SHF20-25型锅炉高硫无烟煤烟气湿式石灰法除尘脱硫一体化系统设计要点.pdf

课 程 设 计 说 明 书 第 1 页 共 26 页 1 文献综述 1.1 前言 针对发展中国家投入到烟气脱硫的资金不多，特别是面广量大的中小型锅炉用户， 对排烟脱硫费用承受能力有限又不便于集中统一管理的实际情况，而开发一些投资省， 运行费用低，便于维护的， 适合我国国情的除尘脱硫装置， 即一台设备同时除尘又脱硫， 从而减低系统的投资费用和占地面积。对此原则是：首先要求主体设备“地租高效”， 在不增加动力的前提下，对细微尘粒有较高的补集率和较强的脱硫功能；其次是源于价 格低廉的脱硫剂：包括可利用的碱性废渣，废水等，从而降低运行费用。 本课程设计主要介绍湿式石灰脱硫功能及对除尘的处理，目前世界各地用于烟气脱 硫的方法，主要有石灰石 /石灰洗涤法，双碱法，韦尔曼洛德法，氧化法及氨法等。这些 方法大致可分为两类：一类为干法，即采用粉状或粒状吸收剂，吸附剂或催化剂来脱除 烟气中的二氧化硫；另一类为湿法，即采用液体吸收剂洗涤烟气，以及吸收烟气中的二 氧化硫。 1.2 反应原理 1.2.1 吸收原理 吸收液通过喷嘴雾化喷入吸收塔，分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。这 些液滴与塔内烟气逆流接触，发生传质与吸收反应，烟气中的SO2、SO3及 HCl 、HF被 吸收。 SO2吸收产物的氧化和中和反应在吸收塔底部的氧化区完成并最终形成石膏。 为了维持吸收液恒定的pH值并减少石灰石耗量， 石灰石被连续加入吸收塔， 同时吸 收塔内的吸收剂浆液被搅拌机、氧化空气和吸收塔循环泵不停地搅动，以加快石灰石在 浆液中的均布和溶解。 1.2.2 化学过程 强制氧化系统的化学过程描述如下： （1）吸收反应 烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触, 循环浆液吸收大部分SO2，反应如 课 程 设 计 说 明 书 第 2 页 共 26 页 下： SO2H2O H2SO3（溶解） H2SO3? H HSO 3 （电离） 吸收反应的机理： 吸收反应是传质和吸收的的过程，水吸收SO2属于中等溶解度的气体组份的吸收， 根据双膜理论，传质速率受气相传质阻力和液相传质阻力的控制， 吸收速率吸收推动力 / 吸收系数（传质阻力为吸收系数的倒数） 强化吸收反应的措施： a) 提高 SO2在气相中的分压力（浓度） ，提高气相传质动力。 b) 采用逆流传质，增加吸收区平均传质动力。 c) 增加气相与液相的流速，高的Re 数改变了气膜和液膜的界面，从而引起强烈的 传质。 d) 强化氧化，加快已溶解SO2的电离和氧化，当亚硫酸被氧化以后, 它的浓度就会 降低, 会促进了 SO2的吸收。 e) 提高 PH值，减少电离的逆向过程，增加液相吸收推动力。 f) 在总的吸收系数一定的情况下，增加气液接触面积，延长接触时间，如：增大液 气比，减小液滴粒径，调整喷淋层间距等。 g) 保持均匀的流场分布和喷淋密度，提高气液接触的有效性。 （2）氧化反应 一部分 HSO 3 在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化， 其它的 HSO 3 在反应池中被氧化 空气完全氧化，反应如下： HSO 3 1/2O 2HSO4 HSO 4 ? HSO 4 2 课 程 设 计 说 明 书 第 3 页 共 26 页 氧化反应的机理： 氧化反应的机理基本同吸收反应，不同的是氧化反应是液相连续，气相离散。水吸 收 O2属于难溶解度的气体组份的吸收， 根据双膜理论，传质速率受液膜传质阻力的控制。 强化氧化反应的措施： a) 降低 PH值，增加氧气的溶解度 b) 增加氧化空气的过量系数，增加氧浓度 c) 改善氧气的分布均匀性，减小气泡平均粒径，增加气液接触面积。 （3）中和反应 吸收剂浆液被引入吸收塔内中和氢离子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的浆液 在吸收塔内再循环。中和反应如下： Ca 2CO 3 22HSO 4 2H 2O CaSO4·2H2O CO2 2H CO 3 2H 2O CO2 中和反应的机理： 中和反应伴随着石灰石的溶解和中和反应及结晶，由于石灰石较为难溶，因此本环 节的关键是，如何增加石灰石的溶解度，反应生成的石膏如何尽快结晶，以降低石膏过 饱和度。中和反应本身并不困难。 强化中和反应的措施： a) 提高石灰石的活性，选用纯度高的石灰石，减少杂质。 b) 细化石灰石粒径，提高溶解速率。 c) 降低 PH值，增加石灰石溶解度，提高石灰石的利用率。 d) 增加石灰石在浆池中的停留时间。 e) 增加石膏浆液的固体浓度，增加结晶附着面，控制石膏的相对饱和度。 f) 提高氧气在浆液中的溶解度，排挤溶解在液相中的CO2 ，强化中和反应。 课 程 设 计 说 明 书 第 4 页 共 26 页 （4）其他副反应 烟气中的其他污染物如SO3、Cl、F 和尘都被循环浆液吸收和捕集。SO3、HCl 和 HF 与悬浮液中的石灰石按以下反应式发生反应： SO3H2O 2H SO 4 2 CaCO3 +2 HClCaCl2 +CO2+H2O CaCO 3 +2 HF CaF2 +CO2+H2O 副反应对脱硫反应的影响及注意事项： 脱硫反应是一个比较复杂的反应过程，其中一些副反应，有些有利于反应的进程， 有些会阻碍反应的发生，应当在设计中予以重视如Mg的反应： 浆池中的 Mg元素，主要来自于石灰石中的杂质，当石灰石中可溶性Mg含量较高时 （以 MgCO3 形式存在），由于 MgCO3 活性高于 CaCO3 会优先参与反应，对反应的进行是 有利. 但过多时，会导致浆液中生成大量的可溶性的MgSO3 ，它过多的存在，使的溶液里 SO3 2-浓度增加 , 导致 SO 2吸收化学反应推动力的减小，而导致SO2吸收的恶化。 另一方面，吸收塔浆液中Mg 浓度增加，会导致浆液中的 MgSO 4(L) 的含量增加，既 浆液中的 SO4 2- 增加，会对导致吸收塔中的悬浮液的氧化困难，从而需要大幅度增加氧化 空气量，氧化反应原理如下： HSO 3 1/2O 2HSO4 （1） HSO4 ? HSO 4 2 （2） 因为（ 2）式的反应为可逆反应，从化学反应动力学的角度来看，如果SO4 2-的浓度 太高的话，不利于反应向右进行。因此喷淋塔一般会控制Mg 离子的浓度，当高于 5000ppm 时，需要通过排出更多的废水，此时控制准则不再是CL 小于 20000ppm 1.3 脱硫方法及优缺点 干法脱硫的优点是流程短，无污水，污酸的排出，且净化后烟气温度降低很少，利 课 程 设 计 说 明 书 第 5 页 共 26 页 用烟囱排气扩散。但干法脱硫效率低，设备庞大，操作技术要求高，发展较慢。湿法脱 硫具有设备较小，操作较容易，且脱硫效率较高的优点，但脱硫后，但烟气温度降低， 不利于烟囱排气的扩散，这一缺点可通过烟气再加热的方法来解决，因此国外对湿式脱 硫工艺研究较多，使用也广泛。根据国际能源机构煤炭研究组织调查统计，湿式脱硫占 世界安装烟气脱硫机组总容量的85% ，其中石灰石法占36.7%，其他湿法脱硫占48.7% 1.4 湿法石灰法烟气脱硫工艺流程 将配好的石灰浆液由泵送入吸收塔顶部，与从塔顶送入的含二氧化硫烟气逆流流动 经洗涤净化后的烟气从塔顶排空。石灰浆液吸收二氧化硫后成为三、硫酸钙及亚硫酸钙 的混合液，将此混合液在母液槽中用硫酸调整PH值到 4 左右，用泵送入氧化塔并向塔 内送入 490千帕的压缩空气惊醒氧化。生成的石膏经稠厚器使其沉积，上清液返回吸收 系统循环，石膏浆经离心泵分离的成品石膏，氧化塔排出的尾气因含有微量二氧化硫可 送回吸收塔内。 吸收设备由于采用石灰石或石灰浆液作为吸收剂，易在设备内造成结垢和堵塞，因 此在选择和使用吸收设备时，应充分考虑这个问题。