1、1大气污染控制工程课程设计设计题目 ： 燃煤锅炉烟气的脱硫设计姓名 ： 马欢学号 ： 103010040125年级 ： 1001学院 ： 食品工程学院专业 ： 环境工程指导教师 ： 罗劼完成时间 ： 2013-11-29武昌工学院 大气污染控制工程课程设计 - 1 -目 录1 设计任务及基本资料 .- 1 -1.1 课程设计题目 .- 1 -1.2 课程设计基本资料 .- 1 -1.3 物料衡算 .- 1 -1.3.1 标准状态下理论空气量 .- 2 -1.3.2 标准状态下理论烟气量 .- 2 -1.3.3 标准状态下实际烟气量 .- 2 -1.3.4 标准状态下烟气含尘浓度 .- 2 -1
2、.4 锅炉烟气脱硫工艺方案的比较和选择 .- 3 -1.4.1 工艺比较 .- 3 -1.4.2 吸收剂比较 .- 4 -1.4.3 脱硫效率 .- 5 -1.4.4 脱硫设备的论证 .- 5 -1.4.5 工艺方案 .- 5 -1.4.6 工艺原理 .- 6 -2 工艺计算 .- 7 -2.1 设备计算 .- 7 -2.1.1 冷却塔 .- 7 -2.1.2 吸收塔 .- 8 -3 设备选型 .- 11 -3.1 水泵 .- 11 -3.2 循环水泵 .- 11 -3.3 碱液泵 .- 11 -4 附图 .- 12 -5 参考文献 .- 12 -武昌工学院 大气污染控制工程课程设计- 1 -
3、1 设计任务及基本资料1.1 课程设计题目5/t 燃煤锅炉烟气的脱硫工艺设计1.2 课程设计基本资料 1. 设计规模锅炉蒸发量 5t/h2. 设计原始资料 （1）煤的工业分析如下表（质量比，含 N 量不计）：发热量 C H S O 灰分 水分20939 65.7% 3.2% 1.7% 2.3% 18.1% 9.0%（2）锅炉型号：FG-35/3.82-M 型（3）锅炉热效率：75%（4）空气过剩系数：1.2（5）水的蒸发热：2570.8KJ/Kg（6）烟尘的排放因子：30%（7）烟气温度：473K（8）烟气密度：1.18kg/m 3（9）烟气粘度：2.4100.53g -5 .pas（10）尘
4、粒密度：2250kg/m 3（11）烟气其他性质按空气计算（12）烟气中烟尘颗粒粒径分布平均粒径/ m0.5 3 7.5 15 25 35 45 55 60粒径分布/ 3 20 15 20 16 10 6 3 73. 排放标准按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001 ）中二类区标准执行：标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m 3、二氧化硫排放浓度：900mg/m 3。1.3 物料衡算锅炉烟气含硫量计算用低位发热量、锅炉热效率、水的蒸发热求需煤量蒸发量为 5t/h 的锅炉所需热量为362570.812.90/KJh武昌工学院 大气污染控制工程课程设计- 2 -需煤量 612.908
5、21.43(/)0.82143(/)375%Kghth设 1kg 燃煤时燃料成分名称 可燃成分含量()可燃成分的量()理论需氧量/mol 烟气中组分/molCHSO水灰分65.73.21.72.39.018.154.75160.5354.7580.53-0.7554.75 CO216 H2O0.53 SO25 H2O合计 62.561.3.1 标准状态下理论空气量理论空气量： 62.5.37829.0(/)molKg在标准状态下的体积为： 33.416.7(/k1.3.2 标准状态下理论烟气量理论烟气量： 62.5378.50.52.(/)olg标准状态下理论烟气体积： 33126417Nmk
