大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì) 馬歡

大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：燃煤鍋爐煙氣的脫硫設(shè)計(jì)姓名：馬歡學(xué)號(hào)：103010040125年級(jí)：1001學(xué)院：食品工程學(xué)院專業(yè)：環(huán)境工程指導(dǎo)教師：羅劼完成時(shí)間：2013-11-29- 1 -武昌工學(xué)院 大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì) 目 錄1設(shè)計(jì)任務(wù)及基本資料- 1 -1.1課程設(shè)計(jì)題目- 1 -1.2課程設(shè)計(jì)基本資料- 1 -1.3物料衡算- 1 -1.3.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量- 2 -1.3.2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量- 2 -1.3.3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量- 2 -1.3.4標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度- 2 -1.4鍋爐煙氣脫硫工藝方案的比較和選擇- 3 -1.4.1工藝比較- 3 -1.4.2吸收劑比較- 4 -1.4.3脫硫效率- 5 -1.4.4脫硫設(shè)備的論證- 5 -1.4.5工藝方案- 5 -1.4.6工藝原理- 6 -2工藝計(jì)算- 7 -2.1設(shè)備計(jì)算- 7 -2.1.1冷卻塔- 7 -2.1.2吸收塔- 8 -3設(shè)備選型- 11 -3.1水泵- 11 -3.2循環(huán)水泵- 11 -3.3堿液泵- 11 -4附圖- 12 -5參考文獻(xiàn)- 12 -武昌工學(xué)院 大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)任務(wù)及基本資料1.1 課程設(shè)計(jì)題目5/t燃煤鍋爐煙氣的脫硫工藝設(shè)計(jì)1.2 課程設(shè)計(jì)基本資料 1. 設(shè)計(jì)規(guī)模鍋爐蒸發(fā)量5t/h2. 設(shè)計(jì)原始資料 （1）煤的工業(yè)分析如下表（質(zhì)量比，含N量不計(jì)）：發(fā)熱量CHSO灰分水分2093965.7%3.2%1.7%2.3%18.1%9.0%（2）鍋爐型號(hào)：FG-35/3.82-M型（3）鍋爐熱效率：75%（4）空氣過剩系數(shù)：1.2（5）水的蒸發(fā)熱：2570.8KJ/Kg（6）煙塵的排放因子：30%（7）煙氣溫度：473K（8）煙氣密度：1.18kg/m3（9）煙氣粘度：2.4×100.53g-5 （10）塵粒密度：2250kg/m3（11）煙氣其他性質(zhì)按空氣計(jì)算（12）煙氣中煙塵顆粒粒徑分布平均粒徑/0.537.51525354555>60粒徑分布/320152016106373. 排放標(biāo)準(zhǔn)按鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13217-2001）中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)：200mg/m3、二氧化硫排放濃度：900mg/m3。1.3 物料衡算鍋爐煙氣含硫量計(jì)算用低位發(fā)熱量、鍋爐熱效率、水的蒸發(fā)熱求需煤量蒸發(fā)量為5t/h的鍋爐所需熱量為 需煤量設(shè)1kg燃煤時(shí)燃料成分名稱可燃成分含量()可燃成分的量()理論需氧量/mol煙氣中組分/molCHSO水灰分65.73.21.72.39.018.154.75160.5354.7580.53-0.7554.75 CO216 H2O0.53 SO25 H2O合計(jì)62.561.3.1 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量 