一般应选用气液间相对气速高，塔 持液量大，内部构件少，阻力降小的设备，常用的吸收塔可选用筛板塔，喷雾塔及文丘 里洗涤塔等，国内曾用过大孔径传流塔和湍球塔。本设计应用填料塔。工艺流程一般为 如下设计： 课 程 设 计 说 明 书 第 6 页 共 26 页 图 1-1 石灰石 / 石灰石膏湿法烟气脱硫工艺流程 8 1.5 湿法石灰烟气脱硫工艺系统设施简述 1.5.1 石灰石制备系统 将石灰石粉由罐车运到料仓存储，然后通过给料机、输粉机将石灰石粉输入浆池， 加水制备成固体质量分数为10%-15% 的浆液。 1.5.2 吸收与氧化系统 吸收塔。吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置，要求气液接触面积大，气体的吸收 反应良好，压力损失小， 并且适用于大容量烟气处理。 吸收塔主要有四种类型喷淋塔、 填料塔、双回路塔和喷射鼓泡法。 a 喷淋塔。它是湿法工艺的主流塔型，多采用逆流方式布置，烟气从喷淋区下部进 入吸收塔，与均匀喷出的吸收浆液逆流接触。烟气流速为3m/s 左右，液气比与煤含硫 量和脱硫率关系较大， 一般在 8-25 3 /L m。喷淋塔优点是塔内部件少， 故结垢可能性小， 压力损失小。逆流运行有利于烟气与吸收液充分接触，但阻力损失比顺流大。 GGH 烟 囱 废 水 旋 流 石膏旋流器 真空皮带脱水机 除雾器 进口挡板 旁路挡板 出口挡板 滤液水箱 废水排放 废水排出泵 滤液泵 吸収塔 吸收塔排出泵 吸收塔循环泵 石灰石浆液泵 石灰石浆液箱 氧化风机 增压风机 锅炉排烟 石灰石筒仓 石灰石 副产品石膏 副产品深加工工序 最终产 典型的工艺流程 工业用水 脱硫系 统（石灰石石膏法） 课 程 设 计 说 明 书 第 7 页 共 26 页 b 填料塔。采用塑料格栅作填料，相对延长了气液两相的接触时间，从而保证了较 高的脱硫率。格栅填料塔为顺流和逆流，顺流时气速约为4-5m/s, 与逆流相比结构较紧 凑。压降因格栅填充高度而异。 c 双回路塔。这类吸收塔被一个集液斗分成俩个回路：下段作为预冷却区，并进行 一级脱硫，控制较低的 PH ，有利于氧化和石灰石的溶解，防止结垢和提高吸收剂的利用 率；上段为吸收区，其排水经集液斗引入塔外另设的加料槽，在此加入新鲜的石灰石浆 液，维持较高的 PH值，以获得较高的脱硫率。 d 喷射鼓泡塔。工艺采用鼓泡反应器，烟气通过喷射分配器以一定的压力进入吸收 液中，形成一定的高度的喷射气泡层，可省去再循环泵和喷淋装置。净化后烟气经上升 管进入混合室，除雾后排放。此塔型的特点是系统可在低PH值下运行，生成的石膏颗 粒大，易于脱水；脱硫率的高低与系统的压降有关，可通过增大喷射管的浸没深度来提 高压降，提高脱硫率。脱硫率为95% 时，系统压降在 3000 帕左右。 除雾器。净烟气出口设除雾器，通常为二级除雾器，装在塔的圆筒顶部或塔出 口弯道后的平直烟道上。后者允许烟气流速高于前者，并设冲洗水，间歇冲洗除雾器。 冷烟气中残余水分一般不能超过100 3 /mg m ，更不允许超过 200 3 /mg m ，否则会玷污热 交换器、烟道和风机等。 氧化槽。其功能是接收和储存脱硫剂，溶解石灰石，鼓风氧化亚硫酸钙，洁净 生成石膏。早期的湿式石灰/ 石灰石法几乎都是在脱硫塔外另设氧化塔，即由脱硫塔排 出的亚硫酸钙的浆液再被引入专门的压力氧化槽中，并添加硫酸，在PH为 3-4 的条件 下鼓风氧化。这种结构易发生结垢和堵塞问题。 随着工艺的发展，将氧化系统组合在塔底的浆池中，利用大容积浆池完成石膏的结 晶过程，即就地强制氧化。循环的吸收剂在氧化槽内设计的停留时间为4-8 分钟，与石 灰石反应性能无关。石灰石反应性越差，为使之完全溶解，则要求他在池内滞留时间越 长。氧化空气采用罗茨风机或离心机鼓入，压力约为 44 106.8105帕。 1.5.3 其他装置系统 经过洗涤的烟气温度已经低于露点，是否需进一步再热，取决于各国的环保要求。 