某燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统设计毕业设计论文

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1）设计（论文）

2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 3）其它

目 录

一、引言 .............................................................. 1

1.1 烟气除尘脱硫的意义............................................ 1 1.2 设计目的 ....................................................... 1 1.3 设计任务及内容 ................................................ 1 1.4 设计资料 ....................................................... 2

二、工艺方案的确定及说明 .......................................... 3

2.1 工艺流程图 ..................................................... 3 2.2 基础资料的物料衡算 ............................................ 3 2.3 工艺方案的初步选择与确定 ..................................... 5 2.4 整体工艺方案说明 .............................................. 5

三、主要处理单元的设计计算 ........................................ 6

3.1 除尘器的选择和设计 ........................................... 6 3.1.1 除尘器的选择 ................................................. 6 3.1.2 袋式除尘器滤料的选择 ......................................... 7 3.1.3 选择清灰方式 ................................................. 9 3.1.4 袋式除尘器型号的选择 ........................................ 10 3.2 脱硫设备设计 .................................................. 11 3.2.1常见的烟气脱硫工艺 ........................................... 11 3.2.2 比对脱硫技术 ................................................ 12 3.2.3 脱硫技术的选择 .............................................. 14 3.3 湿法脱硫简介和设计 ........................................... 14 3.3.1 基本脱硫原理 ................................................ 14 3.3.2 脱硫工艺流程 ................................................ 15

3.3.3 脱硫影响因素 ................................................ 15 3.4 脱硫中喷淋塔的计算 ........................................... 16 3.4.1 塔内流量计算 ................................................ 16 3.4.2 喷淋塔径计算 ................................................ 16 3.4.3 喷淋塔高计算 ................................................ 17 3.4.4 氧化钙的用量 ................................................ 18 3.5 烟囱设计 ..................................................... 19 3.5.1 烟囱高度计算 ................................................ 19 3.5.2 烟囱直径计算 ................................................ 19 3.5.3 烟囱内温度降 ................................................ 20 3.5.4 烟囱抽力计算 ................................................ 20

四、官网的设置 ...................................................... 21

4.1 管道布置原则 ................................................ 21 4.2 管道管径计算 ................................................. 21 4.3 系统阻力计算 ................................................. 22

五、风机和电动机的计算 ............................................ 23

5.1 风机风量计算 ................................................. 23 5.2风机风压计算 ................................................. 23 5.3 电机功率计算 ................................................. 25

六、总结 ............................................................. 26 七、主要参考文献 ................................................... 27

一、引言

1.1烟气除尘脱硫的意义

目前，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。而大气污染可以说主要是人类活动造成的，大气污染对人体的舒适、健康的危害包括对人体的正常生活和生理的影响。我国随着经济的快速发展，因燃煤排放的二氧化硫、颗粒物等有毒有害的污染物质急剧增多。由于我国部分地区燃用高硫煤，燃煤设备未能采取脱硫措施，致使二氧化硫排放量不断增加，造成严重的环境污染甚至已经直接影响到人们的身体健康。因而已经到了我们不得不面对的时候，这里我们将用科学的态度去面对去防治。

该燃煤锅炉烟气的污染物主要是颗粒污染物和二氧化硫，且排放量比较大，所以必须通过有效的措施来进行处理，以免污染空气，影响人们的健康生活。通过设计合适的除尘脱硫系统对烟气进行处理，从而尽量使排放的烟气污染物浓度达标，而不至于污染环境和危害人体健康。

1.2设计目的

通过本课程设计的综合训练，使环境工程专业学生掌握《大气污染控制工程》课程所要求的基本设计方法，具备初步的大气污染控制工程方案及设备的独立设计能力，锻炼学生查阅和收集专业资料和设计手册的技能，培养学生综合运用所学的理论知识独立分析和解决大气污染控制工程实际问题的实践能力。

1.3 设计任务及内容

A. 设计题目

某燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统设计

B. 设计任务及要求

1. 基本物料衡算：计算燃煤锅炉排烟量、烟尘浓度、二氧化硫浓度及净化效率的计算；

2. 净化系统工艺方案的确定； 3. 主要设备尺寸的计算；

4. 官网布置及计算：确定各装置的位置及管道的布置，并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径及系统总阻力。

1

5. 风机及电机的选择设计：根据净化系统处理的烟气量、烟气温度及系统总阻力等的计算，选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。

6. 编写设计说明书，用CAD完成设计图纸2份（A3），需做一份系统立面图和一份主要设备尺寸图。

1.4 设计资料

第3组资料：

1、锅炉耗煤及排烟情况

锅炉型号：SZL10-1.6型（共3台） 燃煤量：1540 kg/h（台） 蒸发量：10 t/h（台） 烟气出口处离地面2.5m 排烟温度：150 ℃

烟气密度（标态）：1.3 kg/m3 空气过剩系数：1.36

飞灰占煤中不燃分分比例：18% 2、煤质分析

CY=68%，HY=4%，OY=5%，NY=1%， SY=1%，AY=15%，WY=6% 3、粉尘粒径分布

表1-1 第三组粒径分布

粒径（μm） 含量（%）

15~25 3.6

8~15 4.8

5~8 59.2

表1-2 粉尘比电阻

3~5 27.1

1~3 4.2

≤1 1.1

温度℃ 比电阻Ω•cm 4、气象资料

15 3×107

100 8×107

200 1.5×107

300 3.5×107

当地气象资料显示：该地区年平均气压98 kPa；空气中含水（标态）：0.016 kg/m3；年平均气温18.6 ℃；极端最高气温39.9 ℃；极端最低气温-1.9 ℃。

