火電廠鍋爐高硫無煙煤煙氣 電除塵濕式脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 中北大學(xué)（朔州校區(qū)）2012級大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)說明書SG-400/140型火電廠鍋爐高硫無煙煤煙氣電除塵濕式脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要現(xiàn)如今火電廠數(shù)量逐漸增加，火電廠鍋爐產(chǎn)生的煙氣量也隨之增多，煙氣中的二氧化硫等氣體若未經(jīng)處理達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)就排放，無疑會對我們的大氣造成污染，危害人類及動植物的健康。因此，我們需要按照不同型號鍋爐參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，以使煙氣排放在達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下盡可能的提高凈化效率，使污染及危害降到最低。本次課程設(shè)計(jì)就是針對SG-400/140型火電廠鍋爐高硫無煙煤煙氣，利用電除塵濕式脫硫的方法，設(shè)計(jì)計(jì)算出最高效的除塵凈化系統(tǒng)，以降低煙氣中有害氣體的排放濃度，保護(hù)我們的大

2、氣環(huán)境。關(guān)鍵詞：煙氣排放，濕式脫硫，大氣污染，凈化I目錄1 引言11.1 電除塵簡介11.2 濕式石灰法脫硫簡介12 燃燒計(jì)算22.1 理論需氧量22.2 理論空氣量22.3 理論煙氣量22.4 實(shí)際煙氣量32.5 煙塵濃度計(jì)算32.6 SO2濃度計(jì)算33 凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的分析33.1 凈化設(shè)備的工作原理及特點(diǎn)33.1.1 電除塵器的工作原理及特點(diǎn)33.1.2 濕式石灰法脫硫的工作原理及特點(diǎn)43.2 運(yùn)行參數(shù)的選擇與設(shè)計(jì)43.2.1 電除塵器運(yùn)行參數(shù)的選擇與設(shè)計(jì)43.2.2 濕式石灰法脫硫運(yùn)行參數(shù)的選擇與設(shè)計(jì)43.3 凈化效率的影響因素44 尺寸計(jì)算54.1 除塵設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算54.2 脫

3、硫設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算64.2.1 噴淋塔內(nèi)流量計(jì)算64.2.2 噴淋塔徑計(jì)算64.2.3 噴淋塔高度計(jì)算74.2.4 新鮮漿料的確定84.3 煙囪設(shè)計(jì)計(jì)算84.3.1 煙囪的幾何高度的計(jì)算84.3.2 煙氣釋放熱計(jì)算94.3.3 煙氣抬升高度計(jì)算94.3.4 煙囪直徑的計(jì)算94.3.5 煙囪高度校核105 阻力計(jì)算105.1 管徑計(jì)算105.2 摩擦壓力損失115.3 局部壓力損失115.4 煙囪阻力計(jì)算125.5 系統(tǒng)總阻力計(jì)算126 設(shè)備選型126.1 風(fēng)量的計(jì)算126.2 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的計(jì)算136.3 電機(jī)功率的核算137 總結(jié)14參考文獻(xiàn)15致謝161 引言1.1 電除塵簡介 我國全面系統(tǒng)地

4、對電除塵器技術(shù)進(jìn)行研究和開發(fā)始于上個世紀(jì)60年代。國內(nèi)的研究主要分布在本質(zhì)機(jī)理研究、存在問題與改造試驗(yàn)研究、外圍輔助設(shè)備研究；而國外的研究主要包括：電場特性研究、除塵效率研究、粒子運(yùn)動研究和模擬方法研究。并指出采用數(shù)據(jù)融合的技術(shù)來研究電除塵器的思路。電除塵器是火力發(fā)電廠必備的配套設(shè)備，它的功能是將燃灶或燃油鍋爐排放煙氣中的顆粒煙塵加以清除，從而大幅度降低排入大氣層中的煙塵量，這是改善環(huán)境污染，提高空氣質(zhì)量的重要環(huán)保設(shè)備。在收集細(xì)粉塵的場合，電除塵器是主要的除塵裝置之一。電除塵器是含塵氣體在通過高壓電廠進(jìn)行電離的過程中，使塵粒荷電，并在電場力的作用下使塵粒趁機(jī)在集塵極上，將塵粒從含塵氣體中分離出

