大气污染控制工程课程设计32794

1 目录 1.前言 .3 1.1 概况 .3 1.2 设计原则与设计依据 .3 1.2.1 设计原则 .3 1.2.2 设计依据 .3 1.3 工艺原理及初始数据 .4 1.3.1 工艺原理 .4 1.3.2 初始数据 .4 1.4 设计范围 .5 1.5 工艺流程 .5 1.6 NADS 氨法烟气脱硫工艺技术优势 .6 1.6.1 完全资源化 .6 1.6.2 脱硫副产品价值高 .6 1.6.3 脱硫装置可靠 .6 1.6.4 装置设备占地小 .7 1.6.5 适应环保更高要求 .7 2.工艺设计计算： .7 2.1 SO2的计算 .7 2.2 塔设备的工艺计算 .8 2.21 塔径计算 .8 2.2.2 板间距计算 .8 2.2.3 清夜层高度的计算 .9 2.2.4 降液管底隙 h0的计算 .9 2.2.5 安全区的确定 .10 2.2.6 无效区（边缘区）的确定 .10 2.3 塔板校核 .10 2.3.1 板间距的校核 .10 2 2.3.2 干板压降的校核 .10 2.3.3 雾沫夹带的校核 .11 2.3.4 漏液点校核 .11 3. 烟囱设计 .11 3.1 烟囱出口直径 .11 3.2 求烟柱抬升高度 h.11 3.3 烟囱高度 H.12 3.4 通风机的选择 .12 3.5 泵的选择 .13 3.5.1 循环泵的选择 .13 3.5.2 酸性泵的选择 .14 4设计体会与心得 .16 5. 参考文献 .17 3 1.前言 1.1 概况 某硫酸厂硫酸制造装置以浮选硫化铁矿尾沙为原料，采用接触法。生产工 艺主要包括焙烧、净化、干燥、转化、吸收等工序，SO 2转化率一般为 97，SO 3转化率为 99.95。在生产过程中产生的废气包括 SO2、NOx、As、硫 酸气溶胶等，以 SO2为主要污染物。SO 2在低温、潮湿的静风天气下，形成了含 有硫酸和硫酸盐的气溶胶，在近底层聚集，严重危害人类的呼吸系统，会造成 严重的危害。所以对硫酸厂的废气处理非常的必要。 1.2 设计原则与设计依据 1.2.1 设计原则 1、严格执行环境保护的各项规定，确保经处理后废气达到有关排放标准。 2、采用国内技术成熟，运行可靠，操作管理简单的工艺，尽量降低工程投 资和运行费用。 3、平面布置和工程设计时，布局力求合理，尽量节省占地。 4、尽量使操作运行与维护管理简单方便。 1.2.2 设计依据 根据 GB 162971996 规定 SO2排放量应该1200mg/L，特选用新型氨酸法 NADS 氨法。 氨酸法是将吸收 SO2后的吸收液用酸分解的方法，酸解用酸可以采用硫 酸，也可以采用硝酸和磷酸，酸的种类不同，所得产品也不同，应用最多的酸 是硫酸。氨酸法在 30 年代就已应用于工业生产，具有工艺成熟、设备简单、 操作方便等优点，其副产品是化肥，实用价值高。 NADS 氨法用氨水作为 SO2的吸收剂，采用大孔径筛板塔作为吸收塔，并利 用多段吸收提高吸收效率与产品浓度。与其它碱类相比，吸收液用酸分解后可 回收 100的 SO2，并得到副产品化肥，脱硫效率高，SO 2去除率可达 98以上， 回收价值高。 4 1.3 工艺原理及初始数据 1.3.1 工艺原理 NADS 氨法主要包括三个步骤：SO 2的吸收、吸收液的酸解和过量酸的中和。 将氨水通入吸收塔中，使其与含 SO2的废气接触，发生吸收反应，主要反应为： NH3+H2O+SO2NH 4HSO3 2NH3+H2O+SO2(NH 4)2SO3 (NH4)2SO3+H2O+SO22NH 4HSO3 随着吸收过程的进行，循环液中 NH4HSO3增多，吸收能力下降，需补充氨使 部分 NH4HSO3转变为（NH 4） 2SO3 NH4HSO3 + NH3(NH 4)2SO3 当吸收塔吸收液中 S/C 达到 0.80.9 时，即可将吸收液自循环吸收系统导 出一部分，送入分解塔中用酸进行分解。一般用硫酸分解，所得副产品除高浓 度 SO2外，还有可做化肥的硫酸铵。 (NH4)2SO3+H2SO4(NH 4)2SO4+SO2+H2O 2NH4HSO3+H2SO4(NH 4)2SO4+2SO2+2H2O 中和反应为： H2SO4+2NH3(NH 4)2SO4 1.3.2 初始数据 A、烟气处理量 40000m 3/h B、烟气中含二氧化硫 0.2%0.4% C、吸收剂 氨水 D、二氧化硫吸收率 95 E、中间产品 亚硫酸氢铵溶液 F、吸收塔气液比为 2000（由于在烟气脱硫中烟气量大，常采用较大的气 液比操作） G、吸收塔循环液量为 50m3/h 5 H、设硫酸厂烟气吸收后的中间产物：NH +49mol/L；HSO 3 7 mol/L； SO32-+ HSO3 8 mol/L I、设脱硫后烟气中 NH3为 90ml/m3 J、吸收段温度 505 K、吸收塔液泛气速为 4.3m/s 1.4 设计范围 设计从烟气发生点到烟囱，包括大孔径筛板塔（尾气吸收塔） ，风机，泵， 脱硫剂制备灌和烟囱。需要进行二 氧 化 硫 回 收 量 的 计 算 、 吸 收 剂 （NH4） 2SO3 的 用 量 、 排 出 的 中 间 产 物 （ NH4） 2SO3 +NH4HSO3水溶液量，还有塔设备的工艺计算，包括塔径、堰 长、板间距、塔板结构的计算。 此 外 还 要 进 行 塔 板校核。主要是检验所选经验数 据的正确度，确保塔板能稳定操作。 1.5 工艺流程 锅炉引风机（或脱硫增压风机）来的烟气，经换热降温至100 左右进入C0 脱硫塔后用氨化液循环吸收生产亚硫酸铵；脱硫后的烟气经除雾净化如再热器 （可用蒸汽加热或气气交换器）加热至70 左右进入烟囱排放。脱硫塔为喷淋C0 大孔径浮阀塔，吸收剂氨水与吸收液混合进入吸收塔。吸收形成的亚硫酸铵在 吸收塔底部氧化成硫酸铵溶液，再将硫酸铵溶液泵入过滤器，除去溶液中的烟 尘后送入蒸发结晶器中蒸发结晶，生成的结晶浆液流入过滤离心机分离得到固 体硫酸铵（含水量（2%3%）。固体硫酸铵在进入干燥器，干燥后的成品入料 仓进行包装，即可得到商品硫酸铵化肥。 脱硫分吸收、分解、中和三个步骤。为了制备硫酸铵，需要制备出高浓度 的亚硫酸铵和亚硫酸铵母液，根据气液平衡关系，需要采用两段氨法吸收，在 第一吸收段中，吸收母液可以维持较高的NH 4HSO4浓度，以满足制取硫酸铵产品 的要求。在第二吸收段中，吸收母液浓度较低，保证较高的SO 2吸收率。因此， NADS氨法很好的解决了SO 2吸收率及母液产品的浓度。 6 脱硫塔 吸收 氧化 再热 器 工艺 水 锅炉烟气来自增压 风机 空 气 硫铵装置 商品硫铵 图1 工艺流程图 1.6 NADS 氨法烟气脱硫工艺技术优势 1.6.1 完全资源化 NADS脱硫技术将回收的二氧化硫、氨全部转化为硫酸铵化肥(也可根据当地 的条件副产其它产品)，不产生任何废水、废液和废渣二次污染，是一项真正意 义上的将污染物资源化并且符合循环经济要求的技术。 1.6.2 脱硫副产品价值高 因为NADS脱硫技术室回收法，副产品附加值的产品，可使氨增值，所以氨 法脱硫的运行费用小，煤中含硫量越高，运行费用越低。脱硫装置的运行过程 既是硫酸铵的生产过程，每吸收1t二氧化硫需消耗0.5t氨并可生产2t硫酸铵。 1.6.3 脱硫装置可靠 氨法为气液两相反应，反应性活性强，具有较大的化学反应速率，脱硫剂 及脱硫产物皆为澄清的溶液无积垢无磨损。氨法更容易实现自动控制，使控制 操作简单易行，脱硫效率可稳定在90%以上。其次，氨法采用了先进的重防腐技 术，并选用可靠的材料和设备，使装置可靠性高达98.5%，日常维护量少，且节 约维修费用。 7 1.6.4 装置设备占地小 氨法脱硫装置无需原料预处理工序，脱硫副物的生产过程相对比较简单， 装置总配置的设备在30台套左右，且处理量较少，设备选型无需太大。 1.6.5 适应环保更高要求 氨法脱硫的吸收剂为氨，氨对NO同样有吸收作用。另外脱硫过程中形成的 亚硫酸铵对NO还具有还原作用，所以氨法脱硫的同时也可实现脱销的目的，减 轻温室效应。 2.工艺设计计算： 2.1 SO2的计算 氨法吸收 SO2 总反应方程式为: SO2 + NH3 + H2O NH 4HSO3 其反应实际上可分为两步： (1) 吸收反应： （NH 4） 2SO3 + SO2 + H2O 2NH 4HSO3 （2）循环母液再生反应： NH4HSO3 + NH3 (NH 4)2SO3 SO2回收量： 400000.3%0.95103/22.4=5.089 =325.714kg/h/kmolh 吸收剂(NH 4)2SO3的用量： 5.089116=590.357 kg/h 气液比为 2000，吸收塔循环液量为 50 m3/h 硫酸厂尾气吸收后中间产物： NH4+ = 9 mol/l; HSO3- = 