2

二、工艺方案的确定及说明

2.1 工艺流程图

烟囱 排放 引风机 袋式除尘器 旋流板 脱硫塔 pH控制器 碱液箱 循环沉淀池 锅炉烟气 图2-1 烟气处理工艺流程图

循环泵

2.2 基础资料的物料衡算

1. 理论空气量

4.761.867CY5.56HY0.7SY0.7OY (m3N/kg) （2-1） Qa =6.9684(m3N/kg)

2. 理论烟气量（设空气含湿量0.016 kg/m3）

1.867(CY0.375SY)11.2HY1.24WY0.016Qa0.79Qa0.8NYQs（m3N/kg）

=7.4234（m3N/kg） （2-2） 式中：

Qa—理论空气量（m3N/kg）

3. 实际烟气量

1.016(1)QaQsQs （m3N/kg） （2-3）

= 10.1138（m3N/kg） 式中： —1.38。

Qs—理论烟气量（m3N/kg） Q a—理论空气量（m3/kg）

N

4. 烟气流量

QQs设计耗煤量 （2-4）

29164.335（m3N/h） 8.1012（m3N/s）

式中：Q—m3N/h计

Qs—实际烟气量（m3N/kg）

设计耗煤量—950 3kg/h

3

5. 工况下总烟气量

Q'QT'(m3/h) (2-5) T46256.9885(m3/h)式中：

Q——标准状况下的烟气流量，m3/h；

T——工况下烟气温度，K； T——标准状态下的温度，273K。 6 烟气含尘浓度：

YCdshA0.180.15182.6702103(mg/m3N) 式中：dQs29164.335sh—18%；

AY—15.18%；

Qs—29164.335（mg/m3N）。 7. 烟气中二氧化硫浓度的计算：

YC2SSO2Q106 3.9480103（mg/m3N） S式中：SY — 2.02%。

QS—燃煤产生的实际烟气量（m3N/kg） 8. 除尘效率计算:

1CsC 92.51% 式中：C—烟气含尘浓度，mg/m3N；

Cs—锅炉烟尘排放标准中规定值，200mg/m3N。 9. 脱硫效率计算

1C'so2Cso77.20% 2式中：C´SO2——标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中规定值，900mg/m3。CsSO2——标准状态下二氧化硫浓度，3.9480103mg/m3；

表2-1 计算所得数据表

序号 项目 计算所得 序号 项目 计算所得 4

2-6）2-7）(2-8) (2-9) （

（

1 理论空气量 6.9855(m7.5290(m3N/kg) 6 烟气含尘浓度 烟气中二氧化硫浓度 2.6702103(mg/m3N) 3.9480103(mg/m 33

N2 理论烟气量 N/kg) 7 )

3 实际烟气量 4 烟气流量 5 工况下总烟气量 10.2331(m3N/kg) 8 除尘效率 92.51% 77.20% 29164.335(m3N/h) 9 脱硫效率 46256.9885(m3/h)

2.3 工艺方案的初步选择与确定

根据所查资料，初步选定袋式除尘器作为除尘装置，选定石灰石/石灰-石膏法进行烟

气的脱硫。如图1.所示，对于锅炉排出的烟气，首先结果袋式除尘器组进行粉尘的捕集，接着进行脱硫，通过引风机作用，使达标烟气通过烟囱排放入大气中。

2.4整体工艺方案说明

图2-1 工艺方案简图

烟囱锅炉房锅炉烟气除尘器引风机热交换增压风机器吸收塔空气氧化风机除雾器洗涤水槽水水回收石膏洗涤水废水飞灰石灰石混合槽水力旋流器过滤器石膏

图2-2 烟气处理系统流

本组资料中，燃煤锅炉为三台。设置除尘器A1、A2、A3、A4为第一除尘器组，B1B2B3B4

5

为第二除尘器组，锅炉烟气通过管道以及引风机作用下，进入第一除尘器组，此时第二除尘器组处于待命状态；当第一组需要除尘时，关闭一组进行机械振动清灰，开启二组进行烟尘捕集。通过这样的捕集与清灰方式，可以使整个除尘系统保持连续运作，并且每组除尘器组的过滤面积都为440m2，完全满足锅炉的烟气所需的过滤面积386m2，且每组除尘器组都具有冗余作用。粉尘捕集后的气体进入脱硫塔，以湿式石灰石/石灰－石膏法进行脱硫处理。处理后的达标烟气通过风机的作用从烟囱排放入大气中。

