燃煤锅炉脱硫系统设计.docx
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燃煤锅炉脱硫系统设计
环境工程综合实验
课程设计
专业:
环境工程
姓名:
学号:
1课程设计题目……………………………………………………………………………………3
2设计依据3
2.1技术标准及依据3
2.2设计参数及参数范围3
2.3设计原则及设计目标4
3污染源强分析4
3.1污染物浓度的计算4
3.2烟气中SO2的浓度计算6
3.3烟气SO2排放量的计算7
4工艺设计7
4.1工艺选择7
4.2吸收设备的选择8
4.3工艺原理8
4.4脱硫系统工艺流程9
4.5工艺组成9
5相关的设计计算10
5.1脱硫剂液箱容量与设计10
5.2增压风机10
5.3SO2吸收系统11
5.3.1塔径及底面积计算11
5.3.2脱硫塔高度计算11
6附图12
附图1双碱法烟气脱硫工艺流程图12
附图2吸收塔系统13
附图3吸收塔平面图13
1课程设计题目
四川省某火电厂30t/h燃煤锅炉烟气的脱硫系统设计
2设计依据
2.1技术标准及依据
(1)《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)
(2)《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》(HJ462-2009)
(3)《大气污染防治手册》
(4)《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2001)
(5)《环境空气质量标准》(GB3095-1996)
(6)《四川省大气污染物排放标准》
2.2设计参数及参数范围
(1)根据技术标准与排放标准,确定设计参数及设计范围。
锅炉型号:
30t/h锅炉一台
烟气排放量:
19000m3/h
燃料种类:
无烟煤
燃煤量:
2.237152t/h
炉内温度:
700℃
锅炉排烟温度:
155℃
烟气含氧量:
60.2605mol/kg(燃煤)
目前SO2排放浓度:
1353mg/
含硫率:
1.1%
锅炉热效率:
75%
空气过剩系数:
1.2
(2)拟用双碱法,据《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》(HJ462-2009),故有:
液气比(G/L)为2
钙硫比(Ca/S)为1.1
净化效率η不小于95%
可用率为95%
2.3设计原则及设计目标
设计原则:
(1)设计中为将来更加严格的排放标准及规模扩大留有余地。
(2)因地制宜,节省场地。
(3)严禁转移污染物,全面防治二次污染。
设计目标:
(1)根据《四川省大气污染物排放标准》标准,该火电厂标准状态下SO2排放浓度应小于300mg/m3
(2)为保证电厂周围居民区空气质量,同时执行《环境空气质量标准》(GB3095—1996)的二级标准,即小于居民区大气中SO2最高允许的日平均浓度0.15mg/m3
(3)总量控制指标达标
3污染源强分析
3.1污染物浓度的计算
含硫率为1.1%,选择煤种为无烟煤
以1kg无烟煤为基础,则:
成分质量/g物质的量/mol理论需氧量/mol
C649.57254.13154.131
H25.30812.654(分子)6.327
O14.060.879-0.4395
N6.3270.226(分子)——
S7.7330.2420.242
H0754.17——
灰分222————
(1)理论需氧量为
(54.131+6.327-0.4395+0.242)mol/kg=60.2605mol/kg(燃煤)
假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78,则1kg燃煤完全燃烧所需要的理论空气量为:
60.2605×(1+3.78)mol/kg=288.0452mol/kg(燃煤)
即标况下
288.0452×
m3N/kg=6.452
/kg(燃煤)
(2)理论烟气量(按照标准状况换算体积,下同)
理论上烟气的组成为CO254.131mol/kg;
H2O12.654+4.17=16.824mol/kg;
N60.2605×3.78+0.226=228.01mol/kg;
SO0.242mol/kg;
灰分222mol/kg
故理论干烟气量为:
(54.131+228.01+0.242)mol/kg=282.383mol/kg(燃煤)
282.383×
/kg=6.325m3N/kg(燃煤)
理论湿烟气量为:
