SHP10-25型鍋爐低硫煙煤煙氣袋式除塵濕式脫硫系統(tǒng)設計

1、大氣污染控制工程1引言隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，工業(yè)化和現(xiàn)代化不斷的推進，這樣就給環(huán)境帶來了前所未有的壓力。工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生了大量的廢氣排放到大氣中，給環(huán)境，人和動物下帶來了很大的威脅。人類的生活水平的不斷提高，對環(huán)境質(zhì)量的要求不斷提高，特別是對于環(huán)境空氣質(zhì)量的要求提高，于是對環(huán)境空氣污染的控制成為了當前的一個重要的問題也是一個難題。在大氣污染控制中，除塵，脫硫也是個重要的控制過程。過濾式除塵器，又稱空氣過濾器，使含塵氣流通過過濾材料將粉塵分離捕集的裝置，采用濾紙或玻璃纖維，填充層做濾料的空氣過濾器，主要用于通風及空氣調(diào)節(jié)等方面的氣體凈化。采用纖維織物做濾料的袋式除塵器，在工業(yè)尾氣除塵等方面應用較廣。

2、2設計概況2.1袋式除塵器袋式除塵器的除塵效率一般可達99%以上。雖然它是最古老的除塵方式之一，但是由于它效率高，性能穩(wěn)定可靠，操作簡單，因而獲得了越來越廣泛的應用。同時在結構形式，濾料，清灰方式和運行方式等方面也都得到了不斷的發(fā)展。濾袋形狀傳統(tǒng)上是圓形，后來出現(xiàn)了扁形，扁袋在相同的過濾面積下的體積更小，具有較好的應用價值。2.1.1袋式除塵器工作原理含塵氣流從下部的孔板進入圓筒形濾袋內(nèi)，在通過濾料的孔隙時，粉塵被捕集與濾料上，透過濾料的清潔空氣有排出口排出。沉積在濾料上的粉塵，可在機械振動作用下從濾料表面脫落，落入灰斗中。常用的濾料由棉，毛，人造纖維等加工而成，濾料本身網(wǎng)孔較大，孔徑一般為2

3、050m，表面起絨的濾料，為510m，因而新鮮的濾料的除塵效率較低。顆粒因截留，慣性碰撞，靜電和擴散等作用，逐漸在濾袋表面形成粉塵層，常稱為粉塵初層。初層形成后，它成為袋式除塵器的主要過濾層，提高了除塵效率，濾布只不過起著形成粉塵初層和支撐它的作用，但隨著顆粒在濾袋上積聚，濾袋兩側(cè)的壓力差增大，會把有些已附在濾料上的細小粉塵擠壓下去，使除塵效率下降。另外若除塵器壓力過高，還會使除塵系統(tǒng)的處理氣體量顯著下降，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的排風效果，因此除塵器阻力達到一定的數(shù)值以后，要及時的清灰。清灰不能過分，即不破壞粉塵初層，否則會引起除塵效率顯著降低。影響袋式除塵器的除塵效率的另一個因素是過濾速度。它定義為煙

4、氣實際體積流量與濾布面積之比，所以也稱為氣布比，過濾速度的一個很重要的技術經(jīng)濟指標，從經(jīng)濟上考慮，選用高的過濾速度，處理相應體積煙氣所需要的濾布面積小，則除塵器體積占地面積和一次投資等都會減小，但除塵器的壓力損失卻加大。從除塵機理看，過濾速度主要影響慣性碰撞和擴散作用。選取過濾速度時還應考慮欲捕集粉塵的粒徑及分布。一般來講，除塵效率隨過濾速度的增加而下降。另外過濾速度的選取還與濾料種類而后清灰方式有關。12.1.2袋式除塵器的清灰方式 (1)機械振動清灰：含塵氣體通過除塵器底部的花板進入濾袋內(nèi)部，當氣體通過濾料時，粉塵顆粒沉積在濾袋內(nèi)部，凈化后的氣體經(jīng)風機由煙囪排出。振動方式大致有三種：濾袋沿