三、主要处理单元的设计计算

3.1 除尘器的选择和设计

3.1.1除尘器的选择

表3-1 该锅炉粉尘粒径分布

粒径（μm） 含量（%）

15~25 3.6

8~15 4.8

5~8 49.2

3~5 37.1

1~3 4.2

≤1 1.1

表3-2 除尘设备的分类及基本性能

除尘器名称 重力沉降室 旋风除尘器 文丘里洗涤器 电除尘器 袋式除尘器

适用的粒径范围/μm 效率/%

＞50 5～30 0.5～1 0.5～1 0.5～1

阻力/Pa 设备费 运行费 少 少 少 多 中上

少 中 多 中上 多

＜50 50～130 60～70 800～1500 90～98 90～98

4000～10000 50～130

95～99 1000～1500

表3-3 效率较高的除尘器对不同粒径粉尘的除尘效率

除尘器名称 长椎体旋风除尘器

电除尘器 文丘里洗涤器

袋式除尘器

总效率% 84.2 97.0 99.5 99.7

不同粒径（μm）所对应的分级效率/% 0~5

40 90 99 99.5

5~10 79 94.5 99.5 100

10~20 92 97 100 100

10~44 99.5 99.5 100 100

＞44 100 100 100 100

首先根据除尘效率(92.51%)以及粒径范围（1~25μm），满足要求的的除尘器有：文丘

6

里洗涤器、电除尘器以及袋式除尘器。对于文丘里洗涤器，由于工况下烟气流量为

4.299m3/s3，气流量较大，阻力大，易形成堵塞，且产生酸性废气，不考虑使用。

电除尘器的优缺、点:

 除尘效率符合该锅炉，且使用寿命长，运行费低于袋式除尘器。

 电除尘的电场风速基本控制在≤0.8m/s~≤1.2m/s之间，过低设备体积相应增大，过

高排放浓度不达标。

 由于工况下烟气流量达到29164.335（m3N/h）,阻碍了电除尘的设计与使用。  并且电除尘器初投入成本也较高，虽然寿命长，但出现破损和故障，并不便于设备维

护，

袋式除尘器优、缺点：

 除尘效率高，可捕集粒径大于0.3微米的细小粉尘，除尘效率可达99%以上。  使用灵活，处理风量可由每小时数百立方米到每小时数十万立方米，可以直接设于室

内，作为机床附近的小型机组，也可作成大型的除尘室，即“袋房”。  结构比较简单，运行比较稳定，初投资较电除尘器少,维护方便  布袋除尘器相比于电除尘器在运行阻力上的优势，但设备造价较高。 综上，选取袋式除尘器作为该燃煤锅炉的粉尘处理器。 3.1.2 袋式除尘器滤料的选择

滤料是组成袋式除尘器的核心部分，其性能对袋式除尘器操作有很大影响。选择滤料是必须考虑含尘气体的特征，如颗粒和气体性质（温度、湿度、粒度和含尘浓度等）。性能良好的滤料应容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低、使用寿命长，同时具备耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。

表3-4各种纤维的主要性错误!未找到引用源。

耐

抗拉张度，MPa

干态

天然

湿态

最高

长期

使用温度，℃

断裂延伸%

磨性

耐酸性

耐碱性

可燃性

能 能

3～7 25～35

较好 较

差 较

能 能 较

可

棉 3.0～4.9 1.0～1.7

3.3～6.4 0.8～1.6

95 100

75～85 80～90

7

好 燃 差 可

纤羊毛

维

蚕丝

3.4～4.0

2.1～2.8

90

70～80

15～25

好 好 较

较

差 较

燃 可燃 可

好 好 良好 良

差 较

锦纶 4.5～6.4 3.7～6.4 120 75～85 25～60

好 燃 较

可

涤纶 4.3～6.5 6.3～6.5 150 130 20～50

好 好 较

较

好 燃 较

可

腈纶 2.5～5.0 2.0～4.5 150 110～130 25～50

好 好 良

较

好 燃 良

可

维纶 4.0～9.0 3.2～7.9 180 115 9～26

好 好 较

良

好 燃 良

可

丙纶 化学纤维

氯纶

4.5～7.5 4.5～7.5 100 85～95 25～60

好 好 较

良

好 燃 良好

不可燃 不可燃 不差 可

燃 不差 可

燃

2.5～4.0 2.5～4.0 80～90 65～70 20～70

好 好

聚四氟乙烯纤维 黏胶纤维

较好

1.2～1.8

1.2～1.8

\\

-180～250

15～33

较

良

良好

好 好

2.5～3.1 1.4～2.0 \\ <260 16～22 差

玻璃纤维

6.0～7.3 3.9～4.7 315 250 3～4 差

较好

当地气象资料：该地区年平均气压98 kPa；空气中含水（标态）：0.015 kg/m3；年平均气温18.6 ℃；极端最高气温39.9 ℃；极端最低气温-1.9 ℃。

据以上表格以及气象资料，聚四氟乙烯纤维材料的耐磨性能、耐酸、碱性能以及使用

8

温度，符合该燃煤锅炉的使用条件，所以选用聚四氟乙烯纤维材料作为布袋滤料。 3.1.3选择清灰方式

清灰是袋式除尘器能否长期持续工作的决定因素，它的基本要求是从滤袋上迅速而均匀地剥落沉积的粉尘，同时又能保持一定的一次粉尘层，不损失滤袋。

表3-5 袋式除尘器的使用比对表

粉尘种类 纤维种类 清灰方式

过滤气速/（m˙min）

-1

粉尘比阻力系数[N˙min˙（g˙m）] 1.17～2.51

-1

飞灰（煤） 水泥 铜 炭黑 飞灰（焚烧）

石膏 氧化铁 石灰窟 氧化铅 烧结尘

玻璃、聚四氯乙烯 玻璃、丙烯酸系聚酯 玻璃、丙烯酸系 玻璃、诺梅克斯、丙烯酸系、聚四氯乙烯

玻璃 棉、丙烯酸系 诺梅克斯 玻璃 聚酯 玻璃

逆气流脉冲 喷吹机械振动 机械振动 机械振动逆气流 逆气流机械振动

逆气流 机械振动

逆气流 逆气流、机械振动

逆气流

0.58～1.8

0.46～0.64 2.00～11.69 0.18～0.82 2.51～10.86 0.34～0.49 0.76 0.76 0.64 0.70 0.30 0.70

