大氣污染控制工程脫硫課程設(shè)計萬物生長

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1、大氣污染控制工程課程設(shè)計 設(shè)計題目 ： 10t/h燃煤鍋爐煙氣的脫硫工藝設(shè)計 組名 ： 萬物生長 組 員 ： 呂鵬飛、段仕旗、王誠、夏炯陽、劉嘉誠、何知博 年級 ： 工程1432 系部 ： 環(huán)境工程 專業(yè) ： 環(huán)境工程 完成時間 ： 2015.11.3  目 錄 一、引言 1 1.1 煙氣除塵脫硫的意義 1 1.2 設(shè)計目的 1 1.3 設(shè)計任務(wù)及內(nèi)容 1 1.4 設(shè)計資料 2 二、工藝方案的確定及說明 3 2.1 工藝流程圖 3 2.2 基礎(chǔ)資料的物料衡算 3 2

2、.3 工藝方案的初步選擇與確定 5 2.4 整體工藝方案說明 5 3、 主要處理單元的設(shè)計計算 6 3.1脫硫設(shè)備設(shè)計 7 3.1.1常見的煙氣脫硫工藝 8 3.1.2 比對脫硫技術(shù) 10 3.1.3 脫硫技術(shù)的選擇 11 3.2濕法脫硫簡介和設(shè)計 12 3.2.1 基本脫硫原理 13 3.2.2 脫硫工藝流程 14 3.2.3 脫硫影響因素 15 1、 引言 1.1煙氣除塵脫硫的意義 目前，大氣污染已經(jīng)變成了一個全球性的問題，主要有溫室效應(yīng)、臭氧層破壞和酸雨。而大氣

3、污染可以說主要是人類活動造成的，大氣污染對人體的舒適、健康的危害包括對人體的正常生活和生理的影響。我國隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，因燃煤排放的二氧化硫、顆粒物等有毒有害的污染物質(zhì)急劇增多。由于我國部分地區(qū)燃用高硫煤，燃煤設(shè)備未能采取脫硫措施，致使二氧化硫排放量不斷增加，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染甚至已經(jīng)直接影響到人們的身體健康。因而已經(jīng)到了我們不得不面對的時候，這里我們將用科學(xué)的態(tài)度去面對去防治。 該燃煤鍋爐煙氣的污染物主要是顆粒污染物和二氧化硫，且排放量比較大，所以必須通過有效的措施來進行處理，以免污染空氣，影響人們的健康生活。通過設(shè)計合適的除塵脫硫系統(tǒng)對煙氣進行處理，從而盡量使排放的煙氣污染物濃度達標(biāo)，

4、而不至于污染環(huán)境和危害人體健康。 1.2設(shè)計目的 通過本課程設(shè)計的綜合訓(xùn)練，使環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生掌握《大氣污染控制工程》課程所要求的基本設(shè)計方法，具備初步的大氣污染控制工程方案及設(shè)備的獨立設(shè)計能力，鍛煉學(xué)生查閱和收集專業(yè)資料和設(shè)計手冊的技能，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的理論知識獨立分析和解決大氣污染控制工程實際問題的實踐能力。 1.3 設(shè)計任務(wù)及內(nèi)容 A. 設(shè)計題目 某燃煤鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計 B. 設(shè)計任務(wù)及要求 1. 基本物料衡算：計算燃煤鍋爐排煙量、煙塵濃度、二氧化硫濃度及凈化效率的計算； 2. 凈化系統(tǒng)工藝方案的確定； 3. 主要設(shè)備尺寸的計算； 1.

5、4 設(shè)計資料 第4組資料： 1、鍋爐耗煤及排煙情況 鍋爐型號：SZL6-1.6型（共3臺） 燃煤量：1000kg/h（臺） 蒸發(fā)量：7 t/h（臺） 煙氣出口處離地面2.5m 排煙溫度：160 ℃ 煙氣密度（標(biāo)態(tài)）：1.35 kg/m3 空氣過剩系數(shù)：1.38 飛灰占煤中不燃分分比例：18% 2、煤質(zhì)分析 CY=67.85%，HY=4.12%，OY=6.06%，NY=1.22%， SY=2.02%，AY=15.18%，WY=10.30%，VY=13.02% 3、粉塵粒徑分布 表1-1 第三組粒徑分布 粒徑（μm） 15~25 8~15 5~8 3~5

