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1、环境工程综合实验课程设计 专 业: 环境工程姓 名: 学 号: 目 录1 课程设计题目32 设计依据32.1 技术标准及依据32.2 设计参数及参数范围32.3 设计原则及设计目标43 污染源强分析43.1 污染物浓度的计算43.2烟气中SO2的浓度计算63.3烟气SO2排放量的计算74 工艺设计74.1 工艺选择74.2吸收设备的选择84.3 工艺原理84.4 脱硫系统工艺流程94.5 工艺组成95 相关的设计计算105.1 脱硫剂液箱容量与设计105.2 增压风机105.3 SO2吸收系统115.3.1 塔径及底面积计算115.3.2 脱硫塔高度计算116 附图12附图1 双碱法烟气脱硫工
2、艺流程图12附图2 吸收塔系统13附图3 吸收塔平面图131 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（HJ4622009）（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：30 t/h 锅炉一台烟气排放量：19000m3/h燃料种类：无烟煤燃
3、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（HJ 4622009），故有:液气比（G/L）为2钙硫比（Ca/S）为1.1净化效率不小于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
4、SO2排放浓度应小于300 mg/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（GB30951996）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/molC 649.572 54.131 54.131H 25.308 12.654(分子) 6.327O 14.06 0.879 -0.4395N 6.327 0.226 (分子) S 7.733 0.242 0.242H0 75
5、4.17 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 =288.0452 mol/kg （燃煤）即标况下288.0452m3N /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 CO2 54.131mol/kg ；H2O 12.654+4.17=16.824 mol/kg;N60.26053.78+0.226=228
6、.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 = 6.325 m3N /kg （燃煤）理论湿烟气量为：（282.383+16.824）mol/kg=299.207mol/kg（燃煤）299.207m3N /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
7、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（kgh）；Q低：煤的低位发热量（kcal/kg） ：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/kg i1：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 /kg3.2烟气中SO2的浓度计算(1) SO2产污系数及其质量流量 二
8、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/hK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/hq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
9、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/ 实测的过量空气系数 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（HJ 4622009）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
10、;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
11、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
12、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
13、其转变为石膏来去除。 +2+32+2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。（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
14、，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
15、为1.2 t/ m3， 熟石灰的质量流量为26.465678=36.86kg/h。按照工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范（HJ 4622009），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 =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 =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/ T 179-2005 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
16、 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25=10Pa P 喷淋约为85 Pa P 除雾约为15 Pa 所以P=210+10+85+15=320Pa 5.3 SO2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% 循环水泵流量： 塔底浆液区的高度：塔底浆液区取泵5min 的流量，则 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 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 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0.8 m 所以管道烟气流速为13.4 m/s 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
