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1、1 目錄 1.前言 .3 1.1 概況 .3 1.2 設計原則與設計依據(jù) .3 1.2.1 設計原則 .3 1.2.2 設計依據(jù) .3 1.3 工藝原理及初始數(shù)據(jù) .4 1.3.1 工藝原理 .4 1.3.2 初始數(shù)據(jù) .4 1.4 設計范圍 .5 1.5 工藝流程 .5 1.6 NADS 氨法煙氣脫硫工藝技術優(yōu)勢 .6 1.6.1 完全資源化 .6 1.6.2 脫硫副產(chǎn)品價值高 .6 1.6.3 脫硫裝置可靠 .6 1.6.4 裝置設備占地小 .7 1.6.5 適應環(huán)保更高要求 .7 2.工藝設計計算： .7 2.1 SO2的計算 .7 2.2 塔設備的工藝計算 .8 2.21 塔徑計算 .
2、8 2.2.2 板間距計算 .8 2.2.3 清夜層高度的計算 .9 2.2.4 降液管底隙 h0的計算 .9 2.2.5 安全區(qū)的確定 .10 2.2.6 無效區(qū)（邊緣區(qū)）的確定 .10 2.3 塔板校核 .10 2.3.1 板間距的校核 .10 2 2.3.2 干板壓降的校核 .10 2.3.3 霧沫夾帶的校核 .11 2.3.4 漏液點校核 .11 3. 煙囪設計 .11 3.1 煙囪出口直徑 .11 3.2 求煙柱抬升高度 h.11 3.3 煙囪高度 H.12 3.4 通風機的選擇 .12 3.5 泵的選擇 .13 3.5.1 循環(huán)泵的選擇 .13 3.5.2 酸性泵的選擇 .14 4
3、設計體會與心得 .16 5. 參考文獻 .17 3 1.前言 1.1 概況 某硫酸廠硫酸制造裝置以浮選硫化鐵礦尾沙為原料，采用接觸法。生產(chǎn)工 藝主要包括焙燒、凈化、干燥、轉(zhuǎn)化、吸收等工序，SO 2轉(zhuǎn)化率一般為 97，SO 3轉(zhuǎn)化率為 99.95。在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣包括 SO2、NOx、As、硫 酸氣溶膠等，以 SO2為主要污染物。SO 2在低溫、潮濕的靜風天氣下，形成了含 有硫酸和硫酸鹽的氣溶膠，在近底層聚集，嚴重危害人類的呼吸系統(tǒng)，會造成 嚴重的危害。所以對硫酸廠的廢氣處理非常的必要。 1.2 設計原則與設計依據(jù) 1.2.1 設計原則 1、嚴格執(zhí)行環(huán)境保護的各項規(guī)定，確保經(jīng)處理后廢氣達到
4、有關排放標準。 2、采用國內(nèi)技術成熟，運行可靠，操作管理簡單的工藝，盡量降低工程投 資和運行費用。 3、平面布置和工程設計時，布局力求合理，盡量節(jié)省占地。 4、盡量使操作運行與維護管理簡單方便。 1.2.2 設計依據(jù) 根據(jù) GB 162971996 規(guī)定 SO2排放量應該1200mg/L，特選用新型氨酸法 NADS 氨法。 氨酸法是將吸收 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，酸的種類不同，所得產(chǎn)品也不同，應用最多的酸 是硫酸。氨酸法在 30 年代就已應用于工業(yè)生產(chǎn)，具有工藝成熟、設備簡單、 操作方便等優(yōu)點，其副產(chǎn)品是化肥，實用價值高。 NADS 氨法用
5、氨水作為 SO2的吸收劑，采用大孔徑篩板塔作為吸收塔，并利 用多段吸收提高吸收效率與產(chǎn)品濃度。與其它堿類相比，吸收液用酸分解后可 回收 100的 SO2，并得到副產(chǎn)品化肥，脫硫效率高，SO 2去除率可達 98以上， 回收價值高。 4 1.3 工藝原理及初始數(shù)據(jù) 1.3.1 工藝原理 NADS 氨法主要包括三個步驟：SO 2的吸收、吸收液的酸解和過量酸的中和。 將氨水通入吸收塔中，使其與含 SO2的廢氣接觸，發(fā)生吸收反應，主要反應為： NH3+H2O+SO2NH 4HSO3 2NH3+H2O+SO2(NH 4)2SO3 (NH4)2SO3+H2O+SO22NH 4HSO3 隨著吸收過程的進行，循
