大氣污染控制工程脫硫課程設計萬物生長.doc

大氣污染控制工程課程設計報告大氣污染控制工程課程設計設計題目：10t/h燃煤鍋爐煙氣的脫硫工藝設計組名：萬物生長組 員：呂鵬飛、段仕旗、王誠、夏炯陽、劉嘉誠、何知博年級：工程1432系部：環(huán)境工程專業(yè)：環(huán)境工程完成時間：2015.11.3目 錄一、引言1 1.1 煙氣除塵脫硫的意義1 1.2 設計目的1 1.3 設計任務及內(nèi)容1 1.4 設計資料2二、工藝方案的確定及說明3 2.1 工藝流程圖3 2.2 基礎資料的物料衡算3 2.3 工藝方案的初步選擇與確定5 2.4 整體工藝方案說明53、 主要處理單元的設計計算6 3.1脫硫設備設計7 3.1.1常見的煙氣脫硫工藝8 3.1.2 比對脫硫技術10 3.1.3 脫硫技術的選擇11 3.2濕法脫硫簡介和設計12 3.2.1 基本脫硫原理13 3.2.2 脫硫工藝流程14 3.2.3 脫硫影響因素15 1、 引言1.1煙氣除塵脫硫的意義目前，大氣污染已經(jīng)變成了一個全球性的問題，主要有溫室效應、臭氧層破壞和酸雨。而大氣污染可以說主要是人類活動造成的，大氣污染對人體的舒適、健康的危害包括對人體的正常生活和生理的影響。我國隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，因燃煤排放的二氧化硫、顆粒物等有毒有害的污染物質(zhì)急劇增多。由于我國部分地區(qū)燃用高硫煤，燃煤設備未能采取脫硫措施，致使二氧化硫排放量不斷增加，造成嚴重的環(huán)境污染甚至已經(jīng)直接影響到人們的身體健康。因而已經(jīng)到了我們不得不面對的時候，這里我們將用科學的態(tài)度去面對去防治。該燃煤鍋爐煙氣的污染物主要是顆粒污染物和二氧化硫，且排放量比較大，所以必須通過有效的措施來進行處理，以免污染空氣，影響人們的健康生活。通過設計合適的除塵脫硫系統(tǒng)對煙氣進行處理，從而盡量使排放的煙氣污染物濃度達標，而不至于污染環(huán)境和危害人體健康。1.2設計目的通過本課程設計的綜合訓練，使環(huán)境工程專業(yè)學生掌握大氣污染控制工程課程所要求的基本設計方法，具備初步的大氣污染控制工程方案及設備的獨立設計能力，鍛煉學生查閱和收集專業(yè)資料和設計手冊的技能，培養(yǎng)學生綜合運用所學的理論知識獨立分析和解決大氣污染控制工程實際問題的實踐能力。1.3 設計任務及內(nèi)容A. 設計題目 某燃煤鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設計B. 設計任務及要求 1. 基本物料衡算：計算燃煤鍋爐排煙量、煙塵濃度、二氧化硫濃度及凈化效率的計算；2. 凈化系統(tǒng)工藝方案的確定；3. 主要設備尺寸的計算； 1.4 設計資料第4組資料：1、鍋爐耗煤及排煙情況鍋爐型號：SZL6-1.6型（共3臺）燃煤量：1000kg/h（臺）蒸發(fā)量：7 t/h（臺）煙氣出口處離地面2.5m排煙溫度：160 煙氣密度（標態(tài)）：1.35 kg/m3空氣過剩系數(shù)：1.38飛灰占煤中不燃分分比例：18%2、煤質(zhì)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、粉塵粒徑分布表1-1 第三組粒徑分布粒徑（m）15258155835131含量（%）3.64.849.237.14.21.1表1-2 粉塵比電阻溫度15100200300比電阻cm310781071.51073.51074、氣象資料 當?shù)貧庀筚Y料顯示：該地區(qū)年平均氣壓98 kPa；空氣中含水（標態(tài)）：0.015 kg/m3；年平均氣溫18.6 ；極端最高氣溫39.9 ；極端最低氣溫-1.9 。二、工藝方案的確定及說明2.1 工藝流程圖袋式除塵器鍋爐煙氣旋流板脫硫塔引風機煙囪排放循環(huán)沉淀池pH控制器堿液箱循環(huán)泵圖2-1 煙氣處理工藝流程圖2.2 基礎資料的物料衡算1. 