5、來的一種除塵設(shè)備。電除塵過程與其他除塵過程的根本區(qū)別在于，分離離直接作用在粒子上，而不是作用在整個氣流上，這就決定了它具有分離粒子耗能小，氣流阻力也小的特點(diǎn)。由于作用在粒子上的靜電力相對較大，所以即使對亞微米級的粒子也能有效的捕集。電除塵器主要由電暈電極、集塵極、高壓供電設(shè)備、氣流分布板等組成。電除塵器的工作原理涉及懸浮粒子荷電，帶電離子在電廠內(nèi)遷移和捕集，以及將捕集物從集塵表面上清除三個基本過程。在正負(fù)離子運(yùn)行中,電暈區(qū)里的粉塵帶正電荷,移向電暈極,因此,電暈極也會不斷積灰,只不過量較小。收集到的粉塵通過振打裝置使其跌落,聚集到下部的灰斗中由排灰電機(jī)排出,使氣體得到凈化。1.2 濕式石灰法脫

6、硫簡介 濕式石灰法脫硫是采用石灰石或者石灰漿液脫除煙氣中SO2的方法。該方法開發(fā)較早，工藝成熟，吸收廉價(jià)易得，因而應(yīng)用廣泛。且具有脫硫反應(yīng)速度快、設(shè)備簡單、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，但普遍存在腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高及易造成二次污染等問題。日本、德國、美國的火力發(fā)電廠采用的煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝。它的工作簡介是：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(jìn)行氧化反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣達(dá)到一定飽和度后，結(jié)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(jī)送至石膏貯倉堆放，脫硫后的煙氣經(jīng)過

7、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(fù)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 燃燒計(jì)算 以1kg煤燃燒為基礎(chǔ)，則表1 燃燒成分表重量/g摩爾數(shù)/mol需O2量/mol生成物生成物量/molC67055.855.8CO255.8H23235.75H2O11.5O130S351.11.1SO21.1N151.1N20.55H2O452.52.1 理論需氧量 （式2.1） 2.2 理論空氣量 （式2.2） 2.3 理論煙氣量 理論空氣量條件下煙氣組成（mol）為： CO2:55.8 H2O: SO2:1.1 N2

8、: 理論煙氣量為： （式2.3） 2.4 實(shí)際煙氣量 （式2.4） 160時，煙氣量為 （式2.5） 煙氣流量 （式2.6） 2.5 煙塵濃度計(jì)算 已知飛灰率為：3O.7% （式2.7） 2.6 SO2濃度計(jì)算 （式2.8） 3 凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的分析3.1 凈化設(shè)備的工作原理及特點(diǎn)3.1.1 電除塵器的工作原理及特點(diǎn) 原理：電除塵器的工作原理涉及懸浮粒子荷電，帶電離子在電廠內(nèi)遷移和捕集，以及將捕集物從集塵表面上清除三個基本過程。在正負(fù)離子運(yùn)行中,電暈區(qū)里的粉塵帶正電荷,移向電暈極,因此,電暈極也會不斷積灰,只不過量較小。收集到的粉塵通過振打裝置使其跌落,聚集到下部的灰斗中由排灰電機(jī)排出,使氣

9、體得到凈化。（1） 特點(diǎn)：電除塵過程與其他除塵過程的根本區(qū)別在于，分離離直接作用在粒子上，而不是作用在整個氣流上，這就決定了它具有分離粒子耗能小，氣流阻力也小的特點(diǎn)。由于作用在粒子上的靜電力相對較大，所以即使對亞微米級的粒子也能有效的捕集。3.1.2 濕式石灰法脫硫的工作原理及特點(diǎn)（1） 原理：采用石灰/石灰石漿液吸收煙氣中的，分為吸收和氧化兩個階段。先吸收生成的亞硫酸鈣：石灰石：石灰：然后將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣。（2） 特點(diǎn)：有多種因素影響到吸收洗滌塔的長期可靠運(yùn)行：設(shè)備腐蝕、結(jié)垢和堵塞、除霧器堵塞、脫硫劑的利用率、脫硫產(chǎn)物及綜合利用等。3.2 運(yùn)行參數(shù)的選擇與設(shè)計(jì)3.2.1 電除塵器運(yùn)行參

10、數(shù)的選擇與設(shè)計(jì)多孔板通常采用厚度為33.5mm間的鋼板，開孔率（開孔面積與板總面積之比）一般為25%50%之間，孔徑為3050mm間，分布板層數(shù)為23層;板式除塵器兩平行集塵板板間距離一般為200400mm，極板高度為1015m，極板的長度為1020m；通常高壓供電設(shè)備的輸出峰值電壓為70100kv，電流為1002000mA；氣體含塵濃度超過30時，宜加設(shè)與凈化設(shè)備；集塵極內(nèi)平均流速為1.02.0m；比集塵極表面積一般為3002400；集塵板長高比至少為1.01.5。3.2.2 濕式石灰法脫硫運(yùn)行參數(shù)的選擇與設(shè)計(jì) 再熱煙氣溫度大于75，煙氣流速在15m/s，漿液Ph大于9，石灰/石灰石漿質(zhì)量濃