理論空氣量：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為：1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量 理論煙氣量： 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣體積：1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量 實(shí)際煙氣量： 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積：1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度SO2的濃度：C= 在473K下時(shí)SO2的濃度: 在473K下實(shí)際煙氣體積：在473K下時(shí)產(chǎn)生的總煙氣量：1.4 鍋爐煙氣脫硫工藝方案的比較和選擇1.4.1 工藝比較目前, 世界上煙氣脫硫工藝有上百種, 但具有實(shí)用價(jià)值的工藝僅十幾種。根據(jù)脫硫反應(yīng)物和脫硫產(chǎn)物的存在狀態(tài)可將其分為濕法、干法和半干法 3 種。濕法脫硫工藝應(yīng)用廣泛, 占世界總量的 85.0%。下面將常用的幾種煙氣脫硫工藝作比較。吸收劑比較常用煙氣脫硫工藝比較序號(hào)工藝名稱工藝原理工藝特點(diǎn)應(yīng)用情況1石灰石/石灰-石膏濕法利用石灰漿液洗滌煙氣，使石灰與煙氣中SO2反應(yīng)生成亞硫酸鈣，脫去煙氣中的SO2，再將亞硫酸鈣氧化反應(yīng)生成石膏。優(yōu)點(diǎn)：脫硫率高95%、工藝成熟 、適合所有煤種、操作穩(wěn)定、操作彈性好、脫硫劑易得、運(yùn)行成本低、副產(chǎn)物石膏可以綜合利用，不會(huì)形成二次污染；缺點(diǎn)：一次性投資較高。國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛，使用比例占到80%以上。2簡易石灰石/石灰-石膏濕法簡易濕式法煙氣脫硫工藝脫硫原理和普通濕法脫硫原理基本相同，只是吸收塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單（采用空塔或采用水平布置），省略或簡化換熱器。優(yōu)點(diǎn)：投資和占地面積較?。喝秉c(diǎn)：脫硫率低，約為70%。國外應(yīng)用較少，國內(nèi)也有應(yīng)用實(shí)例。3海水脫硫法利用海水洗滌煙氣，吸收煙氣中的SO2氣體。優(yōu)點(diǎn)：脫硫率比較高90%、工藝流程簡單，投資少占地面積小、運(yùn)行成本低；缺點(diǎn)；受地域條件限制，只能用于沿海地區(qū)。只適用于中低硫煤種、有二次污染。國內(nèi)外均有部分成功應(yīng)用實(shí)例（深圳西部電廠）。4旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法將生石灰制成石灰漿，將石灰噴入煙氣中，使氫氧化鈣與煙氣中的SO2反應(yīng)生成亞硫酸鈣。優(yōu)點(diǎn)：工藝流程比石灰石-石膏法簡單，投資也比較小。缺點(diǎn)：脫硫率較低(約為70-80%)、操作彈性小、鈣硫比高、運(yùn)行成本高、副產(chǎn)物無法利用且易發(fā)生二次污染（亞硫酸鈣分解）。國內(nèi)外均有少數(shù)成功實(shí)例（黃島電廠）。5煙氣循環(huán)流化床法在流化床中將石灰粉按一定比例加入煙氣中，使石灰粉在煙氣當(dāng)中處于流化狀態(tài)反復(fù)反應(yīng)生成亞硫酸鈣。優(yōu)點(diǎn)：鈣利用率高、無運(yùn)動(dòng)部件、投資省。缺點(diǎn)：脫硫率較低（90%）、對石灰純度要求較高、國內(nèi)石灰不易保證質(zhì)量、煙氣壓頭損失大、由于加料不均勻會(huì)影響鍋爐運(yùn)行。國內(nèi)外均有少數(shù)成功實(shí)例。6活性炭法使煙氣通過加有催化劑的活性炭，煙氣中的SO2經(jīng)催化反應(yīng)成SO2并吸附在活性炭中，用水將SO3洗滌成為稀硫酸同時(shí)使活性炭再生。優(yōu)點(diǎn)：脫硫效率較高（90%）、工藝流程簡單、無運(yùn)動(dòng)設(shè)備、投資較省、運(yùn)行費(fèi)用低。