理論空氣量 （2-1） =6.9855 式中：2. 理論煙氣量（設空氣含濕量0.015 kg/m3）（m3N/kg） =7.5290（m3N/kg） （2-2）式中：理論空氣量（m3N/kg）10.30%；1.22%3. 實際煙氣量 （m3N/kg） （2-3） = 10.2331（m3N/kg） 式中：a 1.38。 理論煙氣量（m3N/kg） 理論空氣量（m3N/kg）4. 煙氣流量 設計耗煤量 （2-4） 29164.335（m3N/h） 8.1012（m3N/s）式中：m3N/h計 實際煙氣量（m3N/kg） 設計耗煤量950 3kg/h5. 工況下總煙氣量 (2-5)式中： 標準狀況下的煙氣流量，； 工況下煙氣溫度，K； 標準狀態(tài)下的溫度，273K。6 煙氣含塵濃度： （2-6） 式中：18%； 15.18%； 29164.335（mg/m3N）。7. 煙氣中二氧化硫濃度的計算： 3.9480103（mg/m3N） （2-7） 式中： 2.02%。 燃煤產(chǎn)生的實際煙氣量（m3N/kg） 8. 除塵效率計算: (2-8) 式中：C煙氣含塵濃度，mg/m3N； Cs鍋爐煙塵排放標準中規(guī)定值，200mg/m3N。 9. 脫硫效率計算 (2-9) 式中：CSO2標準狀態(tài)下鍋爐二氧化硫排放標準中規(guī)定值，900。 SO2標準狀態(tài)下二氧化硫濃度，3.9480103；表2-1 計算所得數(shù)據(jù)表序號項目計算所得序號項目計算所得1理論空氣量6煙氣含塵濃度2理論煙氣量7煙氣中二氧化硫濃度3實際煙氣量8除塵效率4煙氣流量 9脫硫效率5工況下總煙氣量3.1 脫硫設備設計3.1.1常見的煙氣脫硫工藝脫硫技術是將煤中的硫元素用鈣基等方法固定成為固體防止燃燒時生成SO2。燃燒后的煙氣脫硫工藝常見的有以下幾種：1. 石膏脫硫法 石膏脫硫法的工作原理是：將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進行氧化反應生成硫酸鈣，硫酸鈣達到一定飽和度后，結晶形成二水石膏。經(jīng)吸收塔排出的石膏漿液經(jīng)濃縮、脫水，使其含水量小于10%，然后用輸送機送至石膏貯倉堆放，脫硫后的煙氣經(jīng)過除霧器除去霧滴，再經(jīng)過換熱器加熱升溫后，由煙囪排入大氣。）由于吸收塔內(nèi)吸收劑漿液通過循環(huán)泵反復循環(huán)與煙氣接觸，吸收劑利用率很高，鈣硫比較低，脫硫效率可大于95%。 2.氨水洗滌法脫硫工藝 該脫硫工藝以氨水為吸收劑，副產(chǎn)硫酸銨化肥。鍋爐排出的煙氣經(jīng)換熱器冷卻至90100，進入預洗滌器經(jīng)洗滌后除去HCI和HF，洗滌后的煙氣經(jīng)過液滴分離器除去水滴進入前置洗滌器中。在前置洗滌器中，氨水自塔頂噴淋洗滌煙氣，煙氣中的SO2被洗滌吸收除去，經(jīng)洗滌的煙氣排出后經(jīng)液滴分離器除去攜帶的水滴，進入脫硫洗滌器。在該洗滌器中煙氣進一步被洗滌，經(jīng)洗滌塔頂?shù)某F器除去霧滴，進入脫硫洗滌器。再經(jīng)煙氣換熱器加熱后經(jīng)煙囪排放。 3.煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝 煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝由吸收劑制備、吸收塔、脫硫灰再循環(huán)、除塵石灰石膏法脫硫工藝流程器及控制系統(tǒng)等部分組成。該工藝一般采用干態(tài)的消石灰粉作為吸收劑，或者其它對二氧化硫有吸收反應能力的干粉或漿液作為吸收劑。 由鍋爐排出的煙氣從吸收塔（即流化床）底部進入。（吸收塔底部為一個文丘里裝置，煙氣流經(jīng)文丘里管后速度加快，并在此與很細的吸收劑粉末互相混合，顆粒之間、氣體與顆粒之間劇烈摩擦，形成流化床，）。在噴入均勻水霧降低煙溫的條件下，吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應生成CaSO和CaSO。