 2 - 1.3.2 標準狀態(tài)下理論煙氣量 - 2 - 1.3.3 標準狀態(tài)下實際煙氣量 - 2 - 1.3.4 標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度 - 2 - 1.4 鍋爐煙氣脫硫工藝方案的比較和選擇 - 3 - 1.4.1 工藝比較 - 3 - 1.4.2 吸收劑比較 - 4 - 1.4.3 脫硫效率 - 5 - 1.4.4 脫硫設備的論證 - 5 - 1.4.5 工藝方案 - 5 - 1.4.6 工藝原理 - 6 - 2 工藝計算 - 7 - 2.1 設備計算 - 7 - 2.1.1

3、冷卻塔 - 7 - 2.1.2 吸收塔 - 8 - 3 設備選型 - 11 - 3.1 水泵 - 11 - 3.2 循環(huán)水泵 - 11 - 3.3 堿液泵 - 11 - 4 附圖 - 12 - 5 參考文獻 - 12 - 武昌工學院 大氣污染控制工程課程設計 1 設計任務及基本資料 1.1 課程設計題目 5/t燃煤鍋爐煙氣的脫硫工藝設計 1.2 課程設計基本資料 1. 設計規(guī)模 鍋爐蒸發(fā)量5t/h 2. 設計原始資料 （1）煤的工業(yè)

4、分析如下表（質(zhì)量比，含N量不計）： 發(fā)熱量 C H S O 灰分 水分 20939 65.7% 3.2% 1.7% 2.3% 18.1% 9.0% （2）鍋爐型號：FG-35/3.82-M型 （3）鍋爐熱效率：75% （4）空氣過剩系數(shù)：1.2 （5）水的蒸發(fā)熱：2570.8KJ/Kg （6）煙塵的排放因子：30% （7）煙氣溫度：473K （8）煙氣密度：1.18kg/m3 （9）煙氣粘度：2.4×100.53g-5 （10）塵粒密度：2250kg/m3 （11）煙氣其他性質(zhì)按空氣計算 （12）煙氣中煙塵顆粒粒徑分布 平均粒徑/ 0.5

5、 3 7.5 15 25 35 45 55 >60 粒徑分布/％ 3 20 15 20 16 10 6 3 7 3. 排放標準 按鍋爐大氣污染物排放標準（GB13217-2001）中二類區(qū)標準執(zhí)行：標準狀態(tài)下煙塵濃度排放標準：≤200mg/m3、二氧化硫排放濃度：≤900mg/m3。 1.3 物料衡算 鍋爐煙氣含硫量計算 用低位發(fā)熱量、鍋爐熱效率、水的蒸發(fā)熱求需煤量 蒸發(fā)量為5t/h的鍋爐所需熱量為 需煤量 設1kg燃煤時 燃料成分名稱 可燃成分含量(﹪) 可燃成分的量(﹪) 理論需氧量/mol 煙氣中組

6、分/mol C H S O 水 灰分 65.7 3.2 1.7 2.3 9.0 18.1 54.75 16 0.53 —— —— —— 54.75 8 0.53 -0.75 —— —— 54.75 CO2 16 H2O 0.53 SO2 —— 5 H2O —— 合計 62.56 1.3.1 標準狀態(tài)下理論空氣量 理論空氣量： 在標準狀態(tài)下的體積為： 1.3.2 標準狀態(tài)下理論煙氣量 理論煙氣量： 標準狀態(tài)下理論煙氣體積： 1.3.3 標準狀態(tài)下實際煙氣量 實際煙

7、氣量： 標準狀態(tài)下的體積： 1.3.4 標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度 SO2的濃度：C= 在473K下時SO2的濃度: 在473K下實際煙氣體積： 在473K下時產(chǎn)生的總煙氣量： 1.4 鍋爐煙氣脫硫工藝方案的比較和選擇 1.4.1 工藝比較 目前, 世界上煙氣脫硫工藝有上百種, 但具有實用價值的工藝僅十幾種。根據(jù)脫硫反應物和脫硫產(chǎn)物的存在狀態(tài)可將其分為濕法、干法和半干法 3 種。濕法脫硫工藝應用廣泛, 占世界總量的 85.0%。下面將常用的幾種煙氣脫硫工藝作比較。 吸收劑比較常用煙氣脫硫工藝比較 序號 工藝名稱 工藝原理 工藝特點 應用情況 1 石灰石/