缺點(diǎn)：副產(chǎn)物為稀硫酸，不適宜運(yùn)輸，只能利用就地消化?；钚蕴慷ㄆ谛枰鼡Q。國內(nèi)外均有少數(shù)成功實(shí)例（四川豆壩電廠）。7電子束法將煙氣冷卻到60左右，利用電子束輻照，產(chǎn)生自由基，生硫酸和硝酸，再與加入的氨氣反應(yīng)生成硫酸銨和硝酸銨。收集硫酸銨和硝酸銨粉制成復(fù)合肥。優(yōu)點(diǎn)：脫硫率較高（90%），同時(shí)脫硫并脫銷，副產(chǎn)物是一種優(yōu)良的復(fù)合肥，無廢物產(chǎn)生。缺點(diǎn)：投資高，因設(shè)備原件不過關(guān)，大型機(jī)組應(yīng)用較困難。國內(nèi)外均有少數(shù)成功實(shí)例（黃島電廠）。1.4.2濕法脫硫是一種化學(xué)吸收反應(yīng)，吸收劑對吸收過程有很大的影響，不同的吸收劑與SO2反應(yīng)的速度也不一樣，常用的吸收劑有：氫氧化鈉或碳酸鈉、氧化鎂、鈉-鈣雙堿、氨、海水、石灰乳等。（1）氫氧化鈉或碳酸鈉作為吸收劑脫硫，存在如下諸多問題：a) 如果將脫硫后的產(chǎn)物亞硫酸鈉回收利用，存在流程過長、回收費(fèi)用過高、副產(chǎn)品無銷路等問題；b) 脫硫劑消耗量大、脫硫成本高；c) 增加水處理費(fèi)用。d) 氧化鎂作為吸收劑脫硫：e) 氧化鎂來源有限；f) 直接排放，對水體會(huì)造成嚴(yán)重污染；g) 如果循環(huán)利用脫硫劑，則流程很長、設(shè)備繁多、占地面積大。海水作為吸收劑脫硫：海水通常呈堿性，具有天然的酸堿緩沖能力及吸收SO2的能力，當(dāng)SO2被海水吸收后，在經(jīng)處理氧化為無害的硫酸鹽而溶于海水。硫酸鹽是海水的天然成分，不還造成水體污染，但有一硬性要求海水脫硫必須以工廠坐落于海邊為前提。（2）氨作為吸收劑脫硫： 氨是一種良好的堿性吸收劑，其吸收反應(yīng)是氣-氣反應(yīng)，吸收反應(yīng)速度快，反應(yīng)全，但氨的價(jià)格相對于低廉的石灰石來說是太高了。過高的運(yùn)行成本使氨法脫硫的推廣受到極大的影響，在脫硫應(yīng)用中極少。 （3）鈉-鈣雙堿法脫硫： 用作吸收劑脫硫，用Ca(OH)2作為的再生劑。其主要化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)式如下：吸收：再生： （4）石灰乳作為吸收劑脫硫: 脫硫產(chǎn)物是硫酸鈣（石膏），可容易地從脫硫系統(tǒng)中分離出來，不會(huì)對環(huán)境水體造成污染，不存在脫硫廢水的處理問題；這種脫硫劑是價(jià)廉易得的石灰石，脫硫成本低，企業(yè)能承受，且這種方法技術(shù)成熟，可靠性高。1.4.3 脫硫效率按鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13217-2001），計(jì)算出SO2 的脫硫效率1.4.4 脫硫設(shè)備的論證吸收塔是煙氣脫硫系統(tǒng)的核心裝置，要求有持液量大、氣液相見的速度高、氣液接觸面積大、內(nèi)部構(gòu)件少、壓力小等特點(diǎn)。目前較常用的吸收塔主要有噴淋塔、填料塔、噴射鼓泡塔和道爾頓型塔四類。其中噴淋塔是濕法脫硫的主流塔型。各種塔型的優(yōu)缺點(diǎn)列于下表。煙氣脫硫用洗滌塔性能比較洗滌塔形式持液量逆流抗堵塞性低負(fù)荷比壓力降除塵填料塔尚可是尚可好中等差轉(zhuǎn)盤式洗滌塔好否好差中等好湍流塔尚可否好差中等好文丘里洗滌塔差否好好高好噴淋塔差是好好低差道爾頓型塔好否好差中等好噴射鼓泡塔好否好差中等好1.4.5 工藝方案根據(jù)上述分析，本設(shè)計(jì)擬用納-鈣雙堿法脫硫工藝，以氫氧化鈉為吸收劑，氫氧化鈣為氫氧化鈉的再生劑，并采用噴淋塔。本設(shè)計(jì)具體的工藝流程如下: 由于鍋爐煙氣溫度高達(dá)200，不適合二氧化硫的吸收去除，故需先將其進(jìn)行冷卻預(yù)處理，經(jīng)過冷卻塔后煙氣的溫度可降至60左右，送入鈉堿吸收塔，原始吸收溶液濃度150,吸收后生成的進(jìn)入儲(chǔ)罐投加固體濃縮緩沖。根據(jù)儲(chǔ)罐中溶液的停留時(shí)間，選兩個(gè)儲(chǔ)罐，一個(gè)生產(chǎn)儲(chǔ)罐，另一個(gè)作為備用儲(chǔ)罐。