3.67～9.35 30.00 1.05～3.16 20.17 1.50 9.50 2.08

滤料特性除与纤维本身的性质有关外，还与滤料表面结构有很大关系。表面光滑的滤料容尘量小、清灰方便，适用于含尘浓度低，黏性大的粉尘，采用的过滤速度不宜过高。表面起毛的滤料容尘量大，粉尘能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但必须及时清灰。

对于袋式除尘器对袋式除尘器效果影响较大的清灰方式：

1、机械振动：一般采用电动自动进行。对其布袋可以使之垂直方向振动，也可以在水平方向振动。振动的部位可以在上部、下部、中部，选取在哪个部位取决于除尘器的结构。机械振动结构非常简单，只装上附着式振动器便可，是最经济的一种清灰方式。

2、脉冲喷吹：使用范围有限，只能应用于外滤式除尘器。

9

3、逆向气流反吹或反洗清灰：

参照资料，综合考虑了含尘气体的温度、湿度、酸碱性，粉尘粒径，黏性、弹落灰尘的难易程度以及经济性。采用的清灰方式为：机械振动。这种清灰方式的除尘器结构简单，清灰效果好，经济投入小。 3.1.4 袋式除尘器型号的选择

表3-6 DS/A型袋式除尘器参数

序

项目

号 1 2 3 4 5 6 7

DS/A-5×3 DS/A-6×5 DS/A-7×6 DS/A-8×7 DS/A-9×8 DS/A-10×9 DS/A-11×10

滤袋数量，

15

条

滤袋有效尺寸，m 总过滤面

15 2

积，m 过滤风速，m/min

处理风量，

1800~2700

m3

阻力损失，mmH2O 除尘效率，%

30

42

56 Φ0.16×2

30

42

56 2~3

120~150 99.5

72

90

110

72

90

110

型号

 工艺中袋式除尘器中滤料面积的计算

Aqv(m2)385.4749(m2) (3-1)

60vFqv—欲处理的烟气量(工况下总烟气量)，m3/h

vF—机械振动清灰：vF1.0~2.0m/min，选取2.0m/min.

通过计算，除尘器的过滤面积必须等于对于386m2 。根据表3-6，选取八台DS/A-11×10型号的袋式除尘器，其中四台串联作为第一除尘器组（A1A2A3A4），总除尘面积可达440m2 ；与第二除尘器组（B1B2B3B4）并联成另外一组，可用于除尘和清灰交替使用，且两组都有足够的过滤面积起冗余作用。

表3-7 DS/A-11×10型袋式除尘器

10

全压Pa=1000N/m

风机的 转速功率

机号

r/min kW No8

1120

11

2

型号

袋数，每袋过滤

2

个 面积，m 110

1

过滤风

总过滤2

m速，2

面积，m

m/min 110

3

处理风

3

量，m/h 19800

全压Pa=1500N/m

风机的 转速功率

机号

r/min kW No8

1250

15

2

DS/A-11×10

根据以上参考材料，可得出DS/A-10×9型袋式除尘器的相关参数如下表，

表3-8 DS/A-10×9型袋式除尘器参数

除尘器型号

滤袋规格 滤袋材质 处理风量 滤袋数量

Ф0.16×2m 聚四氟乙烯纤维材料

19800m3/h 110个

DS/A-10×9型袋式除尘器

滤袋总过滤面积 过滤风速 清灰方式 设计除尘效率

110m2 3m/min 机械振动 99.9%

3.2 脱硫设备设计

3.2.1常见的烟气脱硫工艺

脱硫技术是将煤中的硫元素用钙基等方法固定成为固体防止燃烧时生成SO2。 燃烧后的烟气脱硫工艺常见的有以下几种：

1.石膏脱硫法

石膏脱硫法的工作原理是：将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。）由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%。

2.氨水洗涤法脱硫工艺

该脱硫工艺以氨水为吸收剂，副产硫酸铵化肥。锅炉排出的烟气经换热器冷却至90~100℃，进入预洗涤器经洗涤后除去HCI和HF，洗涤后的烟气经过液滴分离器除去水滴进入前置洗涤器中。在前置洗涤器中，氨水自塔顶喷淋洗涤烟气，烟气中的SO2被洗涤吸收除去，经洗涤的烟气排出后经液滴分离器除去携带的水滴，进入脱硫洗涤器。在该洗

11

涤器中烟气进一步被洗涤，经洗涤塔顶的除雾器除去雾滴，进入脱硫洗涤器。再经烟气换热器加热后经烟囱排放。 3.烟气循环流化床脱硫工艺

烟气循环流化床脱硫工艺由吸收剂制备、吸收塔、脱硫灰再循环、除尘 石灰 石膏法脱硫工艺流程器及控制系统等部分组成。该工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂，或者其它对二氧化硫有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。