8、石灰-石膏濕法 利用石灰漿液洗滌煙氣，使石灰與煙氣中SO2反應生成亞硫酸鈣，脫去煙氣中的SO2，再將亞硫酸鈣氧化反應生成石膏。 優(yōu)點：脫硫率高95%、工藝成熟 、適合所有煤種、操作穩(wěn)定、操作彈性好、脫硫劑易得、運行成本低、副產(chǎn)物石膏可以綜合利用，不會形成二次污染； 缺點：一次性投資較高。 國內(nèi)外應用最為廣泛，使用比例占到80%以上。 2 簡易石灰石/石灰-石膏濕法 簡易濕式法煙氣脫硫工藝脫硫原理和普通濕法脫硫原理基本相同，只是吸收塔內(nèi)部結構簡單（采用空塔或采用水平布置），省略或簡化換熱器。 優(yōu)點：投資和占地面積較?。? 缺點：脫硫率低，約為70%。 國外應用較少，國內(nèi)也有應用

9、實例。 3 海水脫硫法 利用海水洗滌煙氣，吸收煙氣中的SO2氣體。 優(yōu)點：脫硫率比較高90%、工藝流程簡單，投資少占地面積小、運行成本低； 缺點；受地域條件限制，只能用于沿海地區(qū)。只適用于中低硫煤種、有二次污染。 國內(nèi)外均有部分成功應用實例（深圳西部電廠）。 4 旋轉噴霧干燥法 將生石灰制成石灰漿，將石灰噴入煙氣中，使氫氧化鈣與煙氣中的SO2反應生成亞硫酸鈣。 優(yōu)點：工藝流程比石灰石-石膏法簡單，投資也比較小。 缺點：脫硫率較低(約為70-80%)、操作彈性小、鈣硫比高、運行成本高、副產(chǎn)物無法利用且易發(fā)生二次污染（亞硫酸鈣分解）。 國內(nèi)外均有少數(shù)成功實例（黃島電廠）。

10、 5 煙氣循環(huán)流化床法 在流化床中將石灰粉按一定比例加入煙氣中，使石灰粉在煙氣當中處于流化狀態(tài)反復反應生成亞硫酸鈣。 優(yōu)點：鈣利用率高、無運動部件、投資省。 缺點：脫硫率較低（90%）、對石灰純度要求較高、國內(nèi)石灰不易保證質(zhì)量、煙氣壓頭損失大、由于加料不均勻會影響鍋爐運行。 國內(nèi)外均有少數(shù)成功實例。 6 活性炭法 使煙氣通過加有催化劑的活性炭，煙氣中的SO2經(jīng)催化反應成SO2并吸附在活性炭中，用水將SO3洗滌成為稀硫酸同時使活性炭再生。 優(yōu)點：脫硫效率較高（90%）、工藝流程簡單、無運動設備、投資較省、運行費用低。 缺點：副產(chǎn)物為稀硫酸，不適宜運輸，只能利用就地消化?；钚蕴?/p>

11、定期需要更換。 國內(nèi)外均有少數(shù)成功實例（四川豆壩電廠）。 7 電子束法 將煙氣冷卻到60℃左右，利用電子束輻照，產(chǎn)生自由基，生硫酸和硝酸，再與加入的氨氣反應生成硫酸銨和硝酸銨。收集硫酸銨和硝酸銨粉制成復合肥。 優(yōu)點：脫硫率較高（90%），同時脫硫并脫銷，副產(chǎn)物是一種優(yōu)良的復合肥，無廢物產(chǎn)生。 缺點：投資高，因設備原件不過關，大型機組應用較困難。 國內(nèi)外均有少數(shù)成功實例（黃島電廠）。 1.4.2 濕法脫硫是一種化學吸收反應，吸收劑對吸收過程有很大的影響，不同的吸收劑與SO2反應的速度也不一樣，常用的吸收劑有：氫氧化鈉或碳酸鈉、氧化鎂、鈉-鈣雙堿、氨、海水、石灰乳等。 （1）氫