6、 1~3 ≤1 含量（%） 3.6 4.8 49.2 37.1 4.2 1.1 表1-2 粉塵比電阻 溫度℃ 15 100 200 300 比電阻Ω?cm 3107 8107 1.5107 3.5107 4、氣象資料 當(dāng)?shù)貧庀筚Y料顯示：該地區(qū)年平均氣壓98 kPa；空氣中含水（標(biāo)態(tài)）：0.015 kg/m3；年平均氣溫18.6 ℃；極端最高氣溫39.9 ℃；極端最低氣溫-1.9 ℃。  二、工藝方案的確定及說明 2.1 工藝流程圖 袋式除塵器 鍋爐煙氣 旋流板 脫硫塔 引風(fēng)機 煙囪 排放 循環(huán)沉淀池 pH控制器

7、 堿液箱 循環(huán)泵 圖2-1 煙氣處理工藝流程圖 2.2 基礎(chǔ)資料的物料衡算 1. 理論空氣量 （2-1） =6.9855 式中： 2. 理論煙氣量（設(shè)空氣含濕量0.015 kg/m3） （m3N/kg） =7.5290（m3N/kg） （2-2） 式中：—理論空氣量（m3N/kg） —10.30%； —1.22% 3. 實際煙氣量 （m3N/kg）

8、 （2-3） = 10.2331（m3N/kg） 式中：a —1.38。 —理論煙氣量（m3N/kg） —理論空氣量（m3N/kg） 4. 煙氣流量 設(shè)計耗煤量 （2-4） 29164.335（m3N/h） 8.1012（m3N/s

9、） 式中：—m3N/h計 —實際煙氣量（m3N/kg） 設(shè)計耗煤量—950 3kg/h 5. 工況下總煙氣量 (2-5) 式中： ——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的煙氣流量，； ——工況下煙氣溫度，K； ——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度，273K。 6 煙氣含塵濃度： （2-6） 式中：—18%； —15.18%； —29164.335（mg/m3N）。 7. 煙氣中二氧化硫濃度的計算：

10、 3.9480103（mg/m3N） （2-7） 式中： — 2.02%。 —燃煤產(chǎn)生的實際煙氣量（m3N/kg） 8. 除塵效率計算: (2-8) 式中：C—煙氣含塵濃度，mg/m3N； Cs—鍋爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值，200mg/m3N。 9. 脫硫效率計算

11、 (2-9) 式中：CSO2——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下鍋爐二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值，900。 SO2——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下二氧化硫濃度，3.9480103； 表2-1 計算所得數(shù)據(jù)表 序號 項目 計算所得 序號 項目 計算所得 1 理論空氣量 6 煙氣含塵濃度 2 理論煙氣量 7 煙氣中二氧化硫濃度 3 實際煙氣量 8 除塵效率 4 煙氣流量 9 脫硫效率 5 工況下總煙氣量 3.1 脫硫設(shè)備設(shè)計 3.1.1常見的煙氣脫硫工藝 脫硫技術(shù)是將煤中

12、的硫元素用鈣基等方法固定成為固體防止燃燒時生成SO2。 燃燒后的煙氣脫硫工藝常見的有以下幾種： 1. 石膏脫硫法 石膏脫硫法的工作原理是：將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進行氧化反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣達到一定飽和度后，結(jié)晶形成二水石膏。經(jīng)吸收塔排出的石膏漿液經(jīng)濃縮、脫水，使其含水量小于10%，然后用輸送機送至石膏貯倉堆放，脫硫后的煙氣經(jīng)過除霧器除去霧滴，再經(jīng)過換熱器加熱升溫后，由煙囪排入大氣。）由于吸收塔內(nèi)吸收劑漿液通過循環(huán)泵反復(fù)循環(huán)與煙氣接觸，吸收劑利用率很高，鈣硫比較低，脫硫效率可大于95%。