應(yīng)吸收塔較高，吸收塔出口溶液進(jìn)入儲(chǔ)罐采用自流，省去了泵的使用。因尾氣溫度較高，且碳酸鈉溶考慮到尾氣的溫度較高，濕度較大，不適宜用干法吸收，該工藝流程設(shè)計(jì)以碳酸鈉溶液吸收塔吸收尾氣中的二氧化硫。高溫不利于吸收反應(yīng)的進(jìn)行，并且對吸收塔的腐蝕較大，應(yīng)此先將尾氣降溫處理。由于尾氣中的二氧化硫具有強(qiáng)腐蝕性，操作過程中反應(yīng)都受到PH值的影響，隨時(shí)需要進(jìn)行酸度調(diào)節(jié)；因此需在地下池設(shè)備中安裝PH值自動(dòng)控制儀表，調(diào)節(jié)水的酸度，防止對環(huán)境的二次污染。冷卻塔出水由于吸收大量的熱能，出水溫度升高，要循環(huán)利用地下池的水需經(jīng)循環(huán)水冷卻塔降溫，循環(huán)水冷卻塔采用自然通風(fēng)冷卻，安裝兩臺(tái)進(jìn)水泵，一個(gè)生產(chǎn)用泵，一個(gè)備用泵，水來自集水池；兩臺(tái)出水泵，一個(gè)生產(chǎn)用泵，一個(gè)備用泵，水送往冷卻塔。水經(jīng)過循環(huán)利用從而節(jié)省了大量的水資源。液吸收二氧化硫的反應(yīng)放熱，高溫不利于吸收反應(yīng)的進(jìn)行，因此濃縮后的堿液需經(jīng)換熱器的降溫后 進(jìn)入吸收塔循環(huán)吸收二氧化硫。吸收塔出口氣體溫度為60左右，用引風(fēng)機(jī)引氣排放，由于氣液分離不完全，氣體中攜帶水蒸氣會(huì)引起引風(fēng)機(jī)的震蕩，因此在引風(fēng)機(jī)前應(yīng)設(shè)置氣液分離器。且氣體溫度降低，在高煙囪中會(huì)冷凝酸化，腐蝕煙囪，且氣體溫度降低不利于氣體的擴(kuò)散排放，在排放前要升高氣體溫度，使氣體在煙囪口的排放溫度達(dá)到160以上。1.4.6 工藝原理（1）吸收反應(yīng)洗滌過程的主要反應(yīng)式： +2洗滌液內(nèi)含有再生后返回的及系統(tǒng)補(bǔ)充的,在洗滌過程中生成亞硫酸鈉。 2+ 在洗滌液中還含有,系煙氣中的與亞硫酸鈉反應(yīng)而生成。 2+2（2）再生反應(yīng) 用石灰漿料進(jìn)行再生時(shí)： + +2 + 亞硫酸鈣的一般形式為半水亞硫酸鈣。用石灰石粉再生時(shí)：2 + + +1/2（3） 硫酸鈉的去除 硫酸鈉用硫酸酸化使其轉(zhuǎn)變?yōu)槭鄟砣コ?+2+32+2加酸后，PH 下降到23，使亞硫酸鈣轉(zhuǎn)化為亞硫酸氫鈣而溶于溶液中，于是溶液中的超過了石膏的溶度積，使石膏沉淀出來。（4） 氧化反應(yīng)在回收法中，最終產(chǎn)品是石膏，需將由再生反應(yīng)應(yīng)得到的亞硫酸鈣氧化為石膏。 +2 工藝計(jì)算2.1 設(shè)備計(jì)算鍋爐煙氣性質(zhì)：鍋爐煙氣體積,含,用煙道氣近似計(jì)算。 2.1.1 冷卻塔冷卻塔中水的相變過程：200(汽）100 (汽）100 (水）60 (水）（1）總放熱量 Q= 其中:鍋爐煙氣的平均比熱容/();(/() -焚鍋爐煙氣的溫度差；（ ）(2) 冷卻水消耗量 其中：Cp2-水的比熱容，；（） -冷卻水的溫度差，；（ t2=45-10=35） -水的密度,kg/m3;(=1000)（3）塔徑其中：v-氣體體積流量，;（) -空塔氣速，m/s;（空塔氣速一般為0.5-1.2m/s,取=1.2m/s)塔截面積將塔截面積放大1.1倍，即： 塔徑為：D=（4）塔高冷卻塔是空塔，其高度是液氣接觸段、上部的液氣分離段與下部的液氣分離段之和。設(shè)液氣接觸段氣體的停留時(shí)間設(shè)計(jì)10秒，則液氣接觸段的高度 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，上下段分離高度至少大于塔徑，一般為1.52D（塔徑）。取1.5倍，則上下段分離高度為： 群座高為 =1m,則吸收塔高為 2.1.2 吸收塔(1)溶液用量鍋爐煙氣中二氧化硫的含量為：尾氣急冷過程中被吸收掉0.7%.