5、水平方向擺動，或沿垂直方向振動，或靠機械轉(zhuǎn)動定期將濾袋扭轉(zhuǎn)一定角度，使沉積于濾袋的顆粒層破碎而落入灰斗中。 機械振動清灰袋式除塵器的過濾風速一般取1.02.0m/min，壓力損失為8001200Pa，該類型的袋式除塵器的優(yōu)點是工作性能穩(wěn)定，清灰效果較好。但濾袋常受機械力作用，損壞較快，濾袋檢修和更換工作量較大。(2)逆氣流清灰：逆氣流清灰是指清灰的氣流方向與正常過濾時方向相反，其形式有反吹風和反吸風兩種。過濾操作過程與機械清灰方式相同，但是清灰是，要關閉含塵氣流，開啟逆氣流進行反吹風，此時濾袋變形，沉積在濾袋表面的灰層破壞脫落，通過花板落入灰斗。逆氣流清灰方式的過濾風速一般為0.31.2m/m

6、in，壓力損失控制范圍一般為10001500Pa。(3)脈沖噴吹清灰：脈沖噴吹清灰也包括逆流反吹過程。這種清灰方式是利用47個標準大氣壓的壓縮空氣反吹，產(chǎn)生較大的清灰效果。壓縮空氣的脈沖產(chǎn)生沖擊波，使濾袋振動，導致積附在濾袋上的灰層脫落。這種清灰方式有可能濾袋清灰過度，繼而使粉塵通過率上升，因此選擇適當壓力的壓縮空氣，和適當?shù)拿}沖持續(xù)時間很重要。脈沖清灰方式的控制參數(shù)為脈沖壓力，頻率，脈沖持續(xù)時間，清灰次序。2.1.3袋式除塵器的濾料濾料是組成袋式除塵器的核心部分，其性能對袋式除塵器的影響很大。選擇濾料時必須考慮含塵氣體的特征，如顆粒和氣體的性質(zhì)（溫度，濕度，粒度和含塵濃度等）。性能良好的濾料

7、應容塵量大，吸濕性小，效率高，阻力低，使用壽命長，同時具備耐溫，耐磨，耐腐蝕，機械程度高等特點。濾料特性除了和纖維本身的性質(zhì)有關外，還與濾料的結構有很大的關系。表面光滑的濾料容塵小，清灰方便，適用于含塵濃度較低的，粘性較大的粉塵，采用的過濾速度不宜過高。表面起毛的濾料內(nèi)部，可以采用較高的過濾速度，但必須及時清灰。2.1.4袋式除塵器的優(yōu)點(1 )除塵效率高，可捕集粒徑大于0.3微米的細小粉塵，除塵效率可達99%以上。 (2 )使用靈活，處理風量可由每小時數(shù)百立方米到每小時數(shù)十萬立方米，可以作為直接設于室內(nèi)，機床附近的小型機組，也可作成大型的除塵室，即“袋房”。 (3 )結構比較簡單，運行比較穩(wěn)

8、定，初投資較少（與電除塵器比較而言）,維護方便。 所以，袋式除塵器廣泛應用于消除粉塵污染，改善環(huán)境，回收物料等。2.2濕式脫硫石灰石/石灰法濕式煙氣脫硫技術是采用石灰石或石灰漿液脫除煙氣中的SO2的方法，開發(fā)較早，工藝成熟，吸收劑廉價易得，該法具有脫硫反應速度快、設備簡單、脫硫效率高等優(yōu)點，但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題。石灰石/石灰法脫硫工藝是世界上應用最廣泛的一種脫硫技術，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。2.2.1石灰石/石灰法脫硫原理及工藝流程化學反應原理：用石灰石或石灰漿液吸收煙氣中的SO2,是首先生成亞硫酸鈣：石灰石：CaC