13、 2.氨水洗滌法脫硫工藝 該脫硫工藝以氨水為吸收劑，副產(chǎn)硫酸銨化肥。鍋爐排出的煙氣經(jīng)換熱器冷卻至90~100℃，進入預(yù)洗滌器經(jīng)洗滌后除去HCI和HF，洗滌后的煙氣經(jīng)過液滴分離器除去水滴進入前置洗滌器中。在前置洗滌器中，氨水自塔頂噴淋洗滌煙氣，煙氣中的SO2被洗滌吸收除去，經(jīng)洗滌的煙氣排出后經(jīng)液滴分離器除去攜帶的水滴，進入脫硫洗滌器。在該洗滌器中煙氣進一步被洗滌，經(jīng)洗滌塔頂?shù)某F器除去霧滴，進入脫硫洗滌器。再經(jīng)煙氣換熱器加熱后經(jīng)煙囪排放。 3.煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝 　　煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝由吸收劑制備、吸收塔、脫硫灰再循環(huán)、除塵石灰石膏法脫硫工藝流程器及控制系

14、統(tǒng)等部分組成。該工藝一般采用干態(tài)的消石灰粉作為吸收劑，或者其它對二氧化硫有吸收反應(yīng)能力的干粉或漿液作為吸收劑。 　　由鍋爐排出的煙氣從吸收塔（即流化床）底部進入。（吸收塔底部為一個文丘里裝置，煙氣流經(jīng)文丘里管后速度加快，并在此與很細的吸收劑粉末互相混合，顆粒之間、氣體與顆粒之間劇烈摩擦，形成流化床，）。在噴入均勻水霧降低煙溫的條件下，吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成CaSO３和CaSO４。脫硫后攜帶大量固體顆粒的煙氣從吸收塔頂部排出，進入再循環(huán)除塵器，被分離出來的顆粒經(jīng)中間灰倉返回吸收塔，由于固體顆粒反復(fù)循環(huán)達百次之多，故吸收劑利用率較高。 　　此工藝所產(chǎn)生的副產(chǎn)物呈干粉狀，主要由飛灰

15、、CaSO3、CaSO4和未反應(yīng)完的吸收劑Ca(OH)2等組成，適合作廢礦井回填、道路基礎(chǔ)等。 典型的煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝，當(dāng)燃煤含硫量為2%左右，鈣硫比不大于1.3時，脫硫率可達90%以上，排煙溫度約70℃。此工藝在國外目前應(yīng)用在10~20萬千瓦等級機組。由于其占地面積少，投資較省，尤其適合于老機組煙氣脫硫。 3.1.2比對脫硫技術(shù) SO2的控制技術(shù)可分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃炔的脫硫（亦稱為煙氣脫硫）三種。由于煙氣中的硫以SO2形態(tài)存在，脫除較易，煙氣脫硫（FGD)是目前應(yīng)用最廣泛、效率最高的脫硫技術(shù)，也是控制SO2排放的主要手段。 本課程設(shè)計中含硫煙氣為低濃度SO2煙

16、氣，由于其煙氣量大，直接選擇采用煙氣脫硫工藝進行凈化。 根據(jù)脫硫過程是否加入液體和脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài)可將煙氣脫硫方法分為濕法、半干法、干法。濕法脫硫里應(yīng)用溶液或漿液吸收SO2，其直接產(chǎn)物也是溶液或漿液，具有工藝成熟，脫硫效率高、操作簡單等優(yōu)點，但脫硫液處理較麻煩，容易造成二次污染，且脫硫后煙氣的溫度較低，不利于擴散。干法煙氣脫硫過程無液體介入，完全在干燥狀態(tài)下進行，且脫硫產(chǎn)物也為干粉狀，因而工藝簡單投資較低，凈化后溫度降低很少，利于擴散，且無廢水排出，但凈化效率一般不高。半干法里用霧化的脫硫劑或漿液脫硫。但在脫硫過程中，霧滴被蒸發(fā)干燥，直接產(chǎn)物是干態(tài)粉末，具有干法和濕法脫硫優(yōu)點。 表3-9

17、 一些煙氣脫硫方法介紹 原理 方法分類 脫硫劑 脫硫方法 干濕 狀態(tài) 脫硫產(chǎn)物 處理 終產(chǎn)品 吸 收 石灰石/石灰法 Ca(OH)2 CaCO3 石灰石/石灰直接噴射法 干法 － － 爐內(nèi)噴鈣-爐厚活化法 半干法 拋棄或利用 脫硫灰 噴霧干燥法 半干法 拋棄或利用 脫硫灰 循環(huán)流化床脫硫法 半干法 拋棄或利用 脫硫灰 增濕灰循環(huán)脫硫法 半干法 拋棄或利用 脫硫灰 濕式石灰石/石灰-石膏法 濕法 氧化 石膏 石灰-亞硫酸鈣法 濕法 加工產(chǎn)品 亞硫酸鈣 氨法 (NH4)2SO3 氨-酸法 濕法 酸化