课 程 设 计 说 明 书 第 8 页 共 26 页 常规做法是烟气再加热器对洗涤后的烟气进行再加热，达到一定的温度后通过烟囱排 放。德国把净化烟气引入自然通风冷却塔排放，借助烟气动量的携带热量的提高，使烟 气扩散的更好。美国一般不采用烟气再加热系统，而采用对烟囱的防腐措施。 装设烟气脱硫装置后，整个脱硫系统的烟气阻力约为2940帕，单靠原有锅炉引风机 不足以克服这些阻力，需设助催风机，或称脱硫风机。 湿式石灰石洗涤工艺管道、设备需要使用防腐材料或涂层。在烟气通道中，应采用 下表： 设备温度酸露点材料 未净化100 85 85 鳞片状玻璃涂层 85 软橡胶衬里 洗涤塔 85 鳞片状玻璃涂层 进口区域160 铬镍铁合金板 180 耐盐酸镍合金板 100 85 85 鳞片状玻璃涂层 表 1-1 7 防腐材料选择表 课 程 设 计 说 明 书 第 9 页 共 26 页 2 总体设计 2.1 设计总原则 2.1.1 吸收设备的选择原则 为了强化吸收过程，降低设备投资和运行费用，要求吸收设备应满足以下选择原则 3 ： 气液之间应有较大的接触面积和一定的接触时间，扰动强烈，吸收阻力低，净 化效率高； 结构简单，操作维修方便，造价低，操作费用低，能量消耗低； 应具有相应的抗腐蚀和防堵塞能力； 气流通过时压力损失小，操作稳定； 气液比可在较大幅度内调节，压力损失小； 考虑污染物物化性能、污染物浓度和气体组成及含尘浓度等。 2.1.2 脱硫装置工艺参数的确定 脱硫工艺的选择应根据锅炉容量和调峰要求、燃料品质、二氧化硫控制规划和环 评要求的脱硫效率、 脱硫剂的供应条件、 水源情况、脱硫副产物和飞灰的综合利用条件、 脱硫废水、废渣排放条件、厂址场地布置条件等因素，经全面技术经济比较后确定。 脱硫工艺的选择一般可按照以下原则 6 ： 燃用含硫量Sar2%煤的机组、或大容量机组（200MW 及以上）的电厂锅炉建 设烟气脱硫装置时，宜优先采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，脱硫率应保证在90%以上。 燃用含硫量Sar2%煤的中小电厂锅炉（ 200MW 以下） ，或是剩余寿命低于10 年的老机组建设烟气脱硫装置时，在保证达标排放，并满足SO2排放总量控制要求，且 吸收剂来源和副产物处置条件充分落实的情况下，宜优先采用半干法、干法或其他费用 较低的成熟技术，脱硫率应保证在75%以上。 燃用含硫量 Sar1%煤的海滨电厂， 在海域环境影响评价取得国家有关部门审查 通过，并经全面技术经济比较合理后，可以采用海水法脱硫工艺；脱硫率宜保证在90% 以上。 电子束法和氨水洗涤法脱硫工艺应在液氨的来源以及副产物硫铵的销售途径充 课 程 设 计 说 明 书 第 10 页 共 26 页 分落实的前提下，经过全面技术经济比较认为合理时，并经国家有关部门技术鉴定后， 可以采用电子束法或氨水洗涤法脱硫工艺。脱硫率宜保证在90%以上。 脱硫装置的可用率应保证在95%以上。 2.1.3 石灰/ 石灰石法各种洗涤器的比较 形式 2% SO吸收率烟气量液气比传质单元数阻力总传质系数液体量 入口 出口% 2 /.kg m h 3 /L m OG NPa 4 10 -2 /.kg m h 栅 0.128-0.144 70-92 5000-10500 0.5-1.5 1.2-2.4 100m 时， Y Z 取 0.5 。 Hs 100时， Y Z 取 0.6-1.0 。 有上部逆温时， 设计的高烟囱 Hs 200，必须考虑上部逆温层的影响。 观测证明， 当有效源高 H等于混合层高度 D时，即 H=D时最不利，此时地面浓度约为一般情况下的 2-2.5 倍，如按此条件设计，烟囱高度将大大增加。因此应对混合层高度出现频率作调 查，避开烟囱有效高度H与出现频率最高或较多的混合层高度口相等的情况。 逆温层较低时，烟囱的有效高度H D为好。 烟气抬升公式的选择是烟囱设计中重要一环，必须注意烟气抬升公式适用的条 件，进行慎重的选择。 