脫硫后攜帶大量固體顆粒的煙氣從吸收塔頂部排出，進入再循環(huán)除塵器，被分離出來的顆粒經(jīng)中間灰倉返回吸收塔，由于固體顆粒反復循環(huán)達百次之多，故吸收劑利用率較高。 此工藝所產(chǎn)生的副產(chǎn)物呈干粉狀，主要由飛灰、CaSO3、CaSO4和未反應完的吸收劑Ca(OH)2等組成，適合作廢礦井回填、道路基礎等。 典型的煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝，當燃煤含硫量為2%左右，鈣硫比不大于1.3時，脫硫率可達90%以上，排煙溫度約70。此工藝在國外目前應用在1020萬千瓦等級機組。由于其占地面積少，投資較省，尤其適合于老機組煙氣脫硫。3.1.2比對脫硫技術SO2的控制技術可分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃炔的脫硫（亦稱為煙氣脫硫）三種。由于煙氣中的硫以SO2形態(tài)存在，脫除較易，煙氣脫硫（FGD)是目前應用最廣泛、效率最高的脫硫技術，也是控制SO2排放的主要手段。本課程設計中含硫煙氣為低濃度SO2煙氣，由于其煙氣量大，直接選擇采用煙氣脫硫工藝進行凈化。根據(jù)脫硫過程是否加入液體和脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài)可將煙氣脫硫方法分為濕法、半干法、干法。濕法脫硫里應用溶液或漿液吸收SO2，其直接產(chǎn)物也是溶液或漿液，具有工藝成熟，脫硫效率高、操作簡單等優(yōu)點，但脫硫液處理較麻煩，容易造成二次污染，且脫硫后煙氣的溫度較低，不利于擴散。干法煙氣脫硫過程無液體介入，完全在干燥狀態(tài)下進行，且脫硫產(chǎn)物也為干粉狀，因而工藝簡單投資較低，凈化后溫度降低很少，利于擴散，且無廢水排出，但凈化效率一般不高。半干法里用霧化的脫硫劑或漿液脫硫。但在脫硫過程中，霧滴被蒸發(fā)干燥，直接產(chǎn)物是干態(tài)粉末，具有干法和濕法脫硫優(yōu)點。表3-9 一些煙氣脫硫方法介紹原理方法分類脫硫劑脫硫方法干濕狀態(tài)脫硫產(chǎn)物處理終產(chǎn)品吸收石灰石/石灰法Ca(OH)2CaCO3石灰石/石灰直接噴射法干法爐內(nèi)噴鈣-爐厚活化法半干法拋棄或利用脫硫灰噴霧干燥法半干法拋棄或利用脫硫灰循環(huán)流化床脫硫法半干法拋棄或利用脫硫灰增濕灰循環(huán)脫硫法半干法拋棄或利用脫硫灰濕式石灰石/石灰-石膏法濕法氧化石膏石灰-亞硫酸鈣法濕法加工產(chǎn)品亞硫酸鈣氨法(NH4)2SO3氨-酸法濕法酸化分解濃SO2、化肥氨-亞氨法濕法氨中和亞硫酸銨氨-硫氨法濕法氧化硫酸銨NH3H2O新氨法濕法酸分解、制酸化肥、硫酸鈉堿法Na2SO3(NaOH、Na2CO3)亞硫酸鈉循環(huán)法濕法熱再生濃SO2亞硫酸鈉法濕法堿綜合亞硫酸鈉鈉鹽-酸分解法濕法酸化分解濃SO2、冰晶石海水脫硫海水中CO32-、HCO3-等堿性物質(zhì)海水脫硫法濕法排入大海間接石灰石/石灰法Na2SO3或NaOH雙堿法濕法石灰中和石膏Al2(SO4)3Al2O3堿性硫酸鋁-石膏法濕法石灰中和石膏金屬氧化物法MgO氧化鎂法濕法加熱分解濃SO2ZnO氧化鋅法濕法加熱分解濃SO2、氧化鋅MnO氧化錳法濕法電解金屬錳吸附活性炭吸附法活性炭活性炭制酸法濕法水洗再生稀硫酸活性炭(NH4)2HPO4磷銨肥法濕法萃取、氨綜合、氧化磷銨復肥氧化催化氧化法O2及釩催化劑干式氧化法干法濃H2SO4吸收硫酸稀H2SO4及Fe3+催化劑液相氧化法濕法石灰中和石膏高能電子氧化法自由基電子束照射法干法氨中和硫銨等離子體脈沖電暈等離子干法氨中和硫銨3.1.3脫硫技術的選擇我國由于地域遼闊，各地經(jīng)濟條件，燃煤煤質(zhì)、脫硫劑來源、環(huán)保要求等不盡相同，結合相關材料，該鍋爐脫硫技術的選用應考慮以下主要原則：A. 技術成熟、運行可靠，至少在國外已有商業(yè)化先例，并有較多的應用業(yè)績。B. 脫硫后煙氣中的SO2達到(GB13271-2001)中二類標準。