11、度在10%15%之間，液氣比在825，氣液反應(yīng)時間35s，氣流速度為3.0m/s，噴嘴出口流速10m/s，噴淋效率覆蓋率200%300%，脫硫石膏含水率為40%60%，一般噴淋層為36層，煙氣中體積分?jǐn)?shù)為4000/，脫硫系統(tǒng)阻力在25003000Pa。3.3 凈化效率的影響因素（1） 電除塵器凈化效率的影響因素：氣流分布的影響、氣體含塵量、粉塵的比電阻、氣流速度、電氣參數(shù)、清灰等。（2） 濕式石灰法脫硫凈化效率的影響因素：漿液pH、石灰石粒度、液氣比、鈣硫比等。4 尺寸計(jì)算4.1 除塵設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 除塵效率的計(jì)算： = （式4.1） (2) 集塵極的比集塵面積： （式4.2） （3）

12、 集塵板總面積： （式4.3） 考慮因處理氣體量，濃度，壓力的波動和供電系統(tǒng)的可靠性等因素影響，參照實(shí)際生產(chǎn)情況，取富裕系數(shù)m=1.52.0。（4） 實(shí)際需要的集塵板面積為： （式4.4） 取=7500（5） 實(shí)際集塵板的比集塵面積為： （式4.5） （6） 電除塵器有效截面積：取氣流速度 F=111.4m （式4.6） （7） 集塵板高度為：h=10.55m （式4.7） 對于板臥式電除塵器而言，其電場斷面接近正方形，一邊氣流與斷面均勻分布。所以，集塵極極板寬度取10.55m。（8） 氣體在電除塵器內(nèi)的通道數(shù)：取集塵極間距B=0.3m； n=35.2，取n=35 （式4.8） （9） 集塵板

13、總長度； =10.2m，取=11m （式4.9） （10） 電暈線間距取300mm；（11） 灰斗傾斜角45度，灰斗高2.25m，出口直徑550mm，共設(shè)4個灰斗；4.2 脫硫設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1 噴淋塔內(nèi)流量計(jì)算假設(shè)噴淋塔內(nèi)平均溫度為，壓力為150KPa，則噴淋塔內(nèi)煙氣流量為： = （式4.10） 式中：噴淋塔內(nèi)煙氣流量，； 標(biāo)志下煙氣流量，； K除塵前漏氣系數(shù)，00.1； 4.2.2 噴淋塔徑計(jì)算依據(jù)石灰石煙氣脫硫的操作條件參數(shù)，可選擇噴淋塔內(nèi)煙氣流速v=3m/s，則噴淋塔截面A為： A=55.7m （式4.11）則塔徑d為： d=8.4m （式4.12）取塔徑=8500mm。4.2

14、.3 噴淋塔高度計(jì)算 噴淋塔可看做由三部分組成，分成為吸收區(qū)、除霧區(qū)和漿池。(1) 吸收區(qū)高度依據(jù)石灰石法煙氣脫硫的操作條件參數(shù)得，選擇噴淋塔噴氣液反應(yīng)時間t=4s，則噴淋塔的吸收區(qū)高度為： H=vt=3×4=12m （式4.13） (2) 除霧區(qū)高度除霧器設(shè)計(jì)成兩段。每層除霧器上下各設(shè)有沖洗噴嘴。最下層沖洗噴嘴距最上層(3.43.5)m。則取除霧區(qū)高度為：(3) 漿池高度 漿池容量按液氣比漿液停留時間確定： =15×10-3×601470×=902.2m3 （式4.14）式中： 液氣比，取15； Q標(biāo)況下煙氣量，； 漿液停留時間，取6min；選取漿池直

15、徑等于或略大于噴淋塔，本設(shè)計(jì)中選取的漿料直徑為9m，然后再根據(jù)計(jì)算漿池高度： （式4.15） 式中：漿池高度，m； 漿池容積，； 漿池直徑，m。從漿池液面到煙氣進(jìn)口底邊的高度為0.82m。本設(shè)計(jì)中取為2m。(4) 噴淋塔高度 噴淋塔高度為： 12+3.5+14.2=29.7m （式4.16）4.2.4 新鮮漿料的確定 1mol 1mol因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)一般鈣/硫?yàn)椋?.051.1，此處設(shè)計(jì)取為1.1,則由平衡計(jì)算可得1h需消耗Cao的量為： 1.1×0.5×14×103 =7700mol/h 4.3 煙囪設(shè)計(jì)計(jì)算具有一定速度的熱煙氣從煙囪出口排除后由于具有一定的初始動