7 mol/l ; SO32- + HSO3-=8 mol/l 吸收剂氨用量： 95.089/8 = 5.725 =97.333 kg/h/kmolh 脱硫后烟气中 NH3为 90ml/m3，氨损失为; 400009010-617/22.4=2.732 kg/h 8 氨损失占氨耗量分率为： 2.732/97.333=0.0281=2.81% 排除的中间产物NH 4HSO3+(NH4)2SO3水溶液： 5.089/8=0.636m3/h=858.789kg/h 2.2 塔设备的工艺计算 2.21 塔径计算 筛板塔的液泛气速为 4.3m/s，取泛点气速的 80%为设计气速， u=4.30.80=3.44m/s,取 u=3.5m/s 进行计算。实际气量： VS=40000（273+74.5）/(2733600)=14.143m 3/s (冷却后烟气温度为 74.5 0C) 塔径为： D= = =2.269m0.785su14.35 根据塔设备系列化规格，将塔径 D 圆整为 D=2400mm 选用单溢流塔板，取堰长为 L w=0.7D=0.72400=1680mm 2.2.2 板间距计算 板间距对塔板的雾沫夹带和液泛气速都有重要的影响，一般可根据塔板进 行选择。在烟气脱硫中，由于气液比较大，液体量很小，板间距的选择主要考 虑：雾沫夹带的影响以及安装及维修的方便。为此选择塔板间距 HT=800mm。 流程 单流程 塔径(m) 2.4 孔径(mm) 3-8 孔中心距/孔径 2.5-4 板厚 tp(mm) 3-4(碳钢)；2-2.5(合金钢) 堰高 hw(mm) 25-75 堰（在两侧）长/塔径 Lw1/D 0.68-0.76 降液管道截面积/塔截面积 Ad/A 0.08-0.12 孔总面积/塔截面积 AO/A 0.6-0.12 9 塔净面积/塔截面积 An/A 0.92-0.88 塔工作面积/塔截面积 Aa/A 0.84-0.76 出自实用环境工程手册 吴忠标主编 化学工业出版社 根据上表取：孔径 d=5mm; 孔中心距 t=3.5d0=3.55=17.5mm 弓形降液管道截面积的尺寸，取 Ad/A=0.10 查实用环境工程手册 吴忠标 主编 化学工业出版社中图 13-10 得： Lw/D=0.72 ; Wd/D=0.15 Lw 、 Wd 为弓形降液管截面的长度 所以 L w=0.722400=1728mm ; Wd=0.152400=360mm 2.2.3 清夜层高度的计算 设定筛孔气速为 4m/s0.502.78()clGLhud0.5193.45cl =2.144mmclh -清夜层高度，mml d0 -筛孔直径，mm u0 -筛孔气速，m/s -气相密度，kg/m 3G -液相密度，kg/m 3L 2.2.4 降液管底隙 h0的计算 设 hL=0.08, hw= hL-how=0.08-0.0173=0.0627m 取 hw=63mm 则 h L=hw+how=0.063+0.0173=0.0803 hL 假设 h0比 hw低 15mm，则 h0=hw-0.015=0.048m 故取 h 0=45mm 10 2.2.5 安全区的确定 安全区是指在鼓泡区与堰之间，须有一个不开孔区，称为安全区，避免大 量含泡沫的液相进入降液管。 当 D1.5m 时，W S=80-110mm 在塔径的计算过程中求得 D=2.4m,取 WS=90mm 2.2.6 无效区（边缘区）的确定 无效区是指在鼓泡区与塔壁之间，需留出一圈不开孔的边缘区，供设置支 承塔板的边梁之用。 由于 D=2.4m，属于大塔，因此取 WC=60mm 2.3 塔板校核 2.3.1 板间距的校核 Hfd= d = hw + how + + hfdf hw=0.04m how=2.8410-3E 2/3=2.8410-31.025 2/3=0.0173m0hwL5021.78 =0.153 2=0.153 2=0.005f 0h360.045 =0, hf=0.04 Hd =0.1023 Hfd= = =0.341HTd.1230 因此，降液管不会发生溢流液泛。 