由锅炉排出的烟气从吸收塔（即流化床）底部进入。（吸收塔底部为一个文丘里装置，烟气流经文丘里管后速度加快，并在此与很细的吸收剂粉末互相混合，颗粒之间、气体与颗粒之间剧烈摩擦，形成流化床，）。在喷入均匀水雾降低烟温的条件下，吸收剂与烟气中的二氧化硫反应生成CaSO３ 和CaSO４。脱硫后携带大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出，进入再循环除尘器，被分离出来的颗粒经中间灰仓返回吸收塔，由于固体颗粒反复循环达百次之多，故吸收剂利用率较高。

此工艺所产生的副产物呈干粉状，主要由飞灰、CaSO3、CaSO4和未反应完的吸收剂Ca(OH)2等组成，适合作废矿井回填、道路基础等。

典型的烟气循环流化床脱硫工艺，当燃煤含硫量为2%左右，钙硫比不大于1.3时，脱硫率可达90%以上，排烟温度约70℃。此工艺在国外目前应用在10~20万千瓦等级机组。由于其占地面积少，投资较省，尤其适合于老机组烟气脱硫。 3.2.2比对脱硫技术

SO2的控制技术可分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃炔的脱硫（亦称为烟气脱硫）三种。由于烟气中的硫以SO2形态存在，脱除较易，烟气脱硫（FGD)是目前应用最广泛、效率最高的脱硫技术，也是控制SO2排放的主要手段。

本课程设计中含硫烟气为低浓度SO2烟气，由于其烟气量大，直接选择采用烟气脱硫工艺进行净化。

根据脱硫过程是否加入液体和脱硫产物的干湿形态可将烟气脱硫方法分为湿法、半干法、干法。湿法脱硫里应用溶液或浆液吸收SO2，其直接产物也是溶液或浆液，具有工艺成熟，脱硫效率高、操作简单等优点，但脱硫液处理较麻烦，容易造成二次污染，且脱硫后烟气的温度较低，不利于扩散。干法烟气脱硫过程无液体介入，完全在干燥状态下进行，且脱硫产物也为干粉状，因而工艺简单投资较低，净化后温度降低很少，利于扩散，且无废水排出，但净化效率一般不高。半干法里用雾化的脱硫剂或浆液脱硫。但在脱硫过程中，

12

雾滴被蒸发干燥，直接产物是干态粉末，具有干法和湿法脱硫优点。

表3-9 一些烟气脱硫方法介绍

原

方法分类

理

石灰石/石灰直接喷射法 炉内喷钙-炉厚活化法

喷雾干燥法

Ca(OH)2

石灰石/石灰法

CaCO3

增湿灰循环脱硫法 湿式石灰石/石灰-石膏法

石灰-亚硫酸钙法

氨-酸法

(NH4)2SO3

氨法

吸 收

Na2SO3(NaOH、Na2CO3)

钠碱法

钠盐-酸分解法

海水中CO3、HCO3等

海水脱硫

碱性物质

间接石灰石/石

灰法

Na2SO3或NaOH Al2(SO4)3·Al2O3

MgO

金属氧化物法

ZnO MnO 活性炭

吸

活性炭吸附法 附

活性炭(NH4)2HPO4

磷铵肥法

湿法

合、氧化 萃取、氨综

磷铵复肥

双碱法 碱性硫酸铝-石膏法

氧化镁法 氧化锌法 氧化锰法 活性炭制酸法

湿法 湿法 湿法 湿法 湿法 湿法

再生 石灰中和 石灰中和 加热分解 加热分解 电解 水洗

稀硫酸 石膏 石膏 浓SO2 浓SO2、氧化锌

金属锰

海水脱硫法

湿法

排入大海

－

2--

干湿

脱硫剂

脱硫方法

状态 干法 半干法 半干法 半干法 半干法 湿法 湿法 湿法 湿法 湿法 湿法 湿法 湿法 湿法

脱硫产物

终产品

处理 － 抛弃或利用 抛弃或利用 抛弃或利用 抛弃或利用

氧化 加工产品 酸化分解 氨中和 氧化 酸分解、制酸 热再生 碱综合 酸化分解

－ 脱硫灰 脱硫灰 脱硫灰 脱硫灰 石膏 亚硫酸钙 浓SO2、化肥 亚硫酸铵 硫酸铵 化肥、硫酸 浓SO2 亚硫酸钠 浓SO2、冰晶石

循环流化床脱硫法

氨-亚氨法 氨-硫氨法

NH3·H2O 新氨法 亚硫酸钠循环法 亚硫酸钠法

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O2及钒催化剂

催化氧化法

氧化

高能电子氧化法

等离子体

脉冲电晕等离子

干法

氨中和

硫铵

稀H2SO4及Fe催化剂

自由基

3+

干式氧化法 液相氧化法 电子束照射法

干法 湿法 干法

浓H2SO4吸收 石灰中和 氨中和

硫酸 石膏 硫铵

3.2.3脱硫技术的选择

我国由于地域辽阔，各地经济条件，燃煤煤质、脱硫剂来源、环保要求等不尽相同，结合相关材料，该锅炉脱硫技术的选用应考虑以下主要原则：

A.技术成熟、运行可靠，至少在国外已有商业化先例，并有较多的应用业绩。 B.脱硫后烟气中的SO2达到(GB13271-2001)中二类标准。

C.脱硫设施的投资和运行费用适中，一般应低于电厂主体工程总投资的15%以下，烟气脱硫后发电成本增加不超过0.03元/（KW·h）

D.脱硫剂供应有保障，占地面积小，脱硫产物可回收利用或卫生处理处置。 E.通过之前对基础资料的物料衡算，该燃煤锅炉的脱硫效率应达到77.20%。 综合以上的分析和要求，我们组最终决定选用石灰石/石灰－石膏法作为该锅炉的脱硫工艺。采用该工艺的优势如下：