(282.383+16.824)mol/kg=299.207mol/kg(燃煤)
299.207×
m3N/kg=6.702
/kg(燃煤)
(3)实际烟气量
空气过剩系数为1.2,可求:
实际干烟气量Vfg=理论干烟气量+理论空气量×(空气过剩系数-1)
=6.325+6.452×0.2=7.6154
/kg(燃煤)
实际湿烟气量Vfg=理论湿烟气量+理论空气量×(空气过剩系数-1)
=6.702+6.452×0.2=7.9924
/kg(燃煤)
(4)锅炉燃煤量:
式中:
D:
锅炉每小时的产汽量(kg/h);
Q低:
煤的低位发热量(kcal/kg)
η:
锅炉的热效率(%);
i2:
锅炉在某工作压力下的饱和蒸汽热焓(kcal/kg);1.25MPa时为1400.4kJ/kgi1:
锅炉给水热焓(kcal/kg),一般给水温度取20℃,则i1=84.80kJ/kg,
则:
(5)标准状态下的总干烟气量:
标准状态下的总湿烟气量:
取设计烟气量为19000
/kg
3.2烟气中SO2的浓度计算
(1)SO2产污系数及其质量流量
二氧化硫产污系数:
(Kg/t)
式中:
SY-燃煤应用基含硫量,%
P-燃煤中硫的转化率(煤粉炉一般取0.9),%
Kg/t
脱硫装置入口烟气中的SO2质量流量可根据下面公式估算:
式中:
M(SO2)——脱硫装置入口烟气中的SO2质量流量,t/h
K——染料燃烧中硫的转化率(煤粉炉一般取0.9)
Bg——锅炉最大连续工况负荷时的燃煤量,t/h
q——锅炉机械未完全燃烧的热损失,%
S——燃料的收到基硫分,%
所以:
烟气中SO2的实测浓度为:
根据《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2001)的相关规定,需将实物浓度折算,规定说明燃煤锅炉,折算项目为烟尘,SO2,NOX排放浓度时,过量空气折算系数
=1.8
锅炉大气污染物过量空气系数折算排放浓度按下式计算:
式中C——折算后的烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度,g/
——实测的烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度,g/
α′——实测的过量空气系数
α——规定的过量空气系数
已知a=1.2,燃煤锅炉的过量空气折算系数a=1.8
所以折算后烟气中SO2的浓度:
3.3烟气SO2排放量的计算
《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》(HJ462-2009)对于65t/h以下工业锅炉脱硫装置的设计脱硫效率不宜小于80%的标准。
则每小时去除SO2的量为:
出口烟气中SO2的排放量为:
取烟囱出口处平均风速u为5.0m/s;烟囱出口处烟气流速不应低于该高度处平均风速的1.5倍,故取烟囱出口流速v为9.0m/s;取
为0.5;烟气出口处烟流温度Ts为155℃;烟囱高度取60m;烟囱出口内径D为2m。
根据霍兰德(Holland)公式得烟气抬升高度:
总高度H=60+11.53=71.53m
地面最大浓度
脱硫结果满足四川省《大气污染物排放标准》,亦满足《环境空气质量标准》的二级标准,即小于居民区大气中SO2最高允许的日平均浓度0.15mg/m3,脱硫效果良好。
4工艺设计
4.1工艺选择
钠法由于脱硫剂较贵,因而运行费用高;氧化镁法的脱硫剂氧化镁不仅价格较贵,而且广东地区镁源不足,造成运行成本高昂;氨法存在氨泄漏问题,容易造成二次污染,而且脱硫剂价格高,因而在中小型锅炉中应用不多。
相对于以上三种工艺,双碱法消耗的脱硫剂主要是价廉的石灰。
吸收液中的钠碱通过再生,大部分可循环回用,减少了运行费用,具有投资少、占地面积较小、运行费用低等优点,符合中小型锅炉烟气脱硫工艺选择的“技术成熟、经济合理、工程可行’”三统一原则,因此本方案采用双碱法脱硫工艺。
4.2吸收设备的选择
SO2吸收净化过程,处理的是低浓度SO2烟气,烟气量相当可观,要求瞬间内连续不断地高效净化烟气,脱硫吸收器的选择原则,主要是看其液气接触条件、设备阻力以及吸收液循环量,因此选用气相为连续相、湍流程度高、相界面较大的吸收塔作为脱硫塔比较合适。
通常,喷淋塔、填料塔、板式塔、文丘里吸收塔等能满足这些要求。
吸收设备中,喷淋塔液气比高,水消耗量大;筛板塔阻力较大,防堵性能差;填料塔防堵性能差,易结垢、黏结、堵塞,阻力也较大;湍球塔气液接触面积虽然较大,但易结垢堵塞,阻力较大;文丘里阻力大。