2.3.2 干板压降的校核 3 23000018.67().3().8()ddC 11 3 2355108.67().3()0.8() =0.789 205()GdLuhC21.934)7.8 =19.487 2.3.3 雾沫夹带的校核 3.2 3.20.57057.41()()()(01/1.828.1/gvTfue kgHhk ） 汽汽 2.3.4 漏液点校核 漏液控制时取 Fomin=5，则 min521.8%.o Vhmax=4000021.85%=8740 由实验测定，10%的漏液速度为 9.6-10m/s，由此得塔板的稳定系数 K=14/10=1.4,因此塔板可稳定操作。 -二氧化硫脱除与回收 肖文德 吴志泉编著 化工工业出版社 3. 烟囱设计 3.1 烟囱出口直径 smWVDy /971.054018.018.2 通过烟炉烟气量，由接入烟囱的全部炉子在额定负荷想运行时的情2y 况而 定，m 3/h W烟囱的出口烟气速度,m/s，取 15m/s 3.2 求烟柱抬升高度 h m641.8273591.0725.1397.0)27.51( ）（tDh 12 W烟囱出口处平均风速，按各地气象条件选用工业锅炉污染物排放 控制指标制定中按 W=3m/s 计算 t烟囱出口处烟气温度， C0 烟气出口处温度与大气温度之差， ,大气常年平均温度按各地气象条件选 用，一般地区可取 1520 0 3.3 烟囱高度 h g/s82.1093.150%3.640M m706.34.2hCW25yXmax h h烟囱高度，m M有害物质排放量，g/s Cx垂直方向的大气扩散系数 Cy水平方向的大气扩散系数， 工业锅炉污染物排放控制指标制定中 可按 .0 计算1yX Cmax地面空气中有害物允许最大浓度日平均值，根据 TJ36工业企业设计卫生标准 的标定对飘尘和 SO2均取 Cmax=0.15mg/m3 3.4 通风机的选择 选用圆形通风机管道直径 280mm，查表知 v 取 8m/s，则风量 sL /m5.17282.0436vD4360 32 ）（ D风管直径，m V风速，m/s 查化学工艺设计手册知：圆形风管及配件钢板厚度为 0.5mm，圆形风管法 兰材料规则为 254 l=60mm 13 66102.10293.8.Regdu 无缝钢管 ，即.7.d 查图沿程阻力摩擦阻力 0.0225 查表各种管件阀门和流量计以管径计的当量长度得三通管为 2.1408.el Pa647.3109.2648.0125.vg dlhe 物料在炉管中流动总阻力，Pa d管子内径，m l管内通道长度，m 流体在操作状态下的平均密度，kg/m 3g v流体在操作状态下的平均速度，m/s 由通风机技术性能和主要用途选择型号为 T4-72 的离心通风机。 它的主要性能参数：风压范围/Pa 1803000，风量范围/m 3.h-1 79479015,功率范围 /KW 0.7575 输送介质温度 t/ C08 3.5 泵的选择 选择泵的配管为无缝钢管，其直径为 280mm，根据泵的配管要求，泵的吸 入口处有水平布置的弯头时，应在吸入口和弯头之间设一段直管段，设计为单 吸吸入，单吸吸入所设置的弯头之间设一段直管段，设计为单吸吸入，单吸吸 入所设置的管段长度为 5m，远大于 3 倍管径。 选择泵的参数应按工艺要求的最大流量和最大流程再乘以附加泵的安全系数的数值为 根据附加值为 10%。 3.5.1 循环泵的选择 泵的流量 Q=1.1Q max=1.150=55m3/h 14 sdQu /m23.0628.075.8.02 ,该流动类型为湍流71.13ReL 无缝钢管 ，2.00.8d 查图沿程摩擦阻力得 0.0225 管道总长度为 62m 查表各种管件阀门和流量计以管径计的当量长度的三通管得 m145028.el 总阻力损失 mdlehf 162.03.28.01465.2u2 泵的扬程 水位差最大值为 25m H=1.1Hmax=1.1（25+0.162）=27.68m 氨水=0.203MPa=20.35m 清水 IS 型离心泵适用于工矿企业、城市给水、排水和农田排灌供输送清水或物理化学性质 类似于清水的其他类型。它的性能范围：流量 Q 为 6.3400m3/h,流程 H 为 5125m，可知这 类泵是适合的。查 IS 型泵的单级单吸离心泵工作性能表得到具体型号为 IS100-80-160,转 速 n=2900r/min,该泵的主要性能参数为：允许汽蚀余量为 NPSHr=4.0m，效率 =78%,轴功 率为 11.2KW，所配电动机型号为 Y160M2-2,功率为 15KW。 