9、O3+SO2+0.5H2OCaSO30.5 H2O+CO2石灰：CaO+ SO2+0.5H2OCaSO30.5 H2O然后亞硫酸鈣被氧化成硫酸鈣：2CaSO30.5 H2O+O2+3 H2O2CaSO42 H2O工藝流程為：煙氣經(jīng)除塵，冷卻后送入吸收塔，吸收塔內(nèi)用配制好的石灰石或石灰漿液洗滌含有SO2的煙氣，洗滌凈化后的煙氣經(jīng)除霧器和再熱器排放。吸收塔內(nèi)排出的吸收液流入循環(huán)槽，加入新鮮的石灰石或者石灰漿液進行再生。石灰石/石灰法脫硫工藝采用廉價易得的石灰石或石灰作脫硫吸收劑，石灰石經(jīng)破碎磨細成粉狀與水混合攪拌成吸收漿液，當采用石灰為吸收劑時石灰粉經(jīng)消化處理后加水制成吸收劑漿液。在吸收塔內(nèi)，吸收

10、漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學反應從而被脫硫，最終反應產(chǎn)物為石膏。吸收塔內(nèi)的反應、傳遞也極為復雜，脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器除去攜帶的細小液滴，經(jīng)煙囪排入大氣，脫硫石膏漿液經(jīng)脫水裝置脫水后回收利用。剩余漿液與新加入的石灰石漿液一起循環(huán)，這樣就可以使加入的吸收劑充分被利用，并確保石膏晶體的增長。石膏晶體的正常增長是最終產(chǎn)品處理比較簡單的先決條件。新鮮的吸收劑石灰石漿液根據(jù)pH值和分離SO2量按一定比例直接加入吸收塔。2.2.2濕法脫硫存在的問題（1）設備腐蝕：化石燃料燃燒的排煙中含有多種微量的化學成分，如氯化物。再酸性環(huán)境下，它們對金屬（不包括不銹鋼）的

11、腐蝕性相當強。（2）結垢和堵塞：固體沉積主要以三種方式出現(xiàn)：濕干結垢，即因溶液或料漿中的水分蒸發(fā)而使固體沉積；Ca(OH)2或CaCO3沉積或者結晶析出；CaSO3或CaSO4從溶液中析出。其后者是硫酸塔結垢的主要原因，特別是硫酸鈣結垢堅硬，板結，一旦結垢難以去除，影響到所有與硫酸液接觸的閥門，水泵，控制儀器和管道等。（3）除霧器堵塞：再吸收塔中，霧化噴嘴并不能產(chǎn)生尺寸完全均一的霧滴，霧滴的大小存在尺寸的分布。較小的霧滴會被氣流所夾帶，如果不進行除霧，霧滴將進入煙道，造成煙道的腐蝕和堵塞。（4）電化學腐蝕。2.2.3濕法脫硫的主要工藝參數(shù)影響石灰石/石灰法濕法脫硫的主要工藝參數(shù)包括PH，石灰石

12、粒度，液氣比，鈣硫比，氣體流速，漿液的固體含量，氣體中SO2的濃度，以及吸收塔結垢等。（1）漿液的pH:由于Ca2+的形成機理不同，石灰石和石灰法脫硫的pH也不同。此外pH的變化對CaSO3和CaSO4的溶解度有重要的影響。pH值較高時，CaSO3的溶解度明顯下降，但是CaSO4的溶解度變化不大，因此，當pH降低時，溶液中存在的較多的CaSO3，又由于石灰石粒子表面形成一層液膜，其中溶解的CaSO3使液膜的pH上升，這就造成CaSO3沉積在石灰石粒子的表面，即所謂粒子的包固現(xiàn)象。由于包固現(xiàn)象的出現(xiàn)，使石灰石粒子表面鈍化，抑制化學反應的進行，同時造成結垢和堵塞。（2）石灰石的粒度：石灰石的顆粒的