A. 首先石灰石/石灰－石膏法开发较早，工艺成熟，Ca/S比较低，且在国外应用广泛。（美国脱硫工艺80%是石灰石/石膏法，德国有90%，日本也有75%以上）

B. 从表3-9中看出，燃煤发电机组大多数选用湿法石灰石/石膏FGD技术。而且吸收塔中，以喷淋空塔为主。

C. 该工艺在我国有先例：上海闸北电厂曾进行过工业试验，重庆珞璜电厂中FGD占电厂总投资11.5%。

3.3 湿法脱硫简介和设计

3.3.1 基本脱硫原理

石灰石/石灰石膏法是采用石灰石或石灰浆液脱出烟气中SO2并副产石膏的脱硫方法。该法开发较早，工艺成熟，Ca/S比较低，操作简便，吸附剂价廉易得，所得石膏副产品可做为轻质建筑材料。因此，这种工艺应用广泛。上海闸北电厂曾进行过工业实验，重庆珞璜电厂从日本三菱重工公司引进了配套2×360MW机组的石灰石-石膏法脱硫装置。 该脱硫过程以石灰石或石灰浆液为吸收剂吸收烟气中SO2，主要分为吸收和氧化两个

14

步骤。首先生成亚硫酸钙，然后亚硫酸钙再被氧化为硫酸钙，整个过程发生的主要反应如下： ①吸收

CaO+H2O→Ca(OH)2

Ca(OH)2+SO2→CaSO3·1/2H2O+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↑

吸收塔内由于氧化副反应生成溶解度很低的石膏，很容易在吸收塔内沉积下来造成结垢和堵塞。溶液pH值愈低，氧化副反应愈容易进行。 3.3.2 脱硫工艺流程

并流式石灰石/石灰-石膏法工艺流程。锅炉烟气经除尘、冷却后送入吸收塔，吸收塔内用配置好的石灰石或石灰浆液洗涤含SO2烟气，经洗涤净化的烟气经除雾和再热后排放。石灰浆液在吸收SO2后，成为含有亚硫酸和亚硫酸氢钙的混合液，在母液槽中用硫酸将其混合液的pH值调整为4～4.5，用泵送入氧化塔，在氧化塔内60～80。C下被4.9×105Pa的压缩空气氧化。生成的石膏经增稠器使其沉积，上清液返回吸收循环系统，石膏浆经离心机分立得到石膏。

该工艺的主要设备为吸收塔和氧化塔；

①吸收塔 吸收塔是整个工艺的核心设备，其性能对SO2的去除率有很大影响，从技术和经济两方面进行权衡，选择喷淋塔为吸收塔；

②氧化塔 为了加快氧化速度，做为氧化用的空气进入塔内必须分散成微细的气泡，以增大气液的接触面积。 3.3.3 脱硫影响因素

①浆液的PH值 吸收塔洗涤浆液中pH值的高低直接影响SO2 的吸收率及设备的结垢、腐蚀程度等, 而且脱硫过程的pH值是在一定范围内变化的。长期的研究和工程实践表明,湿法烟气脱硫的工艺系统采用的石灰石浆液的PH值控制在5.8～6.2，石灰石浆液PH一

15

般控制在7左右；

②液气比 液气比对吸收推动力、吸收设备的持液量有影响。增大液气比对吸收起促进作用，但大气液比对设备要求高且费用高，实际中要视情况而定。本系统采用15L/m3；

③石灰石的粒度 一般来说，粒度减小，脱硫率及石灰石利用率高。为了保证脱硫石膏的综合利用及减少废水的排放量，用于脱硫的石灰石中CaCO3的含量宜高于90%；

④吸收温度 低洗涤温度有利于SO2 的吸收。所以要求整个浆液洗涤过程中的烟气温度都在100℃以下。100℃左右的原烟气进入吸收塔后, 经过多级喷淋层的洗涤降温, 到吸收塔出口时温度一般为(45～70)℃；

⑤烟气流速选用3.5m/s；

⑥结垢，这是该石灰石/石灰-石膏法脱硫工艺的组要缺点。除吸收塔满足高持液量、有较大的气液接触面积等外，可在吸收液中添加镁离子、氯化钙、己二酸等。

3.4 脱硫中喷淋塔的计算

3.4.1 塔内流量计算

假设喷淋塔内平均温度为50℃，压力为120KPa，则喷淋塔内烟气流量为：

QVQs273t101.324(1k)273Pa （3-2）

式中：

QV3ms； ——喷淋塔内烟气流量，

3ms； QS——标况下烟气流量，

k——除尘前漏气系数，0～0.1。 代入公式得：

QV13.4783(m3/s)

3.4.2 喷淋塔径计算

依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可选择喷淋塔内烟气流速v3.5m/s，则喷淋塔截面A为：