6、環(huán)液中 NH4HSO3增多，吸收能力下降，需補充氨使 部分 NH4HSO3轉(zhuǎn)變?yōu)椋∟H 4） 2SO3 NH4HSO3 + NH3(NH 4)2SO3 當吸收塔吸收液中 S/C 達到 0.80.9 時，即可將吸收液自循環(huán)吸收系統(tǒng)導 出一部分，送入分解塔中用酸進行分解。一般用硫酸分解，所得副產(chǎn)品除高濃 度 SO2外，還有可做化肥的硫酸銨。 (NH4)2SO3+H2SO4(NH 4)2SO4+SO2+H2O 2NH4HSO3+H2SO4(NH 4)2SO4+2SO2+2H2O 中和反應為： H2SO4+2NH3(NH 4)2SO4 1.3.2 初始數(shù)據(jù) A、煙氣處理量 40000m 3/h B、煙
7、氣中含二氧化硫 0.2%0.4% C、吸收劑 氨水 D、二氧化硫吸收率 95 E、中間產(chǎn)品 亞硫酸氫銨溶液 F、吸收塔氣液比為 2000（由于在煙氣脫硫中煙氣量大，常采用較大的氣 液比操作） G、吸收塔循環(huán)液量為 50m3/h 5 H、設硫酸廠煙氣吸收后的中間產(chǎn)物：NH +49mol/L；HSO 3 7 mol/L； SO32-+ HSO3 8 mol/L I、設脫硫后煙氣中 NH3為 90ml/m3 J、吸收段溫度 505 K、吸收塔液泛氣速為 4.3m/s 1.4 設計范圍 設計從煙氣發(fā)生點到煙囪，包括大孔徑篩板塔（尾氣吸收塔） ，風機，泵， 脫硫劑制備灌和煙囪。需要進行二 氧 化 硫 回
8、 收 量 的 計 算 、 吸 收 劑 （NH4） 2SO3 的 用 量 、 排 出 的 中 間 產(chǎn) 物 （ NH4） 2SO3 +NH4HSO3水溶液量，還有塔設備的工藝計算，包括塔徑、堰 長、板間距、塔板結(jié)構(gòu)的計算。 此 外 還 要 進 行 塔 板校核。主要是檢驗所選經(jīng)驗數(shù) 據(jù)的正確度，確保塔板能穩(wěn)定操作。 1.5 工藝流程 鍋爐引風機（或脫硫增壓風機）來的煙氣，經(jīng)換熱降溫至100 左右進入C0 脫硫塔后用氨化液循環(huán)吸收生產(chǎn)亞硫酸銨；脫硫后的煙氣經(jīng)除霧凈化如再熱器 （可用蒸汽加熱或氣氣交換器）加熱至70 左右進入煙囪排放。脫硫塔為噴淋C0 大孔徑浮閥塔，吸收劑氨水與吸收液混合進入吸收塔。吸收
9、形成的亞硫酸銨在 吸收塔底部氧化成硫酸銨溶液，再將硫酸銨溶液泵入過濾器，除去溶液中的煙 塵后送入蒸發(fā)結(jié)晶器中蒸發(fā)結(jié)晶，生成的結(jié)晶漿液流入過濾離心機分離得到固 體硫酸銨（含水量（2%3%）。固體硫酸銨在進入干燥器，干燥后的成品入料 倉進行包裝，即可得到商品硫酸銨化肥。 脫硫分吸收、分解、中和三個步驟。為了制備硫酸銨，需要制備出高濃度 的亞硫酸銨和亞硫酸銨母液，根據(jù)氣液平衡關系，需要采用兩段氨法吸收，在 第一吸收段中，吸收母液可以維持較高的NH 4HSO4濃度，以滿足制取硫酸銨產(chǎn)品 的要求。在第二吸收段中，吸收母液濃度較低，保證較高的SO 2吸收率。因此， NADS氨法很好的解決了SO 2吸收率及