3.5.2 酸性泵的选择 泵的流量 Q=1.1Q max=1.150=55m3/h sdQu /m2.0628.075.8.02 ,该流动类型为湍流51.3ReL 无缝钢管 ，2.007.8d 查图沿程摩擦阻力得 =0.0225 15 管道总长度为 160m 查表各种管件阀门和流量计以管径计的当量长度的三个 90弯头得m4.29358.0el 总阻力损失 mdlehf 403.2.8.0491625.u 泵的扬程 水位差最大值为 105m H=1.1Hmax=1.1（105+0.403）=116m 氨水=0.853MPa=85.28m 清水 查 IS 型泵单级单吸离心泵工作性能表得到具体型号为 IS100-65-315,转速 为 n=2900r/min,它的主要参数为允许汽蚀余量为 NPSHr=3.6m，效率 =66%,轴 功率为 51.6KW，所配电动机型号为 Y280S-2,功率为 15KW。 16 4设计体会与心得 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关大气污染控制脱硫技术， 在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的 检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和不足。实 践出真知，通过亲自动手，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。 刚开始设计时确实有点让人头疼，题目中给出的参考资料找不到一点 脱硫方面的技术，在网上又找不到类似的参考，我们就在图书馆那茫茫的书海 中找寻脱硫的痕迹，绝不放过一丁点有利于我们设计的信息。皇天不负有心人， 经过我们的细心搜索终于找到了与我们计算有关的公式，以及设计参数选取的 依据。就这样，我们计算着探索，探索着计算，终于完成了艰难的计算过程。 在画图的过程中也遇到了不少困难，应该选取什么样的设备，装置如何布置， 以及管道的布置都要进行精心设计。 过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正， 不断领悟，不断获取。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问 题，最后在老师的指导下，终于迎刃而解。在今后社会的发展和学习实践过程 中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问 题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今 后的道路上劈荆斩棘，顺利迈向成功的大门。 课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升， 同时又是一门成长课，让我在学习的过程中不断成长，让我变得沉着，遇事不 再着急，应该冷静思考解决问题的方法。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇 多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多 很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本 上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很 重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起 来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力 和独立思考的能力。 17 5. 参考文献 1杨风林.环境工程计算手册.中国石化出版社，2003 年 6 月第一版 2 肖文德等.二氧化硫脱除与回收.化学工业出版社，2001 年 5 月第一版 3刘天齐.三废处理工程技术手册（废气卷）.化学工业出版社，1999 年 5 月 第一版 4魏先勋.环境工程设计手册.湖南科学技术出版社,2002 年 7 月第一版 5 化工部环境保护设计技术中心站编写.化学环境保护设计手册.化学工业出 版社，1998 年 6 月第一版