18、分解 濃SO2、化肥 氨-亞氨法 濕法 氨中和 亞硫酸銨 氨-硫氨法 濕法 氧化 硫酸銨 NH3?H2O 新氨法 濕法 酸分解、制酸 化肥、硫酸 鈉堿法 Na2SO3(NaOH、Na2CO3) 亞硫酸鈉循環(huán)法 濕法 熱再生 濃SO2 亞硫酸鈉法 濕法 堿綜合 亞硫酸鈉 鈉鹽-酸分解法 濕法 酸化分解 濃SO2、冰晶石 海水脫硫 海水中CO32-、HCO3-等堿性物質(zhì) 海水脫硫法 濕法 排入大海 － 間接石灰石/石灰法 Na2SO3或NaOH 雙堿法 濕法 石灰中和 石膏 Al2(SO4)3?Al2O3 堿性

19、硫酸鋁-石膏法 濕法 石灰中和 石膏 金屬氧化物法 MgO 氧化鎂法 濕法 加熱分解 濃SO2 ZnO 氧化鋅法 濕法 加熱分解 濃SO2、氧化鋅 MnO 氧化錳法 濕法 電解 金屬錳 吸 附 活性炭吸附法 活性炭 活性炭制酸法 濕法 水洗 再生 稀硫酸 活性炭(NH4)2HPO4 磷銨肥法 濕法 萃取、氨綜合、氧化 磷銨復(fù)肥 氧化 催化氧化法 O2及釩催化劑 干式氧化法 干法 濃H2SO4吸收 硫酸 稀H2SO4及Fe3+催化劑 液相氧化法 濕法 石灰中和 石膏 高能電子氧化法 自由基 電子束照射

20、法 干法 氨中和 硫銨 等離子體 脈沖電暈等離子 干法 氨中和 硫銨 3.1.3脫硫技術(shù)的選擇 我國由于地域遼闊，各地經(jīng)濟條件，燃煤煤質(zhì)、脫硫劑來源、環(huán)保要求等不盡相同，結(jié)合相關(guān)材料，該鍋爐脫硫技術(shù)的選用應(yīng)考慮以下主要原則： A. 技術(shù)成熟、運行可靠，至少在國外已有商業(yè)化先例，并有較多的應(yīng)用業(yè)績。 B. 脫硫后煙氣中的SO2達到(GB13271-2001)中二類標(biāo)準(zhǔn)。 C. 脫硫設(shè)施的投資和運行費用適中，一般應(yīng)低于電廠主體工程總投資的15%以下，煙氣脫硫后發(fā)電成本增加不超過0.03元/（KW?h） D. 脫硫劑供應(yīng)有保障，占地面積小，脫硫產(chǎn)物可回收利用或衛(wèi)生處理處置

21、。 E. 通過之前對基礎(chǔ)資料的物料衡算，該燃煤鍋爐的脫硫效率應(yīng)達到77.20%。 綜合以上的分析和要求，我們組最終決定選用石灰石/石灰－石膏法作為該鍋爐的脫硫工藝。采用該工藝的優(yōu)勢如下： A. 首先石灰石/石灰－石膏法開發(fā)較早，工藝成熟，Ca/S比較低，且在國外應(yīng)用廣泛。（美國脫硫工藝80%是石灰石/石膏法，德國有90%，日本也有75%以上） B. 從表3-9中看出，燃煤發(fā)電機組大多數(shù)選用濕法石灰石/石膏FGD技術(shù)。而且吸收塔中，以噴淋空塔為主。 C. 該工藝在我國有先例：上海閘北電廠曾進行過工業(yè)試驗，重慶珞璜電廠中FGD占電廠總投資11.5%。 3.2 濕法脫硫簡介和設(shè)計 3.