AQ3.8509(m/s) （3-3） v则塔径d为：

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d取塔径D2500mm 3.4.3 喷淋塔高计算

4A2.2143m （3-4） π 喷淋塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。 (1)吸收区高度

依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得，选择喷淋塔喷气液反应时间t=4s，则喷淋塔的吸收区高度为：

Hvt14(m) （3-5）

(2)除雾区高度

除雾器设计成两段。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最上层(3.4～3.5)m。

则取除雾区高度为：H23.5m （3-6）

(3)浆池高度

浆池容量V1按液气比浆液停留时间t1确定：

V1LQt1G （3-7）

式中：

LG —液气比，取18Lm3； Q—工况下烟气量，m3 t1—浆液停留时间，s；

一般t1为4min~8min，本设计中取值为6min，则浆池容积为：

V169.3855(m3)

h；

17

选取浆池直径等于或大于喷淋塔D0，本设计中选取的浆料池直径为D04m，然后再根据V1计算浆池高度：

h0式中：h0—浆池高度，m； V1—浆池容积，m3； D0—浆池直径，m。

从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.82m。本设计中取为1.5m。 (4)喷淋塔高度 喷淋塔高度为：

H1H2h023.0243m （3-9）

4v15.5243m （3-8） 2D03.4.4 氧化钙的用量

CaOsSO2g2H2OlCaSO32H2Os

因为根据经验一般钙/硫为：1.051.1，此处设计取为1.05则由平衡计算可得1h需消耗CaO的量为：

根据之前的计算脱硫过滤速度3.5m/s，二氧化硫浓度为3.9480g/mN,吸收截面积

AQ3.8509(m/s)。则吸收的SO2速率为 vnMV0.8314(mol/s) （3-10）

tmt即0.831436002993.04(mol/h)

3 1.052993.043142.692(mol/h)

18

3142.69256175.9908(Kg/h)

1000

3.5 烟囱设计

3.5.1烟囱高度计算

首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定确定烟囱的高度。

表3-10 锅炉烟囱高度表

锅炉总额定出力/(t/h) 烟囱最低高度/m

＜1 20

1～2 25

2～6 30

6～10 35

10～20 40

26～35 45

根据设计资料，锅炉型号：SZL6-1.6型（共3台）。代表额定蒸发量6t/h。

（t/h） 锅炉总额定出力：3618，

故选定烟囱高度为40m。（根据表3-10 ） 3.5.2烟囱直径计算

表3-11 烟囱出口烟气流速

通风方式 机械通风 自然通风

A）烟囱出口内径可按下式计算：

运 行 情 况

全负荷时 10~20 6~8

最小负荷 4~5 2．5~3

d20.0188Q(m) （3-11）

Q——通过烟囱的工况总烟气量，m3/h

v——按表三选取的烟囱出口烟气流速，m/s。根据表3-11取20m/s 求得d20.9041m

取整d21000mm B）烟囱底部直径：

19

d1d22iH(m) （3-12）

式中 d2——烟囱出口直径，m；

H——烟囱高度，m；

i——烟囱锥度，通常取 i=0.02～0.03 。

取 i =0.025

d13m

3.5.3烟囱内温度降

t2HA(C)D （3-14）

式中：H-烟囱高度，m；

D-合用统一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h； A-温降系数。可由下表查的，选取A=0.4 D,H参看后面分别取3×6t/h,40m。

t2400.43.771℃

36 表3-12 烟囱降温系数

烟囱种类

钢烟囱（无衬

筒）

A

2

3.5.4烟囱抽力计算

Sy0.0342H(式中 H——烟囱高度，m；

tk——外界空气温度，oC；

钢烟囱（有衬

筒） 0.8

砖烟囱（壁厚<0.5m） 0.4

砖烟囱（壁厚>0.5m) 0.2

11)B(Pa) （3-15）

273tk273tptp——烟囱内烟气平均温度，oC； B——当地大气压，Pa。

20

Sy0.034240(35.6690Pa11)9810327318.627346.0871

四、管网布置

4.1 各装置及管道布置的原则

根据锅炉运行情况和锅炉房现场的实际情况确定各装置的位置。一旦确定了各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了。对各装置及管道的布置应力求简单，紧凑，管路短，占地面积小，并使安装、操作和检修方便。

4.2管道管径计算

d4Q4Q446256.98551.1676(m) （4-1） (m)dV12v式中Q——工况下管道内的烟气流量，m3/s；

v——烟气流速，m/s，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘v=10～15m/s）。

取v12m/s，

取整d1200mm

表4-1 焊接钢管壁厚

内径：d11200271186mm 由公式d4Q可计算出实际烟气流速： v21

v4Q446256.9855/360011.6313(m/s) d2(1.186)24.3 系统阻力计算

A. 摩擦压力损失

Lv2PLd2式中： L——管道长度，m；

d——管道直径，m；

（4-2）

——烟气密度，kg/m3；

v——管中气流平均速率,m/s；

——摩擦阻力系数,是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度K/d的函数。查手册得：实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌或混凝土管道可取0.04。 A）对于φ1200mm圆管