12、氧化鈉或碳酸鈉作為吸收劑脫硫，存在如下諸多問題： a) 如果將脫硫后的產(chǎn)物亞硫酸鈉回收利用，存在流程過長、回收費用過高、副產(chǎn)品無銷路等問題； b) 脫硫劑消耗量大、脫硫成本高； c) 增加水處理費用。 d) 氧化鎂作為吸收劑脫硫： e) 氧化鎂來源有限； f) 直接排放，對水體會造成嚴重污染； g) 如果循環(huán)利用脫硫劑，則流程很長、設備繁多、占地面積大。 海水作為吸收劑脫硫： 海水通常呈堿性，具有天然的酸堿緩沖能力及吸收SO2的能力，當SO2被海水吸收后，在經(jīng)處理氧化為無害的硫酸鹽而溶于海水。硫酸鹽是海水的天然成分，不還造成水體污染，但有一硬性要求海水脫硫必須以工廠坐落于海邊

13、為前提。 （2）氨作為吸收劑脫硫： 氨是一種良好的堿性吸收劑，其吸收反應是氣-氣反應，吸收反應速度快，反應全，但氨的價格相對于低廉的石灰石來說是太高了。過高的運行成本使氨法脫硫的推廣受到極大的影響，在脫硫應用中極少。 （3）鈉-鈣雙堿法脫硫： 用作吸收劑脫硫，用Ca(OH)2作為的再生劑。其主要化學反應反應式如下： 吸收： 再生： （4）石灰乳作為吸收劑脫硫: 脫硫產(chǎn)物是硫酸鈣（石膏），可容易地從脫硫系統(tǒng)中分離出來，不會對環(huán)境水體造成污染，不存在脫硫廢水的處理問題；這種脫硫劑是價廉易得的石灰石，脫硫成本低，企業(yè)能承受，且這種方法技術成

14、熟，可靠性高。 1.4.3 脫硫效率 按鍋爐大氣污染物排放標準（GB13217-2001），計算出 SO2 的脫硫效率 1.4.4 脫硫設備的論證 吸收塔是煙氣脫硫系統(tǒng)的核心裝置，要求有持液量大、氣液相見的速度高、氣液接觸面積大、內(nèi)部構件少、壓力小等特點。目前較常用的吸收塔主要有噴淋塔、填料塔、噴射鼓泡塔和道爾頓型塔四類。其中噴淋塔是濕法脫硫的主流塔型。各種塔型的優(yōu)缺點列于下表。 煙氣脫硫用洗滌塔性能比較 洗滌塔形式 持液量 逆流 抗堵塞性 低負荷比 壓力降 除塵 填料塔 尚可 是 尚可 好 中等 差 轉盤式洗滌塔 好 否 好 差 中等 好

15、 湍流塔 尚可 否 好 差 中等 好 文丘里洗滌塔 差 否 好 好 高 好 噴淋塔 差 是 好 好 低 差 道爾頓型塔 好 否 好 差 中等 好 噴射鼓泡塔 好 否 好 差 中等 好 1.4.5 工藝方案 根據(jù)上述分析，本設計擬用納-鈣雙堿法脫硫工藝，以氫氧化鈉為吸收劑，氫氧化鈣為氫氧化鈉的再生劑，并采用噴淋塔。 本設計具體的工藝流程如下: 由于鍋爐煙氣溫度高達200，不適合二氧化硫的吸收去除，故需先將其進行冷卻預處理，經(jīng)過冷卻塔后煙氣的溫度可降至60左右，送入鈉堿吸收塔，原始吸收溶液濃度150,吸收后生成的進入儲

16、罐投加固體濃縮緩沖。根據(jù)儲罐中溶液的停留時間，選兩個儲罐，一個生產(chǎn)儲罐，另一個作為備用儲罐。應吸收塔較高，吸收塔出口溶液進入儲罐采用自流，省去了泵的使用。因尾氣溫度較高，且碳酸鈉溶考慮到尾氣的溫度較高，濕度較大，不適宜用干法吸收，該工藝流程設計以碳酸鈉溶液吸收塔吸收尾氣中的二氧化硫。高溫不利于吸收反應的進行，并且對吸收塔的腐蝕較大，應此先將尾氣降溫處理。由于尾氣中的二氧化硫具有強腐蝕性，操作過程中反應都受到PH值的影響，隨時需要進行酸度調(diào)節(jié)；因此需在地下池設備中安裝PH值自動控制儀表，調(diào)節(jié)水的酸度，防止對環(huán)境的二次污染。冷卻塔出水由于吸收大量的熱能，出水溫度升高，要循環(huán)利用地下池的水需經(jīng)循環(huán)水

