大气污染控制工程课程设计 马欢.doc

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- 1 -武昌工学院 大气污染控制工程课程设计 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 -1.4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 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CHSO灰分水分2093965.7%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/m3（9）烟气粘度：2.4100.53g-5 （10）尘粒密度：2250kg/m3（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/0.537.5152535455560粒径分布/320152016106373. 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/m3、二氧化硫排放浓度：900mg/m3。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 需煤量设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：在标准状态下的体积为：1.3.2 标准状态下理论烟气量 理论烟气量： 标准状态下理论烟气体积：1.3.3 标准状态下实际烟气量 实际烟气量： 标准状态下的体积：1.3.4 标准状态下烟气含尘浓度SO2的浓度：C= 在473K下时SO2的浓度: 在473K下实际烟气体积：在473K下时产生的总烟气量：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70-80%)、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。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。其主要化学反应反应式如下：吸收：再生： （4）石灰乳作为吸收剂脱硫: 脱硫产物是硫酸钙（石膏），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1.4.4 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150,吸收后生成的进入储罐投加固体浓缩缓冲。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。1.4.6 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+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。 +2 工艺计算2.1 设备计算锅炉烟气性质：锅炉烟气体积,含,用烟道气近似计算。 2.1.1 冷却塔冷却塔中水的相变过程：200(汽）100 (汽）100 (水）60 (水）（1）总放热量 Q= 其中:锅炉烟气的平均比热容/();(/() -焚锅炉烟气的温度差；（ ）(2) 冷却水消耗量 其中：Cp2-水的比热容，；（） -冷却水的温度差，；（ t2=45-10=35） -水的密度,kg/m3;(=1000)（3）塔径其中：v-气体体积流量，;（) -空塔气速，m/s;（空塔气速一般为0.5-1.2m/s,取=1.2m/s)塔截面积将塔截面积放大1.1倍，即： 塔径为：D=（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 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： 群座高为 =1m,则吸收塔高为 2.1.2 吸收塔(1)溶液用量锅炉烟气中二氧化硫的含量为：尾气急冷过程中被吸收掉0.7%.则进塔气体中含量为： 设吸收塔中的去除率为96%，即去除量为： 排除气体中含量为： 由反应方程式： + + 可知吸收64kg需 106kg ，则用量为： ，设用溶液的浓C为200,质量分数为30%，则用量为： 取安全系数1.5，则Na2CO3溶液实际用量为 （2）塔径气体体积流量 其中 ： 锅炉烟气出口每小时排除烟气质量，kg/h;(=5t/h) 60时烟气密度，;(=1.4393)60时烟气密度=1.4393,常温时碳酸钠溶液：密度=1200, 黏度=2.3溶液密度与水的密度比为： =0.8进塔气体质量流量=5t/h进塔碳酸钠溶液质量流量WL= 331.2kg/h查图得 p=0.008,液泛气速=0.55m/s其中： 气体体积流量，m3/s; U 空塔气速,m/s;塔截面积为：比例因子取1.2， 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： 气相流速为： 传质单元高度 其中 总传质系数，； =4.10 传质单元数进塔气体的摩尔流量为： 进塔气体中的二氧化硫的摩尔流量为： 塔气体的摩尔流量为：出塔气体中二氧化硫的摩尔流量为：其中： _传质系数；（4）填料层高度 分一层，层高度0.497m（5）总塔高 其中：填料层高度，m：h=0.5m; 分离与分布区高，m; =3.2m; 裙座高度，m; =3.5m;3 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10m120m3/h6.79kw9.5kw782900r/min94kg65mm3.2 循环水泵其作用是将冷却水从集水池提升到冷却塔，于地面安装