13、大小即石灰石的比表面積的大小對脫硫效率及石灰石的利用率均有影響。（3）液氣比：液氣比對于液氣相間傳質(zhì)是一個重要的影響因素，對于不同的吸收塔的持液量也有影響。（4）鈣硫比：石灰石法的鈣硫比為1.1時，SO2的去除率可達70%，而目前通過技術改進，脫硫率可達90%以上，與石灰石法脫硫率相當。3設計條件 鍋爐型號：SHP10-25 即，雙鍋筒橫置式拋煤機爐，蒸發(fā)量10t/h，出口蒸汽壓力25MPa排煙溫度：100 空氣過剩系數(shù):=1.35 飛灰率=21%煙氣在鍋爐出口前阻力：750Pa設計煤成分：CY=65.2% HY=3% OY=4% NY=1% SY=0.8% AY=16% WY=10%； VY

14、18；屬于低硫煙煤污染物排放按照鍋爐大氣污染物排放標準中2類區(qū)新建排污項目執(zhí)行連接鍋爐、凈化設備及煙囪等凈化系統(tǒng)的管道假設長度100m，彎頭20個。根據(jù)國家有關規(guī)定，灰分最高允許排放濃度為200mg/m3。根據(jù)國家有關規(guī)定，SO2最高排放標標準700mg/m3。環(huán)境空氣質(zhì)量標準規(guī)定日平均濃度限值為：SO2為0.15mg/m3，煙塵為0.30mg/m3。4燃燒計算4.1煙氣量的計算以1kg低硫煤燃燒進行計算，則計算過程見表4-1。表4-1 低硫煤燃燒計算過程質(zhì)量/g摩爾數(shù)（原子）/mol需氧量（分子）/mol生成物（分子）/molC65.2652/12=54.3354.3354.33H3030/

15、1=3015/2=7.515O4040/16=2.5-N1010/14=0.71-S88/32=0.250.250.25H2O100100/18=5.56-灰分160-理論需要量：理論空氣量：理論煙氣量：實際煙氣量：標準狀況下煙氣量：實際耗煤量為1250kg，這實際的煙氣流量：4.2煙氣含塵濃度4.3 SO2的濃度5除塵器的選擇及設計計算5.1除塵器選擇5.1.1除塵效率5.1.2袋式除塵器的選擇工況下煙氣流量： 式中工作狀況下煙氣流量，m3/h； Q實際煙氣量，m3/h； 排煙的溫度，K； T標準狀況下溫度，K。所以采用袋式除塵器為機械清灰方式，濾料種類為玻璃纖維。25.2除塵器的設計計算5

16、.2.1過濾面積式中SP過濾面積，m2； 工作狀況下的煙氣流量m3/h； vF過濾速度，m/min，采用機械清灰方式。取vF=1.5m/min。5.2.2濾袋的尺寸單個濾袋直徑：，取，單個濾袋長度：，取，濾布長徑比一般為，。5.2.3每條濾袋面積式中S1濾袋的面積，m3； D濾袋的直徑，m; L濾袋的長度，m。5.2.4濾袋條數(shù)5.2.5濾袋布置 濾袋布置：濾袋的條數(shù)為81條，每個袋的直徑為200mm，長度為4m。濾袋分9組;每組9條;組與組之間的距離200mm;組內(nèi)相鄰濾袋的間距80mm;濾袋與外殼的間距200mm。6濕式脫硫設計計算6.1噴淋塔計算6.1.1噴淋塔內(nèi)流量計算假設噴淋塔內(nèi)平均

17、溫度為，壓力為120KPa，則噴淋塔內(nèi)煙氣流量為：式中：Qv噴淋塔內(nèi)煙氣流量，m3/h； 工作狀況下煙氣流量，m3/h； P噴淋塔的壓力，KPa； t煙氣的溫度，。代入公式得：6.1.2噴淋塔徑計算依據(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=2m/s，則噴淋塔截面積A： 式中A噴淋塔截面積，m3； v塔內(nèi)煙氣流速，m/s； Qv噴淋塔內(nèi)煙氣流量，m3/h。則塔徑d為：這里取塔徑為2000mm。6.1.3噴淋塔高度計算噴淋塔由三部分組成，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時間t=5s，則噴淋塔的吸收區(qū)高度為：式中