10、母液產(chǎn)品的濃度。 6 脫硫塔 吸收 氧化 再熱 器 工藝 水 鍋爐煙氣來自增壓 風機 空 氣 硫銨裝置 商品硫銨 圖1 工藝流程圖 1.6 NADS 氨法煙氣脫硫工藝技術優(yōu)勢 1.6.1 完全資源化 NADS脫硫技術將回收的二氧化硫、氨全部轉(zhuǎn)化為硫酸銨化肥(也可根據(jù)當?shù)?的條件副產(chǎn)其它產(chǎn)品)，不產(chǎn)生任何廢水、廢液和廢渣二次污染，是一項真正意 義上的將污染物資源化并且符合循環(huán)經(jīng)濟要求的技術。 1.6.2 脫硫副產(chǎn)品價值高 因為NADS脫硫技術室回收法，副產(chǎn)品附加值的產(chǎn)品，可使氨增值，所以氨 法脫硫的運行費用小，煤中含硫量越高，運行費用越低。脫硫裝置的運行過程 既是硫酸銨的生產(chǎn)過程，每吸收1t二氧
11、化硫需消耗0.5t氨并可生產(chǎn)2t硫酸銨。 1.6.3 脫硫裝置可靠 氨法為氣液兩相反應，反應性活性強，具有較大的化學反應速率，脫硫劑 及脫硫產(chǎn)物皆為澄清的溶液無積垢無磨損。氨法更容易實現(xiàn)自動控制，使控制 操作簡單易行，脫硫效率可穩(wěn)定在90%以上。其次，氨法采用了先進的重防腐技 術，并選用可靠的材料和設備，使裝置可靠性高達98.5%，日常維護量少，且節(jié) 約維修費用。 7 1.6.4 裝置設備占地小 氨法脫硫裝置無需原料預處理工序，脫硫副物的生產(chǎn)過程相對比較簡單， 裝置總配置的設備在30臺套左右，且處理量較少，設備選型無需太大。 1.6.5 適應環(huán)保更高要求 氨法脫硫的吸收劑為氨，氨對NO同樣有吸
12、收作用。另外脫硫過程中形成的 亞硫酸銨對NO還具有還原作用，所以氨法脫硫的同時也可實現(xiàn)脫銷的目的，減 輕溫室效應。 2.工藝設計計算： 2.1 SO2的計算 氨法吸收 SO2 總反應方程式為: SO2 + NH3 + H2O NH 4HSO3 其反應實際上可分為兩步： (1) 吸收反應： （NH 4） 2SO3 + SO2 + H2O 2NH 4HSO3 （2）循環(huán)母液再生反應： NH4HSO3 + NH3 (NH 4)2SO3 SO2回收量： 400000.3%0.95103/22.4=5.089 =325.714kg/h/kmolh 吸收劑(NH 4)2SO3的用量： 5.089116=5
13、90.357 kg/h 氣液比為 2000，吸收塔循環(huán)液量為 50 m3/h 硫酸廠尾氣吸收后中間產(chǎn)物： NH4+ = 9 mol/l; HSO3- = 7 mol/l ; SO32- + HSO3-=8 mol/l 吸收劑氨用量： 95.089/8 = 5.725 =97.333 kg/h/kmolh 脫硫后煙氣中 NH3為 90ml/m3，氨損失為; 400009010-617/22.4=2.732 kg/h 8 氨損失占氨耗量分率為： 2.732/97.333=0.0281=2.81% 排除的中間產(chǎn)物NH 4HSO3+(NH4)2SO3水溶液： 5.089/8=0.636m3/h=858
14、.789kg/h 2.2 塔設備的工藝計算 2.21 塔徑計算 篩板塔的液泛氣速為 4.3m/s，取泛點氣速的 80%為設計氣速， u=4.30.80=3.44m/s,取 u=3.5m/s 進行計算。實際氣量： VS=40000（273+74.5）/(2733600)=14.143m 3/s (冷卻后煙氣溫度為 74.5 0C) 塔徑為： D= = =2.269m0.785su14.35 根據(jù)塔設備系列化規(guī)格，將塔徑 D 圓整為 D=2400mm 選用單溢流塔板，取堰長為 L w=0.7D=0.72400=1680mm 2.2.2 板間距計算 板間距對塔板的霧沫夾帶和液泛氣速都有重要的影響，一
15、般可根據(jù)塔板進 行選擇。在煙氣脫硫中，由于氣液比較大，液體量很小，板間距的選擇主要考 慮：霧沫夾帶的影響以及安裝及維修的方便。為此選擇塔板間距 HT=800mm。 流程 單流程 塔徑(m) 2.4 孔徑(mm) 3-8 孔中心距/孔徑 2.5-4 板厚 tp(mm) 3-4(碳鋼)；2-2.5(合金鋼) 堰高 hw(mm) 25-75 堰（在兩側(cè)）長/塔徑 Lw1/D 0.68-0.76 降液管道截面積/塔截面積 Ad/A 0.08-0.12 孔總面積/塔截面積 AO/A 0.6-0.12 9 塔凈面積/塔截面積 An/A 0.92-0.88 塔工作面積/塔截面積 Aa/A 0.84-0.76