6、1.3.3 标准状态下实际烟气量实际烟气量： 312.76(.)9.0.5(/)olg标准状态下的体积： 3352418Nk1.3.4 标准状态下烟气含尘浓度SO2 的浓度：C= 33606/4062/83gmg在 473K 下时 SO2 的浓度: 7428在 473K 下实际烟气体积： 3.51./k在 473K 下时产生的总烟气量： 34.782.6.09/mh武昌工学院 大气污染控制工程课程设计- 3 -1.4 锅炉烟气脱硫工艺方案的比较和选择1.4.1 工艺比较目前, 世界上烟气脱硫工艺有上百种, 但具有实用价值的工艺仅十几种。根据脱硫反应物和脱硫产物的存在状态可将其分为湿法、干法和半
7、干法 3 种。湿法脱硫工艺应用广泛, 占世界总量的 85.0%。下面将常用的几种烟气脱硫工艺作比较。吸收剂比较常用烟气脱硫工艺比较序号 工艺名称 工艺原理 工艺特点 应用情况1 石灰石/石灰-石膏湿法利用石灰浆液洗涤烟气，使石灰与烟气中 SO2 反应生成亚硫酸钙，脱去烟气中的 SO2，再将亚硫酸钙氧化反应生成石膏。优点：脱硫率高 95%、工艺成熟 、适合所有煤种、操作稳定、操作弹性好、脱硫剂易得、运行成本低、副产物石膏可以综合利用，不会形成二次污染；缺点：一次性投资较高。国内外应用最为广泛，使用比例占到80%以上。2 简易石灰石/石灰-石膏湿法简易湿式法烟气脱硫工艺脱硫原理和普通湿法脱硫原理基
8、本相同，只是吸收塔内部结构简单（采用空塔或采用水平布置） ，省略或简化换热器。优点：投资和占地面积较小：缺点：脱硫率低，约为 70%。国外应用较少，国内也有应用实例。3 海水脱硫法 利用海水洗涤烟气，吸收烟气中的 SO2 气体。优点：脱硫率比较高 90%、工艺流程简单，投资少占地面积小、运行成本低；缺点；受地域条件限制，只能用于沿海地区。只适用于中低硫煤种、有二次污染。国内外均有部分成功应用实例（深圳西部电厂） 。4 旋转喷雾干燥法将生石灰制成石灰浆，将石灰喷入烟气中，使氢氧化钙与烟气中的 SO2 反应生成亚硫酸钙。优点：工艺流程比石灰石-石膏法简单，投资也比较小。缺点：脱硫率较低(约为 70
9、-80%)、操作弹性小、钙硫比高、运行成本高、副产物无法利用且易发生二次污染（亚硫酸钙分解） 。国内外均有少数成功实例（黄岛电厂） 。5 烟气循环流化床法在流化床中将石灰粉按一定比例加入烟气中，使石灰粉在烟气当中处于流化状态反复反应生成亚硫酸钙。优点：钙利用率高、无运动部件、投资省。缺点：脱硫率较低（ 90%） 、对石灰纯度要求较高、国内石灰不易保证质量、烟气压头损失大、由于加料不均匀会影响锅炉运行。国内外均有少数成功实例。武昌工学院 大气污染控制工程课程设计- 4 -6 活性炭法 使烟气通过加有催化剂的活性炭，烟气中的 SO2 经催化反应成SO2 并吸附在活性炭中，用水将SO3 洗涤成为稀硫
10、酸同时使活性炭再生。优点：脱硫效率较高（ 90%） 、工艺流程简单、无运动设备、投资较省、运行费用低。缺点：副产物为稀硫酸，不适宜运输，只能利用就地消化。活性炭定期需要更换。国内外均有少数成功实例（四川豆坝电厂） 。7 电子束法 将烟气冷却到 60左右，利用电子束辐照，产生自由基，生硫酸和硝酸，再与加入的氨气反应生成硫酸铵和硝酸铵。收集硫酸铵和硝酸铵粉制成复合肥。优点：脱硫率较高（ 90%） ，同时脱硫并脱销，副产物是一种优良的复合肥，无废物产生。缺点：投资高，因设备原件不过关，大型机组应用较困难。国内外均有少数成功实例（黄岛电厂） 。1.4.2湿法脱硫是一种化学吸收反应，吸收剂对吸收过程有很
11、大的影响，不同的吸收剂与SO2 反应的速度也不一样，常用的吸收剂有：氢氧化钠或碳酸钠、氧化镁、钠-钙双碱、氨、海水、石灰乳等。（1）氢氧化钠或碳酸钠作为吸收剂脱硫，存在如下诸多问题：a) 如果将脱硫后的产物亚硫酸钠回收利用，存在流程过长、回收费用过高、副产品无销路等问题；b) 脱硫剂消耗量大、脱硫成本高；c) 增加水处理费用。d) 氧化镁作为吸收剂脱硫：e) 氧化镁来源有限；f) 直接排放，对水体会造成严重污染；g) 如果循环利用脱硫剂，则流程很长、设备繁多、占地面积大。海水作为吸收剂脱硫：海水通常呈碱性，具有天然的酸碱缓冲能力及吸收 SO2 的能力，当 SO2 被海水吸收后，在经处理氧化为无