18、H1噴淋塔吸收區(qū)高度，m； v塔內(nèi)煙氣流速，m/s； t氣液反應時間，s。(2)除霧區(qū)高度除霧器設計成兩段，每層除霧器上下各設有沖洗噴嘴，最下層沖洗噴嘴距最上層(3.43.5)m。則取除霧區(qū)高度(3)漿池高度漿池容量V1按液氣比漿液停留時間t1確定： 式中： 液氣比，取； Q標況下煙氣量，； t1漿液停留時間，s；一般t1為，本設計中取值為5min，則漿池容積為：選取漿池直徑等于或略大于噴淋塔d，本設計中選取的漿料直徑為D0=4m，然后再根據(jù)V1計算漿池高度： 式中：h0漿池高度，m； V1漿池容積，； D0漿池直徑，m。從漿池液面到煙氣進口底邊的高度為0.82m。本設計中取為2m。3(4)

19、噴淋塔高度 噴淋塔高度為：7煙囪設計計算7.1煙囪高度計算7.1.1 煙囪直徑的計算設煙氣在煙囪內(nèi)的流速為，則煙囪平均截面積為：則煙囪的平均直徑d為：這里取d=1m。校核流速v得：7.1.2 煙囪的有效高度的計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：式中：H煙囪的有效高度，m； Hs煙囪的幾何高度，m； 煙囪抬升高度，m。4查表可知，環(huán)境空氣質(zhì)量標準規(guī)定日平均濃度限值為：SO2為0.15mg/m3，煙塵為0.30mg/m3。則可計算出煙囪的有效高度H，下面為計算過

20、程：袋式除塵器除塵效率為99%，則濕式脫硫效率為95%，則煙氣平均溫度為80，壓力為100Pa，則則煙塵和SO2的源強分別為則有效源高分別為 式中H有效源高，m； Q源強，mg/s； 為一個常數(shù)，一般取，此處取0.7； 平均風速，m/s； 最高允許濃度，mg/s。煙囪有效高度取二者最大值，即H=16.8m。7.1.3 煙氣釋放熱計算 式中：煙氣熱釋放率，kW； 大氣壓力，取鄰近氣象站年平均值，Pa； 實際排煙量， 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=978.4hPa7.1.4煙氣抬升高度計算由，可得 式中：vs煙囪出口流速，m/s； D煙囪出

21、口直徑，m； QH煙氣熱釋放率，kW； 煙囪出口處的平均風速，m/s。 則煙囪幾何高度 煙囪出口直徑為1m，其錐度為i=0.02，那么7.2煙囪阻力損失計算煙囪亦采用鋼管，其阻力可按下式計算： 式中：摩擦阻力系數(shù)，無量綱； 管內(nèi)煙氣平均流速，； 煙氣密度，； 管道長度，m； 管道直徑，m；已知鋼管的摩擦系數(shù)為0.02，所以煙囪的阻力損失為：8管道系統(tǒng)設計計算管道采用薄皮鋼管，管內(nèi)煙氣流速為，則管道直徑d為： 式中：Q煙氣流量，； 煙氣流速，； 1.2修正系數(shù)代入相關值得： 取管道直徑為1m，則實際煙氣流速為， 9系統(tǒng)阻力的計算9.1摩擦壓力損失取L=100m，對于圓管工作狀態(tài)下的煙氣密度：9.2局部壓力損失20個彎頭，出口前阻力為750Pa，除塵器阻力選1200Pa，脫硫設備阻力選100Pa10風機的選擇10.1風量的計算風量的計算如下：式中，Qy風機的風量，m3/h; Q標準狀況下風機前風量，m3/h; tp風機前溫度，； P當?shù)氐拇髿鈮?，Pa。10.2煙囪抽力的計算式中Sy煙囪抽力，Pa； H煙囪有效高度，m；