16、 出自實用環(huán)境工程手冊 吳忠標主編 化學工業(yè)出版社 根據(jù)上表取：孔徑 d=5mm; 孔中心距 t=3.5d0=3.55=17.5mm 弓形降液管道截面積的尺寸，取 Ad/A=0.10 查實用環(huán)境工程手冊 吳忠標 主編 化學工業(yè)出版社中圖 13-10 得： Lw/D=0.72 ; Wd/D=0.15 Lw 、 Wd 為弓形降液管截面的長度 所以 L w=0.722400=1728mm ; Wd=0.152400=360mm 2.2.3 清夜層高度的計算 設定篩孔氣速為 4m/s0.502.78()clGLhud0.5193.45cl =2.144mmclh -清夜層高度，mml d0 -篩孔直徑
17、，mm u0 -篩孔氣速，m/s -氣相密度，kg/m 3G -液相密度，kg/m 3L 2.2.4 降液管底隙 h0的計算 設 hL=0.08, hw= hL-how=0.08-0.0173=0.0627m 取 hw=63mm 則 h L=hw+how=0.063+0.0173=0.0803 hL 假設 h0比 hw低 15mm，則 h0=hw-0.015=0.048m 故取 h 0=45mm 10 2.2.5 安全區(qū)的確定 安全區(qū)是指在鼓泡區(qū)與堰之間，須有一個不開孔區(qū)，稱為安全區(qū)，避免大 量含泡沫的液相進入降液管。 當 D1.5m 時，W S=80-110mm 在塔徑的計算過程中求得 D=
18、2.4m,取 WS=90mm 2.2.6 無效區(qū)（邊緣區(qū)）的確定 無效區(qū)是指在鼓泡區(qū)與塔壁之間，需留出一圈不開孔的邊緣區(qū)，供設置支 承塔板的邊梁之用。 由于 D=2.4m，屬于大塔，因此取 WC=60mm 2.3 塔板校核 2.3.1 板間距的校核 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
19、管不會發(fā)生溢流液泛。 2.3.2 干板壓降的校核 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 霧沫夾帶的校核 3.2 3.20.57057.41()()()(01/1.828.1/gvTfue kgHhk ） 汽汽 2.3.4 漏液點校核 漏液控制時取 Fomin=5，則 min521.8%.o Vhmax=4000021.85%=8740 由實驗測定，10%的漏液速度為 9.6-10m/s，由此得塔板的穩(wěn)定系數(shù) K=14/10=1.4,因此塔板
20、可穩(wěn)定操作。 -二氧化硫脫除與回收 肖文德 吳志泉編著 化工工業(yè)出版社 3. 煙囪設計 3.1 煙囪出口直徑 smWVDy /971.054018.018.2 通過煙爐煙氣量，由接入煙囪的全部爐子在額定負荷想運行時的情2y 況而 定，m 3/h W煙囪的出口煙氣速度,m/s，取 15m/s 3.2 求煙柱抬升高度 h m641.8273591.0725.1397.0)27.51( ）（tDh 12 W煙囪出口處平均風速，按各地氣象條件選用工業(yè)鍋爐污染物排放 控制指標制定中按 W=3m/s 計算 t煙囪出口處煙氣溫度， C0 煙氣出口處溫度與大氣溫度之差， ,大氣常年平均溫度按各地氣象條件選 用