12、害的硫酸盐而溶于海水。硫酸盐是海水的天然成分，不还造成水体污染，但有一硬性要求海水脱硫必须以工厂坐落于海边为前提。（2）氨作为吸收剂脱硫：氨是一种良好的碱性吸收剂，其吸收反应是气-气反应，吸收反应速度快，反应全，但氨的价格相对于低廉的石灰石来说是太高了。过高的运行成本使氨法脱硫的推广受到极大的影响，在脱硫应用中极少。（3）钠-钙双碱法脱硫：用 作吸收剂脱硫，用 Ca(OH)2 作为 的再生剂。其主要化学反NaOHNaOH应反应式如下：武昌工学院 大气污染控制工程课程设计- 5 -吸收： 2322NaOHSaHO再生： 4 4()CNCaS（4）石灰乳作为吸收剂脱硫:脱硫产物是硫酸钙（石膏） ，
13、可容易地从脱硫系统中分离出来，不会对环境水体造成污染，不存在脱硫废水的处理问题；这种脱硫剂是价廉易得的石灰石，脱硫成本低，企业能承受，且这种方法技术成熟，可靠性高。1.4.3 脱硫效率按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001 ） ，计算出SO2 的脱硫效率 (40629)10%7.841.4.4 脱硫设备的论证吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置，要求有持液量大、气液相见的速度高、气液接触面积大、内部构件少、压力小等特点。目前较常用的吸收塔主要有喷淋塔、填料塔、喷射鼓泡塔和道尔顿型塔四类。其中喷淋塔是湿法脱硫的主流塔型。各种塔型的优缺点列于下表。烟气脱硫用洗涤塔性能比较洗涤塔形式 持液量
14、逆流 抗堵塞性 低负荷比 压力降 除尘填料塔 尚可 是 尚可 好 中等 差转盘式洗涤塔 好 否 好 差 中等 好湍流塔 尚可 否 好 差 中等 好文丘里洗涤塔 差 否 好 好 高 好喷淋塔 差 是 好 好 低 差道尔顿型塔 好 否 好 差 中等 好喷射鼓泡塔 好 否 好 差 中等 好1.4.5 工艺方案根据上述分析，本设计拟用纳-钙双碱法脱硫工艺，以氢氧化钠为吸收剂，氢氧化钙为氢氧化钠的再生剂，并采用喷淋塔。本设计具体的工艺流程如下: 由于锅炉烟气温度高达 200 ，不适合二氧化硫的吸收C去除，故需先将其进行冷却预处理，经过冷却塔后烟气的温度可降至 60 左右，送入钠碱吸收塔，原始吸收溶液浓度
15、 150 ,吸收后生成的 进入储罐投加 固3/kgm23aNSO23aNCO体浓缩缓冲。根据储罐中溶液的停留时间，选两个储罐，一个生产储罐，另一个作为备用武昌工学院 大气污染控制工程课程设计- 6 -储罐。应吸收塔较高，吸收塔出口溶液进入储罐采用自流，省去了泵的使用。因尾气温度较高，且碳酸钠溶考虑到尾气的温度较高，湿度较大，不适宜用干法吸收，该工艺流程设计以碳酸钠溶液吸收塔吸收尾气中的二氧化硫。高温不利于吸收反应的进行，并且对吸收塔的腐蚀较大，应此先将尾气降温处理。由于尾气中的二氧化硫具有强腐蚀性，操作过程中反应都受到 PH 值的影响，随时需要进行酸度调节；因此需在地下池设备中安装 PH 值自
16、动控制仪表，调节水的酸度，防止对环境的二次污染。冷却塔出水由于吸收大量的热能，出水温度升高，要循环利用地下池的水需经循环水冷却塔降温，循环水冷却塔采用自然通风冷却，安装两台进水泵，一个生产用泵，一个备用泵，水来自集水池；两台出水泵，一个生产用泵，一个备用泵，水送往冷却塔。水经过循环利用从而节省了大量的水资源。液吸收二氧化硫的反应放热，高温不利于吸收反应的进行，因此浓缩后的碱液需经换热器的降温后 进入吸收塔循环吸收二氧化硫。吸收塔出口气体温度为 60 左右，用引风机引气排放，由于气液分离不完全，气体C中携带水蒸气会引起引风机的震荡，因此在引风机前应设置气液分离器。且气体温度降低，在高烟囱中会冷凝