則進(jìn)塔氣體中含量為： 設(shè)吸收塔中的去除率為96%，即去除量為： 排除氣體中含量為： 由反應(yīng)方程式： + + 可知吸收64kg需 106kg ，則用量為： ，設(shè)用溶液的濃C為200,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，則用量為： 取安全系數(shù)1.5，則Na2CO3溶液實(shí)際用量為 （2）塔徑氣體體積流量 其中 ： 鍋爐煙氣出口每小時(shí)排除煙氣質(zhì)量，kg/h;(=5t/h) 60時(shí)煙氣密度，;(=1.4393)60時(shí)煙氣密度=1.4393,常溫時(shí)碳酸鈉溶液：密度=1200, 黏度=2.3溶液密度與水的密度比為： =0.8進(jìn)塔氣體質(zhì)量流量=5t/h進(jìn)塔碳酸鈉溶液質(zhì)量流量WL= 331.2kg/h查圖得 p=0.008,液泛氣速=0.55m/s其中： 氣體體積流量，m3/s; U 空塔氣速,m/s;塔截面積為：比例因子取1.2， 計(jì)算得 D=3.6m（3）塔高氣相流率 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體體積流量為： 氣相流速為： 傳質(zhì)單元高度 其中 總傳質(zhì)系數(shù)，； =4.10× 傳質(zhì)單元數(shù)進(jìn)塔氣體的摩爾流量為： 進(jìn)塔氣體中的二氧化硫的摩爾流量為： 塔氣體的摩爾流量為：出塔氣體中二氧化硫的摩爾流量為：其中： _傳質(zhì)系數(shù)；（4）填料層高度 分一層，層高度0.497m（5）總塔高 其中：填料層高度，m：h=0.5m; 分離與分布區(qū)高，m; =3.2m; 裙座高度，m; =3.5m;3 設(shè)備選型3.1 水泵其作用是將地下水的水送往循環(huán)水冷卻塔，于地面安裝，提升高度5m，流量90m3/h,查工業(yè)水處理設(shè)備手冊，選用型號(hào)為IS80-65160的水泵2臺(tái)，一用一備，性能參數(shù)如下：水泵性能參數(shù)揚(yáng)程流量軸功率電機(jī)功率效率轉(zhuǎn)速質(zhì)量排出口徑10m120m3/h6.79kw9.5kw782900r/min94kg65mm3.2 循環(huán)水泵其作用是將冷卻水從集水池提升到冷卻塔，于地面安裝，提升高度13.8m，流量90m3/h，查工業(yè)水處理設(shè)備手冊，選用型號(hào)為IS100-80-125的水泵2臺(tái)，一用一備，性能參數(shù)如下：循環(huán)水泵性能參數(shù)表揚(yáng)程流量軸功率電機(jī)功率效率轉(zhuǎn)速質(zhì)量排出口徑20m145m3/h7.28kw11kw742900r/min113kg80mm3.3 堿液泵安裝在換熱器之前，用于將堿液從儲(chǔ)罐送往換熱器及循環(huán)送往吸收塔，選用型號(hào)為IS65-50-125的泵2臺(tái)，一用一備，性能參數(shù)如下： 堿液泵性能參數(shù)電機(jī)功率電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速流量揚(yáng)程軸功率1.5kw2900r/min12.5m3/h32m1.79kw根據(jù)Gs=1772.8m3/h,供氣壓力為12.96kpa,選用2臺(tái)離心式通風(fēng)機(jī)，一用一備，性能參數(shù)如下： 風(fēng)機(jī)性能參數(shù)風(fēng)機(jī)型號(hào)口徑轉(zhuǎn)速進(jìn)口流量軸功率配電機(jī)功率8-18-101NO.7250mm2900r/min5610m3/h54.5kw11.45kw4 附圖5 參考文獻(xiàn)【1】郝吉明, 馬廣大主編. 大氣污染控制工程(第二版).高等教育出版社, 2002.【2】吳忠標(biāo)主編. 大氣污染控制工程.浙江大學(xué)出版社, 2001.【3】魏先勛等主編. 環(huán)境工程設(shè)計(jì)手冊(修訂版).湖南科學(xué)技術(shù)出版社, 2002.【4】劉天齊主編. 三廢處理工程技術(shù)手冊(廢氣卷).化學(xué)工業(yè)出版社，1999.【5】周興求主編.環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)手冊-大氣污染控制設(shè)備.化學(xué)工業(yè)出版社,2004【6】吳忠標(biāo)主編.實(shí)用環(huán)境工程手冊-大氣污染控制工程.化學(xué)工業(yè)出版社，2001- 12 -