17、冷卻塔降溫，循環(huán)水冷卻塔采用自然通風冷卻，安裝兩臺進水泵，一個生產(chǎn)用泵，一個備用泵，水來自集水池；兩臺出水泵，一個生產(chǎn)用泵，一個備用泵，水送往冷卻塔。水經(jīng)過循環(huán)利用從而節(jié)省了大量的水資源。液吸收二氧化硫的反應放熱，高溫不利于吸收反應的進行，因此濃縮后的堿液需經(jīng)換熱器的降溫后 進入吸收塔循環(huán)吸收二氧化硫。 吸收塔出口氣體溫度為60左右，用引風機引氣排放，由于氣液分離不完全，氣體中攜帶水蒸氣會引起引風機的震蕩，因此在引風機前應設置氣液分離器。且氣體溫度降低，在高煙囪中會冷凝酸化，腐蝕煙囪，且氣體溫度降低不利于氣體的擴散排放，在排放前要升高氣體溫度，使氣體在煙囪口的排放溫度達到160以上。 1.

18、4.6 工藝原理 （1）吸收反應 洗滌過程的主要反應式： ++→2 洗滌液內(nèi)含有再生后返回的及系統(tǒng)補充的,在洗滌過程中生成亞硫酸鈉。 2+→+ +→+ 在洗滌液中還含有,系煙氣中的與亞硫酸鈉反應而生成。 2+→2 （2）再生反應 用石灰漿料進行再生時： + +→2 +↓ 亞硫酸鈣的一般形式為半水亞硫酸鈣。用石灰石粉再生時： 2 + → ++ +1/2 （3） 硫酸鈉的去除 硫酸鈉用硫酸酸化使其轉變?yōu)槭鄟砣コ? +2++3→2+2 加酸后，PH 下降到2―3，使亞硫酸鈣轉化為亞硫酸氫鈣而溶于

19、溶液中，于是溶液中的超過了石膏的溶度積，使石膏沉淀出來。 （4） 氧化反應 在回收法中，最終產(chǎn)品是石膏，需將由再生反應應得到的亞硫酸鈣氧化為石膏。 +→ 2 工藝計算 2.1 設備計算 鍋爐煙氣性質(zhì)：鍋爐煙氣體積,,含,用煙道氣近似計算。 2.1.1 冷卻塔 冷卻塔中水的相變過程： 200(汽）→100 (汽）→100 (水）→60 (水） （1）總放熱量 Q== 其中:—鍋爐煙氣的平均比熱容/();(/()) --焚鍋爐煙氣的溫度差；（ ） (2) 冷卻水消耗量 其中：Cp

20、2--水的比熱容，；（） --冷卻水的溫度差，；（ t2=45-10=35） --水的密度,kg/m3;(=1000) （3）塔徑 其中：v--氣體體積流量，;（) μ--空塔氣速，m/s;（空塔氣速一般為0.5-1.2m/s,取μ=1.2m/s) 塔截面積 將塔截面積放大1.1倍，即： 塔徑為：D== （4）塔高 冷卻塔是空塔，其高度是液氣接觸段、上部的液氣分離段與下部的液氣分離段之和。 設液氣接觸段氣體的停留時間設計10秒，則液氣接觸段的高度 根據(jù)經(jīng)驗值，上下段分離高度至少大于塔徑，一般為1.5～2D

21、（塔徑）。 取1.5倍，則上下段分離高度為： 群座高為 =1m, 則吸收塔高為 2.1.2 吸收塔 (1)溶液用量 鍋爐煙氣中二氧化硫的含量為： 尾氣急冷過程中被吸收掉0.7%.則進塔氣體中含量為： 設吸收塔中的去除率為96%，即去除量為： 排除氣體中含量為： 由反應方程式： + → +↑ 可知吸收64kg需 106kg ，則用量為： ，設用溶液的濃C為200,質(zhì)量分數(shù)為30%，則用量為： 取安全系數(shù)1.5，則Na2CO3溶液實際