17、酸化，腐蚀烟囱，且气体温度降低不利于气体的扩散排放，在排放前要升高气体温度，使气体在烟囱口的排放温度达到 160 以上。C1.4.6 工艺原理（1）吸收反应洗涤过程的主要反应式：+ + 223aNSO2H3aNSO洗涤液内含有再生后返回的 及系统补充的 ,在洗涤过程中生成亚硫酸钠。23aC2 + +a23aS23a2H+ +3aNCOCO在洗涤液中还含有 ,系烟气中的 与亚硫酸钠反应而生成。24aN22 + 23aSS（2）再生反应用石灰浆料进行再生时：+ + 2 + 23aNSO2()aCH1OaNH321aCSO亚硫酸钙的一般形式为半水亚硫酸钙。用石灰石粉再生时：2 + +3a3a23aS
18、+ +1/232a22H武昌工学院 大气污染控制工程课程设计- 7 -（3） 硫酸钠的去除 硫酸钠用硫酸酸化使其转变为石膏来去除。+2 + +3 2 +224aNSO321aCHO4S42aCSOH3aNS加酸后，PH 下降到 23，使亚硫酸钙转化为亚硫酸氢钙而溶于溶液中，于是溶液中的 超过了石膏的溶度积，使石膏沉淀出来。2a（4） 氧化反应在回收法中，最终产品是石膏，需将由再生反应应得到的亚硫酸钙氧化为石膏。+ 321aCSOH2O42aCSH2 工艺计算2.1 设备计算锅炉烟气性质：锅炉烟气体积 3/mh, C,含186.09V20T2SO,用烟道气近似计算。 3708/mg2.1.1 冷
19、却塔冷却塔中水的相变过程：200 (汽）100 (汽）100 (水）60 (水）CC（1）总放热量Q= =Q气 1mtP气50.(206)7/kJh其中: 锅炉烟气的平均比热容 /( );( /( )pC气 kJgCp气 1.0kJgC-焚锅炉烟气的温度差 ；（ ）1t 12064t(2) 冷却水消耗量2/(t)70/(4.35).9/mQpkgh水51.9/12l水 /mh其中：C p2-水的比热容， ；（ ）(.)kcalgC21/(.)pkcalC-冷却水的温度差， ；（ t2=45-10=35 ）2t 武昌工学院 大气污染控制工程课程设计- 8 -水的密度,kg/m 3;( =1000
20、 )水 水 3kg/m（3）塔径 04/()1.9Dv其中：v-气体体积流量， ;（ )3/s 3186.09/3.0/Vs-空塔气速，m/s; （空塔气速一般为 0.5-1.2m/s,取 =1.2m/s)塔截面积 2220/4.9/.5Sm将塔截面积放大 1.1 倍，即：2011.7塔径为：D= =4/S./.5（4）塔高冷却塔是空塔，其高度是液气接触段、上部的液气分离段与下部的液气分离段之和。设液气接触段气体的停留时间设计 10 秒，则液气接触段的高度01.20Hvtm根据经验值，上下段分离高度至少大于塔径，一般为 1.52D（塔径） 。取 1.5 倍，则上下段分离高度为：1.5.12.5
21、D群座高为 =1m,2H则吸收塔高为012.51.2m2.1.2 吸收塔(1) 溶液用量23aNSO锅炉烟气中二氧化硫的含量为： 670381.0983.7/kgh尾气急冷过程中被吸收掉 0.7%.则进塔气体中 含量为：2SO1m83.7(0.%)./kgh设吸收塔中 的去除率为 96%，即去除 量为：2SO2武昌工学院 大气污染控制工程课程设计- 9 -2m83.196%7./kgh排除气体中含 量为：2SO31/390/k由反应方程式：+ + 2S23aNC23aS2CO1moll1moll可知吸收 64kg 需 106kg ，则 用量为：2O23a23aN，设用 溶液的浓 C 为 200
22、 ,质量83.76408.6/kgh 3/kgm分数为 30%，则 用量为：23aNC1L3/.%20.1/462/mcmkgh取安全系数 1.5，则 Na2CO3 溶液实际用量为.465./lkgh（2）塔径气体体积流量3/50/1.4397./svVMmh其中 ： 锅炉烟气出口每小时排除烟气质量，kg/h;( =5t/h)s sM60时烟气密度， ;( =1.4393 )v 3/kgv3/kg60 时烟气密度 =1.4393 ,Cvm常温时碳酸钠溶液：密度 =1200 , 黏度 =2.3L3kgpaS溶液密度与水的密度比为： =0.8进塔气体质量流量 =5t/hVW进塔碳酸钠溶液质量流量