22、2.1 基本脫硫原理 石灰石/石灰石膏法是采用石灰石或石灰漿液脫出煙氣中SO2并副產(chǎn)石膏的脫硫方法。該法開發(fā)較早，工藝成熟，Ca/S比較低，操作簡便，吸附劑價廉易得，所得石膏副產(chǎn)品可做為輕質(zhì)建筑材料。因此，這種工藝應(yīng)用廣泛。上海閘北電廠曾進行過工業(yè)實驗，重慶珞璜電廠從日本三菱重工公司引進了配套2360MW機組的石灰石-石膏法脫硫裝置。 該脫硫過程以石灰石或石灰漿液為吸收劑吸收煙氣中SO2，主要分為吸收和氧化兩個步驟。首先生成亞硫酸鈣，然后亞硫酸鈣再被氧化為硫酸鈣，整個過程發(fā)生的主要反應(yīng)如下： ①吸收 CaO+H2O→Ca(OH)2 Ca(OH)2+SO2→CaSO3?

23、1/2H2O+1/2H2O CaCO3+SO2+1/2H2O→CaSO3?1/2H2O+CO2↑ CaSO3?1/2H2O+SO2+1/2H2O→Ca(HSO3)2 ②氧化 2CaSO3?1/2H2O+O2+3H2O→2CaSO4?2H2O Ca(HSO3)2+1/2O2+H2O→CaSO4?2H2O+SO2↑ 吸收塔內(nèi)由于氧化副反應(yīng)生成溶解度很低的石膏，很容易在吸收塔內(nèi)沉積下來造成結(jié)垢和堵塞。溶液pH值愈低，氧化副反應(yīng)愈容易進行。 3.2.2 脫硫工藝流程 并流式石灰石/石灰-石膏法工藝流程。鍋爐煙氣經(jīng)除塵、冷卻后送入吸收塔，吸收塔內(nèi)用配置好的石灰石或石灰漿液洗滌

24、含SO2煙氣，經(jīng)洗滌凈化的煙氣經(jīng)除霧和再熱后排放。石灰漿液在吸收SO2后，成為含有亞硫酸和亞硫酸氫鈣的混合液，在母液槽中用硫酸將其混合液的pH值調(diào)整為4～4.5，用泵送入氧化塔，在氧化塔內(nèi)60～80。C下被4.9105Pa的壓縮空氣氧化。生成的石膏經(jīng)增稠器使其沉積，上清液返回吸收循環(huán)系統(tǒng)，石膏漿經(jīng)離心機分立得到石膏。 該工藝的主要設(shè)備為吸收塔和氧化塔； ①吸收塔 吸收塔是整個工藝的核心設(shè)備，其性能對SO2的去除率有很大影響，從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面進行權(quán)衡，選擇噴淋塔為吸收塔； ②氧化塔 為了加快氧化速度，做為氧化用的空氣進入塔內(nèi)必須分散成微細的氣泡，以增大氣液的接觸面積。 3.2.3

25、脫硫影響因素 ①漿液的PH值 吸收塔洗滌漿液中pH值的高低直接影響SO2 的吸收率及設(shè)備的結(jié)垢、腐蝕程度等, 而且脫硫過程的pH值是在一定范圍內(nèi)變化的。長期的研究和工程實踐表明,濕法煙氣脫硫的工藝系統(tǒng)采用的石灰石漿液的PH值控制在5.8～6.2，石灰石漿液PH一般控制在7左右； ②液氣比 液氣比對吸收推動力、吸收設(shè)備的持液量有影響。增大液氣比對吸收起促進作用，但大氣液比對設(shè)備要求高且費用高，實際中要視情況而定。本系統(tǒng)采用15L/m3； ③石灰石的粒度 一般來說，粒度減小，脫硫率及石灰石利用率高。為了保證脫硫石膏的綜合利用及減少廢水的排放量，用于脫硫的石灰石中CaCO3的含量宜高于90%； ④吸收溫度 低洗滌溫度有利于SO2 的吸收。所以要求整個漿液洗滌過程中的煙氣溫度都在100℃以下。100℃左右的原煙氣進入吸收塔后, 經(jīng)過多級噴淋層的洗滌降溫, 到吸收塔出口時溫度一般為(45～70)℃； ⑤煙氣流速選用3.5m/s； ⑥結(jié)垢，這是該石灰石/石灰-石膏法脫硫工藝的組要缺點。除吸收塔滿足高持液量、有較大的氣液接觸面積等外，可在吸收液中添加鎂離子、氯化鈣、己二酸等。