21、，一般地區(qū)可取 1520 0 3.3 煙囪高度 h g/s82.1093.150%3.640M m706.34.2hCW25yXmax h h煙囪高度，m M有害物質(zhì)排放量，g/s Cx垂直方向的大氣擴散系數(shù) Cy水平方向的大氣擴散系數(shù)， 工業(yè)鍋爐污染物排放控制指標制定中 可按 .0 計算1yX Cmax地面空氣中有害物允許最大濃度日平均值，根據(jù) TJ36工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準 的標定對飄塵和 SO2均取 Cmax=0.15mg/m3 3.4 通風機的選擇 選用圓形通風機管道直徑 280mm，查表知 v 取 8m/s，則風量 sL /m5.17282.0436vD4360 32 ）（ D風管直徑
22、，m V風速，m/s 查化學工藝設計手冊知：圓形風管及配件鋼板厚度為 0.5mm，圓形風管法 蘭材料規(guī)則為 254 l=60mm 13 66102.10293.8.Regdu 無縫鋼管 ，即.7.d 查圖沿程阻力摩擦阻力 0.0225 查表各種管件閥門和流量計以管徑計的當量長度得三通管為 2.1408.el Pa647.3109.2648.0125.vg dlhe 物料在爐管中流動總阻力，Pa d管子內(nèi)徑，m l管內(nèi)通道長度，m 流體在操作狀態(tài)下的平均密度，kg/m 3g v流體在操作狀態(tài)下的平均速度，m/s 由通風機技術性能和主要用途選擇型號為 T4-72 的離心通風機。 它的主要性能參數(shù)：
23、風壓范圍/Pa 1803000，風量范圍/m 3.h-1 79479015,功率范圍 /KW 0.7575 輸送介質(zhì)溫度 t/ C08 3.5 泵的選擇 選擇泵的配管為無縫鋼管，其直徑為 280mm，根據(jù)泵的配管要求，泵的吸 入口處有水平布置的彎頭時，應在吸入口和彎頭之間設一段直管段，設計為單 吸吸入，單吸吸入所設置的彎頭之間設一段直管段，設計為單吸吸入，單吸吸 入所設置的管段長度為 5m，遠大于 3 倍管徑。 選擇泵的參數(shù)應按工藝要求的最大流量和最大流程再乘以附加泵的安全系數(shù)的數(shù)值為 根據(jù)附加值為 10%。 3.5.1 循環(huán)泵的選擇 泵的流量 Q=1.1Q max=1.150=55m3/h
24、14 sdQu /m23.0628.075.8.02 ,該流動類型為湍流71.13ReL 無縫鋼管 ，2.00.8d 查圖沿程摩擦阻力得 0.0225 管道總長度為 62m 查表各種管件閥門和流量計以管徑計的當量長度的三通管得 m145028.el 總阻力損失 mdlehf 162.03.28.01465.2u2 泵的揚程 水位差最大值為 25m H=1.1Hmax=1.1（25+0.162）=27.68m 氨水=0.203MPa=20.35m 清水 IS 型離心泵適用于工礦企業(yè)、城市給水、排水和農(nóng)田排灌供輸送清水或物理化學性質(zhì) 類似于清水的其他類型。它的性能范圍：流量 Q 為 6.3400m
25、3/h,流程 H 為 5125m，可知這 類泵是適合的。查 IS 型泵的單級單吸離心泵工作性能表得到具體型號為 IS100-80-160,轉(zhuǎn) 速 n=2900r/min,該泵的主要性能參數(shù)為：允許汽蝕余量為 NPSHr=4.0m，效率 =78%,軸功 率為 11.2KW，所配電動機型號為 Y160M2-2,功率為 15KW。 3.5.2 酸性泵的選擇 泵的流量 Q=1.1Q max=1.150=55m3/h sdQu /m2.0628.075.8.02 ,該流動類型為湍流51.3ReL 無縫鋼管 ，2.007.8d 查圖沿程摩擦阻力得 =0.0225 15 管道總長度為 160m 查表各種管件