C. 脫硫設施的投資和運行費用適中，一般應低于電廠主體工程總投資的15%以下，煙氣脫硫后發(fā)電成本增加不超過0.03元/（KWh）D. 脫硫劑供應有保障，占地面積小，脫硫產(chǎn)物可回收利用或衛(wèi)生處理處置。E. 通過之前對基礎資料的物料衡算，該燃煤鍋爐的脫硫效率應達到77.20%。綜合以上的分析和要求，我們組最終決定選用石灰石/石灰石膏法作為該鍋爐的脫硫工藝。采用該工藝的優(yōu)勢如下：A. 首先石灰石/石灰石膏法開發(fā)較早，工藝成熟，Ca/S比較低，且在國外應用廣泛。（美國脫硫工藝80%是石灰石/石膏法，德國有90%，日本也有75%以上）B. 從表3-9中看出，燃煤發(fā)電機組大多數(shù)選用濕法石灰石/石膏FGD技術。而且吸收塔中，以噴淋空塔為主。C. 該工藝在我國有先例：上海閘北電廠曾進行過工業(yè)試驗，重慶珞璜電廠中FGD占電廠總投資11.5%。3.2 濕法脫硫簡介和設計3.2.1 基本脫硫原理石灰石/石灰石膏法是采用石灰石或石灰漿液脫出煙氣中SO2并副產(chǎn)石膏的脫硫方法。該法開發(fā)較早，工藝成熟，Ca/S比較低，操作簡便，吸附劑價廉易得，所得石膏副產(chǎn)品可做為輕質(zhì)建筑材料。因此，這種工藝應用廣泛。上海閘北電廠曾進行過工業(yè)實驗，重慶珞璜電廠從日本三菱重工公司引進了配套2360MW機組的石灰石-石膏法脫硫裝置。 該脫硫過程以石灰石或石灰漿液為吸收劑吸收煙氣中SO2，主要分為吸收和氧化兩個步驟。首先生成亞硫酸鈣，然后亞硫酸鈣再被氧化為硫酸鈣，整個過程發(fā)生的主要反應如下： 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吸收塔內(nèi)由于氧化副反應生成溶解度很低的石膏，很容易在吸收塔內(nèi)沉積下來造成結垢和堵塞。溶液pH值愈低，氧化副反應愈容易進行。3.2.2 脫硫工藝流程并流式石灰石/石灰-石膏法工藝流程。鍋爐煙氣經(jīng)除塵、冷卻后送入吸收塔，吸收塔內(nèi)用配置好的石灰石或石灰漿液洗滌含SO2煙氣，經(jīng)洗滌凈化的煙氣經(jīng)除霧和再熱后排放。石灰漿液在吸收SO2后，成為含有亞硫酸和亞硫酸氫鈣的混合液，在母液槽中用硫酸將其混合液的pH值調(diào)整為44.5，用泵送入氧化塔，在氧化塔內(nèi)6080。C下被4.9105Pa的壓縮空氣氧化。生成的石膏經(jīng)增稠器使其沉積，上清液返回吸收循環(huán)系統(tǒng)，石膏漿經(jīng)離心機分立得到石膏。該工藝的主要設備為吸收塔和氧化塔；吸收塔 吸收塔是整個工藝的核心設備，其性能對SO2的去除率有很大影響，從技術和經(jīng)濟兩方面進行權衡，選擇噴淋塔為吸收塔；氧化塔 為了加快氧化速度，做為氧化用的空氣進入塔內(nèi)必須分散成微細的氣泡，以增大氣液的接觸面積。3.2.3 脫硫影響因素漿液的PH值 吸收塔洗滌漿液中pH值的高低直接影響SO2 的吸收率及設備的結垢、腐蝕程度等, 而且脫硫過程的pH值是在一定范圍內(nèi)變化的。長期的研究和工程實踐表明,濕法煙氣脫硫的工藝系統(tǒng)采用的石灰石漿液的PH值控制在5.86.2，石灰石漿液PH一般控制在7左右；液氣比 液氣比對吸收推動力、吸收設備的持液量有影響。增大液氣比對吸收起促進作用，但大氣液比對設備要求高且費用高，實際中要視情況而定。本系統(tǒng)采用15L/m3；石灰石的粒度 一般來說，粒度減小，脫硫率及石灰石利用率高。為了保證脫硫石膏的綜合利用及減少廢水的排放量，用于脫硫的石灰石中CaCO3的含量宜高于90%；吸收溫度 低洗滌溫度有利于SO2 的吸收。所以要求整個漿液洗滌過程中的煙氣溫度都在100以下。100左右的原煙氣進入吸收塔后, 經(jīng)過多級噴淋層的洗滌降溫, 到吸收塔出口時溫度一般為(4570)；煙氣流速選用3.5m/s；結垢，這是該石灰石/石灰-石膏法脫硫工藝的組要缺點。除吸收塔滿足高持液量、有較大的氣液接觸面積等外，可在吸收液中添加鎂離子、氯化鈣、己二酸等。