22、用量為 （2）塔徑 氣體體積流量 其中 ： —鍋爐煙氣出口每小時排除煙氣質(zhì)量，kg/h;(=5t/h) —60℃時煙氣密度，;(=1.4393) 60時煙氣密度=1.4393, 常溫時碳酸鈉溶液： 密度=1200, 黏度μ=2.3 溶液密度與水的密度比為： ψ=0.8 進塔氣體質(zhì)量流量=5t/h 進塔碳酸鈉溶液質(zhì)量流量WL= 331.2kg/h 查圖得 p=0.008, 液泛氣速=0.55m/s 其中：—— 氣體體積流量，m3/s; U—— 空塔氣速,m/s; 塔截面積為： 比例因子取1.2，

23、計算得 D=3.6m （3）塔高 氣相流率 標準狀態(tài)下氣體體積流量為： 氣相流速為： 傳質(zhì)單元高度 其中 ——總傳質(zhì)系數(shù)，； =4.10× 傳質(zhì)單元數(shù) 進塔氣體的摩爾流量為： 進塔氣體中的二氧化硫的摩爾流量為： 塔氣體的摩爾流量為： 出塔氣體中二氧化硫的摩爾流量為： 其中： _傳質(zhì)系數(shù)； （4）填料層高度 分一層，層高度0.497m （5）總塔高 其中：——填料層高度，m：h=0.5m; ——分離

24、與分布區(qū)高，m; =3.2m; ——裙座高度，m; =3.5m; 3 設備選型 3.1 水泵 其作用是將地下水的水送往循環(huán)水冷卻塔，于地面安裝，提升高度5m，流量90m3/h,查《工業(yè)水處理設備手冊》，選用型號為IS80-65—160的水泵2臺，一用一備，性能參數(shù)如下： 水泵性能參數(shù) 揚程 流量 軸功率 電機功率 效率 轉速 質(zhì)量 排出口徑 10m 120m3/h 6.79kw 9.5kw 78﹪ 2900r/min 94kg 65mm 3.2 循環(huán)水泵 其作用是將冷卻水從集水池提升到冷卻塔，于地面安裝，提升高度13.8m，流量90m

25、3/h，查《工業(yè)水處理設備手冊》，選用型號為IS100-80-125的水泵2臺，一用一備，性能參數(shù)如下： 循環(huán)水泵性能參數(shù)表 揚程 流量 軸功率 電機功率 效率 轉速 質(zhì)量 排出口徑 20m 145m3/h 7.28kw 11kw 74﹪ 2900r/min 113kg 80mm 3.3 堿液泵 安裝在換熱器之前，用于將堿液從儲罐送往換熱器及循環(huán)送往吸收塔，選用型號為IS65-50-125的泵2臺，一用一備，性能參數(shù)如下： 堿液泵性能參數(shù) 電機功率 電動機轉速 流量 揚程 軸功率 1.5

26、kw 2900r/min 12.5m3/h 32m 1.79kw 根據(jù)Gs=1772.8m3/h,供氣壓力為12.96kpa,選用2臺離心式通風機，一用一備，性能參數(shù)如下： 風機性能參數(shù) 風機型號 口徑 轉速 進口流量 軸功率 配電機功率 8-18-101NO.7 250mm 2900r/min 5610m3/h 54.5kw 11.45kw 4 附圖 5 參考文獻 【1】郝吉明, 馬廣大主編. 《大氣污染控制工程》(第二版).高等教育出版社, 2002. 【2】吳忠標主編. 《大氣污染控制工程》.浙江大學出版社, 2001. 【3】魏先勛等主編. 《環(huán)境工程設計手冊》(修訂版).湖南科學技術出版社, 2002. 【4】劉天齊主編. 《三廢處理工程技術手冊(廢氣卷)》.化學工業(yè)出版社，1999. 【5】周興求主編.《環(huán)保設備設計手冊--大氣污染控制設備》.化學工業(yè)出版社,2004 【6】吳忠標主編.《實用環(huán)境工程手冊--大氣污染控制工程》.化學工業(yè)出版社，2001 - 12 -