计算后管道约为65m(包括接出管总长)，经风机加速后烟气流速达到20m/s，锅炉出口

烟气流速经计算接近12m/s（粗略计算，忽略除尘器、脱硫装置的减速）。 n2730.851(kg/m3)（忽略温度的变化）

273160

PL2d(L1v2L2v2)0.0220.851(520265122)80.5613(Pa) 21.2 B）局部压力损失

1.351220.212233.28(Pa) （4-3） (Pa)P22v2 在所设计的管路中有12段弯道区，可求得局部的压力损失：

式中：ξ——异形管件的局部阻力系数可查到，取0.2 v——与ξ像对应的断面平均气流速率,m/s ρ——烟气密度, kg/m3

C）系统总阻力（除尘器的压力损失在1000～1500Pa之间，取1250Pa，不考虑及出口气管及三通管阻力损失）

22

系统总阻力=1250+80.5613+233.28+800=2363.8413Pa

五、风机和电动机的计算

5.1风机风量计算

Qy1.146256.9855273tp101.3243(m/h) （5-1） 273B式中: 1.1风量备用系数；

Q工状态下风机前标态下风量，m3/h

tp风机前烟气温度，℃，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度，根据温度降

tp1603.77113111℃；

B当地大气压力，kPa。 Qy1.146256.9588273111101.32473999.5581(m3/h) 273985.2 风机风压计算

对于除尘器后装的风机风压计算：

Hy1.2(hSy)式中：1.2风压备用系数；

273tp101.3251.293Pa （5-2） 273tyByh系统总阻力，Pa；

Sy烟囱抽力，Pa； tp风机前烟气温度；

ty风机性能表中给出的试验用气体温度；

y标准状况下烟气密度，1.35kg/m3。

Hy1.2(2363.8413-35.6690)273111101.3251.2932246.0620(Pa)

273200981.35计算出风机风量Qy和风机风压Hy后，按风机产品样本给出的性能曲线或表格选择所需风机的型号。

23

表5-1 常用风机性能及适用范围

型号

4-46 4-72-11 4-72-11 4-79 7-40-11 30K4-11 9-19 9-26

9-28

9-35

G-73-11

名称

离心风机 塑料离心风机 离心通风机 离心通风机 排尘离心通风机轴流风机 离心通风机 Ⅰ型离心通风机锅炉通风机

锅炉离心通风机风量范围

全压范围／

／

Pa

（m3/h）

565～170～3370

79000

991～200～1410

55700 991～ 200～3240

227500 990～180～3400 17720 1310～ 500～3230

20800

550～26～516

49500

824～ 3231～16250

123080

2200～ 3430～19700

600000

2400～ 800～6000

150000

15900～590～700

680000

24

功率范围／kW

0.55～50

1.10～30

1.1～210

0.75～15 1.0～40

0.09～10

2.2～850

4.0～1600

2.8～570

10～1250

介质最高温度适应范围

/℃

一般厂房

80

通风换气、空调 防腐防爆

60

厂房通风排气

一般厂房80

通风排气 一般厂房80

通风换气 输送含尘

—

量较大的空气 一般工厂

45

车间办公室换气 锻压炉及

80

其他高压强制通风 锻压炉、锻

钢炉及高80

压强制通风

锅炉送风—

助燃 用于2～

6t/h锅炉80

或一般矿井通风

用于1～

3.0～75

250

4t/h蒸汽锅炉排烟

4.5～1050

200

锅炉烟道排烟 2～75t/h锅炉通风和排烟

Y4-70-11 锅炉引风机 670～1410

2430～14360 4430～ 473000 15229～

Y9-35 锅炉引风机 550～4540

G4-73-12 Y4-73-12

锅炉通风机 锅炉引风机

553～6541 343～4029

166100 15229～ 166100 3242～

7.5～315 5.5～220

80 200

Y8-39 Y9-38

锅炉引风机 锅炉引风机

1167～5344 1327～5805

145533 3295～ 139712a

4.0～250 5.5～280

250 250

用于0.5～50t/h蒸汽锅炉排烟

来源：童华主编，环境工程设计，P175，表7-6

根据以上计算，对照常用风机性能表，选择了型号为Y4-73-12锅炉引风机。

5.3 电机功率计算

Ne式中 Qy风机风量，m3/h；

QyHy3600100012 (kW) （5-3）

Hy风机风压，Pa

1风机在全压头时的效率（一般风机为0.6，高效风机约为0.9，取0.8）；

2机械传动效率，当风机与电机直联传动时21，用联轴器连接时

20.95~0.98，用V形带传动时20.95； 电动机备有系数，对引风机，1.3

Ne73999.55812246.06201.378.9729(kW)

360010000.80.95

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主要参考文献

[1]郝吉明、马广大主编 ，《大气污染控制工程》第三版，高等教育出版社 第六章. [2]周敬宣主编，《环保设备及课程设计》，北京：化学工业出版社 P117. [3]柴晓利、冯沧、党小庆等编著，《环境工程专业毕业设计指南》，北京：化学工业出版社 P185，表6-14、表6-15.

[4]鹏鹤环保公司网站产品展示－TFC、GFC、DFC、型反吹风布袋除尘器，网址：http://www.btpenghe.com/star/dfc.htm 访问时间2012.02.15. [5] 马广大 主编，《大气污染控制技术手册》，北京：化学工业出版社 2010年第一版 P372-384.

[6]童华主编，环境工程设计，北京：化学工业出版社 P175，表7-6. [7]胡传鼎著，通风除尘设备设计手册，北京：化学工业出版社 P1-150.

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