大气污染控制工程脱硫课程设计万物生长.doc

大气污染控制工程课程设计报告大气污染控制工程课程设计设计题目：10t/h燃煤锅炉烟气的脱硫工艺设计组名：万物生长组 员：吕鹏飞、段仕旗、王诚、夏炯阳、刘嘉诚、何知博年级：工程1432系部：环境工程专业：环境工程完成时间：2015.11.3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53、 主要处理单元的设计计算6 3.1脱硫设备设计7 3.1.1常见的烟气脱硫工艺8 3.1.2 比对脱硫技术10 3.1.3 脱硫技术的选择11 3.2湿法脱硫简介和设计12 3.2.1 基本脱硫原理13 3.2.2 脱硫工艺流程14 3.2.3 脱硫影响因素15 1、 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； 1.4 设计资料第4组资料：1、锅炉耗煤及排烟情况锅炉型号：SZL6-1.6型（共3台）燃煤量：1000kg/h（台）蒸发量：7 t/h（台）烟气出口处离地面2.5m排烟温度：160 烟气密度（标态）：1.35 kg/m3空气过剩系数：1.38飞灰占煤中不燃分分比例：18%2、煤质分析CY=67.85%，HY=4.12%，OY=6.06%，NY=1.22%，SY=2.02%，AY=15.18%，WY=10.30%，VY=13.02%3、粉尘粒径分布表1-1 第三组粒径分布粒径（m）15258155835131含量（%）3.64.849.237.14.21.1表1-2 粉尘比电阻温度15100200300比电阻cm310781071.51073.51074、气象资料 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）：0.015 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 。二、工艺方案的确定及说明2.1 工艺流程图袋式除尘器锅炉烟气旋流板脱硫塔引风机烟囱排放循环沉淀池pH控制器碱液箱循环泵图2-1 烟气处理工艺流程图2.2 基础资料的物料衡算1. 理论空气量 （2-1） =6.9855 式中：2. 理论烟气量（设空气含湿量0.015 kg/m3）（m3N/kg） =7.5290（m3N/kg） （2-2）式中：理论空气量（m3N/kg）10.30%；1.22%3. 实际烟气量 （m3N/kg） （2-3） = 10.2331（m3N/kg） 式中：a 1.38。 理论烟气量（m3N/kg） 理论空气量（m3N/kg）4. 烟气流量 设计耗煤量 （2-4） 29164.335（m3N/h） 8.1012（m3N/s）式中：m3N/h计 实际烟气量（m3N/kg） 设计耗煤量950 3kg/h5. 工况下总烟气量 (2-5)式中： 标准状况下的烟气流量，； 工况下烟气温度，K； 标准状态下的温度，273K。6 烟气含尘浓度： （2-6） 式中：18%； 15.18%； 29164.335（mg/m3N）。7. 烟气中二氧化硫浓度的计算： 3.9480103（mg/m3N） （2-7） 式中： 2.02%。 燃煤产生的实际烟气量（m3N/kg） 8. 除尘效率计算: (2-8) 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 (2-9) 式中：CSO2标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中规定值，900。 SO2标准状态下二氧化硫浓度，3.9480103；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1理论空气量6烟气含尘浓度2理论烟气量7烟气中二氧化硫浓度3实际烟气量8除尘效率4烟气流量 9脱硫效率5工况下总烟气量3.1 脱硫设备设计3.1.1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90100，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CaSO和CaSO。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1020万千瓦等级机组。由于其占地面积少，投资较省，尤其适合于老机组烟气脱硫。3.1.2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，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理方法分类脱硫剂脱硫方法干湿状态脱硫产物处理终产品吸收石灰石/石灰法Ca(OH)2CaCO3石灰石/石灰直接喷射法干法炉内喷钙-炉厚活化法半干法抛弃或利用脱硫灰喷雾干燥法半干法抛弃或利用脱硫灰循环流化床脱硫法半干法抛弃或利用脱硫灰增湿灰循环脱硫法半干法抛弃或利用脱硫灰湿式石灰石/石灰-石膏法湿法氧化石膏石灰-亚硫酸钙法湿法加工产品亚硫酸钙氨法(NH4)2SO3氨-酸法湿法酸化分解浓SO2、化肥氨-亚氨法湿法氨中和亚硫酸铵氨-硫氨法湿法氧化硫酸铵NH3H2O新氨法湿法酸分解、制酸化肥、硫酸钠碱法Na2SO3(NaOH、Na2CO3)亚硫酸钠循环法湿法热再生浓SO2亚硫酸钠法湿法碱综合亚硫酸钠钠盐-酸分解法湿法酸化分解浓SO2、冰晶石海水脱硫海水中CO32-、HCO3-等碱性物质海水脱硫法湿法排入大海间接石灰石/石灰法Na2SO3或NaOH双碱法湿法石灰中和石膏Al2(SO4)3Al2O3碱性硫酸铝-石膏法湿法石灰中和石膏金属氧化物法MgO氧化镁法湿法加热分解浓SO2ZnO氧化锌法湿法加热分解浓SO2、氧化锌MnO氧化锰法湿法电解金属锰吸附活性炭吸附法活性炭活性炭制酸法湿法水洗再生稀硫酸活性炭(NH4)2HPO4磷铵肥法湿法萃取、氨综合、氧化磷铵复肥氧化催化氧化法O2及钒催化剂干式氧化法干法浓H2SO4吸收硫酸稀H2SO4及Fe3+催化剂液相氧化法湿法石灰中和石膏高能电子氧化法自由基电子束照射法干法氨中和硫铵等离子体脉冲电晕等离子干法氨中和硫铵3.1.3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/（KWh）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%。3.2 湿法脱硫简介和设计3.2.1 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2360MW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： 吸收CaO+H2OCa(OH)2Ca(OH)2+SO2CaSO31/2H2O+1/2H2OCaCO3+SO2+1/2H2OCaSO31/2H2O+CO2CaSO31/2H2O+SO2+1/2H2OCa(HSO3)2 氧化2CaSO31/2H2O+O2+3H2O2CaSO42H2OCa(HSO3)2+1/2O2+H2OCaSO42H2O+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。3.2.2 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44.5，用泵送入氧化塔，在氧化塔内6080。C下被4.9105Pa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；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；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。3.2.3 脱硫影响因素浆液的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5.86.2，石灰石浆液PH一般控制在7左右；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；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%；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(4570)；烟气流速选用3.5m/s；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。