23、WL= 331.2kg/h查图得 p=0.008,液泛气速 =0.55m/sfU武昌工学院 大气污染控制工程课程设计- 10 -0.7.05.38/(0.68)f fUmsuU1/2 1/24()(4.).5)3.sDVum其中： 气体体积流量，m 3/s;U 空塔气速,m/s;塔截面积为： 2220/4(.0)/48.5AD比例因子取 1.2， 01.16m计算得 D=3.6m（3）塔高气相流率 标准状态下气体体积流量为：30/3.027/(6)2.705/sVTmh气相流速为：20/2.4.5/(.41).8/.GAkols传质单元高度/.08/(.0).27OyaHKm其中 总传质系数，
24、 ； =4.10 ya 2kmolsyaK2102/(.)kols传质单元数进塔气体的摩尔流量为：351685/273(0)/(2.410).7/Gmolh进塔气体中的二氧化硫的摩尔流量为：.(.%)98.6/molh塔气体的摩尔流量为： 523.710298.6375./Gl出塔气体中二氧化硫的摩尔流量为： 8(.)(1)/641.9/molh121/03597.08)0357.96OGNY m其中： 9.6武昌工学院 大气污染控制工程课程设计- 11 -251.9/3687.0148Ym_传质系数；OGN（4）填料层高度00.287.960.27OGH1.8.4m分一层，层高度 0.497
25、m（5）总塔高0120.497.532.769Hhm其中： 填料层高度，m ：h=0.5m;h分离与分布区高，m; =3.2m;1 1H裙座高度，m; =3.5m;223 设备选型3.1 水泵其作用是将地下水的水送往循环水冷却塔，于地面安装，提升高度 5m，流量 90m3/h,查工业水处理设备手册 ，选用型号为 IS80-65160 的水泵 2 台，一用一备，性能参数如下：水泵性能参数扬程 流量 轴功率 电机功率 效率 转速 质量 排出口径10m 120m3/h 6.79kw 9.5kw 78 2900r/min 94kg 65mm3.2 循环水泵其作用是将冷却水从集水池提升到冷却塔，于地面安
26、装，提升高度 13.8m，流量90m3/h，查工业水处理设备手册 ，选用型号为 IS100-80-125 的水泵 2 台，一用一备，性能参数如下：循环水泵性能参数表扬程 流量 轴功率 电机功率 效率 转速 质量 排出口径20m 145m3/h 7.28kw 11kw 74 2900r/min 113kg 80mm武昌工学院 大气污染控制工程课程设计- 12 -3.3 碱液泵安装在换热器之前，用于将碱液从储罐送往换热器及循环送往吸收塔，选用型号为IS65-50-125 的泵 2 台，一用一备，性能参数如下：碱液泵性能参数电机功率 电动机转速 流量 扬程 轴功率1.5kw 2900r/min 12
27、.5m3/h 32m 1.79kw根据 Gs=1772.8m3/h,供气压力为 12.96kpa,选用 2 台离心式通风机，一用一备，性能参数如下：风机性能参数风机型号 口径 转速 进口流量 轴功率 配电机功率8-18-101NO.7 250mm 2900r/min 5610m3/h 54.5kw 11.45kw4 附图5 参考文献【1】郝吉明, 马广大主编. 大气污染控制工程(第二版). 高等教育出版社 , 2002.【2】吴忠标主编. 大气污染控制工程.浙江大学出版社, 2001.【3】魏先勋等主编. 环境工程设计手册(修订版). 湖南科学技术出版社 , 2002.【4】刘天齐主编. 三废处理工程技术手册(废气卷) .化学工业出版社， 1999.【5】周兴求主编.环保设备设计手册-大气污染控制设备.化学工业出版社 ,2004【6】吴忠标主编.实用环境工程手册-大气污染控制工程.化学工业出版社， 2001