相比之下,旋流板塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点,适用于快速吸收过程,且除尘脱硫效率高。
因此,选用旋流板塔脱硫除尘器。
4.3工艺原理
(1)吸收反应
洗涤过程的主要反应式:
+
+
→2
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。
2
+
→
+
+
→
+
在洗涤液中还含有
系烟气中的
与亚硫酸钠反应而生成。
2
+
→2
(2)再生反应
用石灰浆料进行再生时:
+
+
→2
+
↓
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
+
→
+
+
+1/2
(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
+2
加酸后,PH下降到2―3,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。
(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。
+
→
4.4脱硫系统工艺流程
4.5工艺组成
脱硫剂制备系统
脱硫剂制备系统主要包括:
石灰消化池、钠碱罐、搅拌器及相应的阀门、管道及管件等。
由成品石灰(粒径小于10mm(90%)的粉状石灰)运至厂里后手工加入石灰消化池进行消化,消化后的石灰浆液自流至再生池中进行脱硫液再生反应。
烟气系统
热烟气自锅炉出来后进入吸收塔,向上流动穿过喷淋层,在此烟气被冷却到饱和温度,烟气中的SO2等污染物被脱硫液吸收。
经过喷淋洗涤后的饱和烟气,经除雾器除去水雾后,通过烟道经引风机进入烟囱排空。
从锅炉出口至脱硫塔进口段的连接烟道采用A3钢制作,并根据需要设置膨胀节。
SO2吸收系统
在吸收塔内,脱硫液中的氢氧化钠与从烟气中捕获的SO2、SO3等发生化学反应,生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠等物质。
脱硫后的净烟气通过除雾器除去气流中夹带的雾滴后排出吸收塔。
SO2吸收系统主要由脱硫主塔、连接烟道(副塔)、喷淋层、组合式除雾器、预埋件及外部钢结构、冲洗系统组成。
5相关的设计计算
5.1脱硫剂液箱容量与设计
(1)石灰消化池
本设计采用化灰池搅拌器,得含固率为15%的石灰浆液,其密度为1.2t/m3,熟石灰的质量流量为26.46÷56×78=36.86kg/h。
按照《工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范》(HJ462-2009),脱硫剂浆液贮罐的容量宜不小于设计工况下2h的浆液消耗量,所以,熟石灰浆液箱容量为
所以设计V浆液箱为0.5m3。
尺寸:
直径φ=0.85m,高度h=0.86m。
(2)钠碱溶解池
钠碱溶解池的有效容积取1.5m3。
尺寸:
直径φ=1.23m,高度h=1.24m。
5.2增压风机
30t/h锅炉相当于24.5MW机组容量,参考HJ/T179-2005经验,机组容量在300MW以下,脱硫增压风机可选用高效离心风机,增压风机的风量为满负30t/h荷工况下烟气量的110%,增压风机的压头为脱硫装置在满负荷工况下并考虑10℃温度裕量下阻力的120%。
所以增压风机的风量为
正常状态下,烟气动过烟气管道、进口挡板、脱硫塔喷淋层、除雾板、烟气管道、出口挡板,整个系统压降为△P=△P管道+△P挡板+△P喷淋+△P除雾
△P管道约为210Pa
△P挡板约为2×5=10Pa
△P喷淋约为85Pa
△P除雾约为15Pa
所以△P=210+10+85+15=320Pa
5.3SO2吸收系统
5.3.1塔径及底面积计算
塔内流速:
设v=2m/s
底面积
5.3.2脱硫塔高度计算
液气比取L/G=2.1,烟气中水气含量设为4%
1循环水泵流量:
2塔底浆液区的高度:
塔底浆液区取泵5min的流量,则
3计算洗涤反应区高度:
停留时间取2.5秒,则洗涤反应区高度
反应区为二级喷淋,层间距2.2m
④除雾区高度取3.0米,所以,H3=3.0m
第一级除雾器距离最上一层喷淋层距离为1m
第二级除雾器距离第一级除雾器1m
第二级除雾器上端留有1.0m的间隙
⑤进气口烟气管道直径进气口烟气流速不超过15m/s
管道直径:
取管道直径D管道为0.8m所以管道烟气流速为13.4m/s
⑥脱硫塔总高度:
6附图
附图1双碱法烟气脱硫工艺流程图
附图2吸收塔系统
附图3吸收塔平面图
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