16、量,且溫度高于周圍氣溫而產(chǎn)生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。這相對增加了煙囪的幾何高度，因此煙囪的有效高度為： （式4.17）式中：H煙囪的有效高度，m； 煙囪的幾何高度，m； 煙囪抬升高度，m。4.3.1 煙囪的幾何高度的計(jì)算查相關(guān)資料可得燃燒鍋爐房煙囪最低允許高度設(shè)為為60m4.3.2 煙氣釋放熱計(jì)算 （式4.18）式中：煙氣熱釋放率，kW； 大氣壓力，取鄰近氣象站年平均值； 實(shí)際排煙量， 煙囪出口處的煙氣溫度，433K； 環(huán)境大氣溫度，K；取環(huán)境大氣溫度=293K，大氣壓力=978.4kPa （式4.19） = （式4.20） Q=0.35×978.4×188&#

17、215;=16962kw （式4.21）4.3.3 煙氣抬升高度計(jì)算 由2100kW<<21000kW, -可得： （式4.22）式中：系數(shù)，取0.6，取0.4，取0.292，則： （式4.23） 煙囪有效源高 H=60+129.5=189.5m4.3.4 煙囪直徑的計(jì)算 設(shè)煙氣在煙囪內(nèi)的流速為，則煙囪平均截面積為： A=7.52m （式4.24）則煙囪的平均直徑d為： d=2.8m （式4.25）取煙囪直徑為D=3000mm，校核流速v得： V=21.7m/s （式4.26）4.3.5 煙囪高度校核 假設(shè)吸收塔的吸收效率為：96%，可得排放煙氣中二氧化硫的濃度為： （式4.27）

18、 二氧化硫排放的排放速率： （式4.28） （式4.29）式中： 為一個常數(shù)，一般取0.51，此處取0.6； H煙囪有效源高； 國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)日平均的濃度為0.15mg/m3>0.1036mg/m3，則設(shè)計(jì)符合要求。5 阻力計(jì)算5.1 管徑計(jì)算設(shè)管道采用鋼板材料制造，管道內(nèi)平均流速為12m/s，平均溫度為，則管徑的為： （式5.1）取管徑D為4m，校核流速為： （式5.2）5.2 摩擦壓力損失已知l=550m，溫度為100下煙氣濃度為0.950，則 （式5.3）式中： 摩擦壓力損失，Pa； l管段長度，m； 摩擦阻力損失系數(shù)； 管道內(nèi)氣體的平均流速，12m/s； 管道的水力半徑

19、，m； 煙氣濃度，0.950； 取，則： 5.3 局部壓力損失已知彎頭75個，設(shè)其標(biāo)準(zhǔn)彎頭 （式5.4）式中：局部壓力損失，Pa； n彎頭個數(shù)，75； 局部壓力損失系數(shù)，=0.35； 煙氣濃度，0.950； 管道內(nèi)氣體的平均流速，12m/s； 則管道系統(tǒng)阻力= （式5.5）5.4 煙囪阻力計(jì)算已知煙囪高度h=189.5m，取，則； 5.5 系統(tǒng)總阻力計(jì)算已知煙氣在鍋爐出口前阻力為1060Pa，查相關(guān)資料，脫硫設(shè)備的阻力為880Pa，電除塵器的阻力為250Pa，引風(fēng)機(jī)阻力取500Pa，則系統(tǒng)總阻力為：系統(tǒng)總阻力=爐系統(tǒng)阻力+管道系統(tǒng)阻力+脫硫設(shè)備阻力+引風(fēng)機(jī)阻力+煙囪阻力+電除塵器阻力=1060

20、+880+250+500+725.8+3300.3=6716.1Pa6 設(shè)備選型6.1 風(fēng)量的計(jì)算 （式6.1）式中： 通風(fēng)機(jī)風(fēng)量，； 管道系統(tǒng)的總風(fēng)量，； 6.2 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的計(jì)算 （式6.2）式中： 通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，Pa； 系統(tǒng)總阻力，Pa；實(shí)況下的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓： 根據(jù)和選定Y4-73-11鍋爐用離心通風(fēng)機(jī)。6.3 電機(jī)功率的核算 （式6.3）式中： 風(fēng)機(jī)風(fēng)量，； 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，Pa； 風(fēng)機(jī)在全壓頭時的效率，此處取0.7； 機(jī)械傳動效率，采用風(fēng)機(jī)與電機(jī)直接傳動，取1； 電動機(jī)備用系數(shù)，對引風(fēng)機(jī)，=1.3； 根據(jù)電動機(jī)的功率及風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)選定型電動機(jī)。7 總結(jié) 經(jīng)過了一周的努力，終于到了總結(jié)結(jié)束的步驟。這次我們設(shè)計(jì)的是SG-400/140型火電廠鍋爐高硫無煙煤煙氣電除塵濕式脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過這次設(shè)計(jì)，我對煙氣