26、閥門和流量計以管徑計的當量長度的三個 90彎頭得m4.29358.0el 總阻力損失 mdlehf 403.2.8.0491625.u 泵的揚程 水位差最大值為 105m H=1.1Hmax=1.1（105+0.403）=116m 氨水=0.853MPa=85.28m 清水 查 IS 型泵單級單吸離心泵工作性能表得到具體型號為 IS100-65-315,轉(zhuǎn)速 為 n=2900r/min,它的主要參數(shù)為允許汽蝕余量為 NPSHr=3.6m，效率 =66%,軸 功率為 51.6KW，所配電動機型號為 Y280S-2,功率為 15KW。 16 4設計體會與心得 通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了
27、有關大氣污染控制脫硫技術， 在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的 檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和不足。實 踐出真知，通過親自動手，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。 剛開始設計時確實有點讓人頭疼，題目中給出的參考資料找不到一點 脫硫方面的技術，在網(wǎng)上又找不到類似的參考，我們就在圖書館那茫茫的書海 中找尋脫硫的痕跡，絕不放過一丁點有利于我們設計的信息?；侍觳回撚行娜耍?經(jīng)過我們的細心搜索終于找到了與我們計算有關的公式，以及設計參數(shù)選取的 依據(jù)。就這樣，我們計算著探索，探索著計算，終于完成了艱難的計算過程。 在畫圖的過程中也遇到了不少困難
28、，應該選取什么樣的設備，裝置如何布置， 以及管道的布置都要進行精心設計。 過而能改，善莫大焉。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正， 不斷領悟，不斷獲取。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問 題，最后在老師的指導下，終于迎刃而解。在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程 中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問 題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今 后的道路上劈荊斬棘，順利邁向成功的大門。 課程設計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升， 同時又是一門成長課，讓我在學習的過程中不斷成長，讓我變得沉著，遇事不
29、再著急，應該冷靜思考解決問題的方法?；仡櫰鸫苏n程設計，至今我仍感慨頗 多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多 很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本 上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很 重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起 來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力 和獨立思考的能力。 17 5. 參考文獻 1楊風林.環(huán)境工程計算手冊.中國石化出版社，2003 年 6 月第一版 2 肖文德等.二氧化硫脫除與回收.化學工業(yè)出版社，2001 年 5 月第一版 3劉天齊.三廢處理工程技術手冊（廢氣卷）.化學工業(yè)出版社，1999 年 5 月 第一版 4魏先勛.環(huán)境工程設計手冊.湖南科學技術出版社,2002 年 7 月第一版 5 化工部環(huán)境保護設計技術中心站編寫.化學環(huán)境保護設計手冊.化學工業(yè)出 版社，1998 年 6 月第一版
大氣污染控制工程課程設計32794