烟囱高度不得低于周建筑物的2 倍，这样可以避免烟流受建筑物背风面涡流区 的影响，对于排放生产性粉尘的烟囱，其高度从地面算起不得低于15m ，排气口高度应 比主厂房最高点高出3m以上。烟气出口流速应为20-30 米每秒，排烟温度不宜过低。 增加排气量，又烟气抬升高度公式知，即使同样的喷出速度与烟气温度，如果 增加排气量，对动量抬升和浮力抬升均有利。因此分散的烟囱不利于产生较高的抬升高 度。若需要在周围设几个烟囱时，应尽量采用多管集合烟囱，但在集合温度相差较大的 烟囱排烟时，要认真考虑。 课 程 设 计 说 明 书 第 13 页 共 26 页 3 设计计算 3.1 高硫无烟煤燃烧计算 . 标准准态下的理论空气量 )/)(7. 07.056. 5876. 1 (76.4 3 kgmOSHCQ YYYY a （1-1） 式中： YYYY OSHC, 分别为煤中各元素所含的质量分数。 kgmQa/923.540333.030333. 022667.0610899.0 3 . 标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93 3 / mg ） )/(8.079.0016.04.122.11 375.0 867.13' kgmNQQWH SC Q Y aa YY YYS （1-2） 式中： a Q 标准状态下理论空气量， m 3/kg ； Y W 煤中水分的质量分数； Y N N 元素在煤中的质量分数。 01.08 .0923.579.0923.5016.004.04 .1202.02.11 03.0375.061.0 867.1 ' S Q kgmQS/507. 8 3' . 标准状态下实际烟气量 aSS QQQ)1(016.1 ' （1-3） 式中：空气过剩系数，取1.2; ' S Q 标准状态下的理论烟气量，kgm / 3 ； a Q 标准状态下的理论空气量，kgm / 3 。 标 准 状 态 下 的 烟 气 流 量Q 应 以m3 /h计 ， 因 此 ，设计耗煤量 S QQ kgmQS/711. 9923. 5) 12. 1(016.1507.8 3 hmQ/4.233062400711.9 3 . 烟气含尘浓度计算 课 程 设 计 说 明 书 第 14 页 共 26 页 )/( 3 mkg Q A dshC S Y （1-4） 式中：dsh排灰中飞灰占煤中不可燃成份的质量分数； Y A煤中不可燃成份的含量； S Q 标准状态下实际的烟气量，m 3/kg )/(1011.1 711.9 25.0 35.0 33 kgmC . 标准状态下烟气中的二氧化硫浓度的计算（1-5） )/(10 98.02 36 2 mmg Q S C S Y SO 式中: Y S煤中硫的质量分数； )/(605510 711.9 03.098.0236 2 mmgCSO 3.2 烟气体积计算 . 处理烟气量： OHRONOO QQQQQ 2222 （2-1） 式中： 2 RO Q为各元素氧化物的含量，kgm / 3 。 kgmSCQ YY RO /15987. 1007.001867. 0 3 2 kgmQNQ a Y N /623.5923.52.179.01008.079.0008.0 3 2 kgmQQ aO /249.0923. 52.021. 0121.0 3 2 设助燃空气温度为20 o C ，查表得 3 /9 .18 2 mgG g OH a g OH YY OH QGWHQ 22 00124. 00124.0122. 0（2-2） kgmQ OH /44. 0923.52. 19.1800124.040124. 02122. 0 3 2 kgmQO/47.715987. 1623. 5249.044.0 3 .160 o C时实际烟气量： 课 程 设 计 说 明 书 第 15 页 共 26 页 5 0 0 0 2731.01325 10 1 2732 Ct QQ pp （2-3） 式中：Q0处理炉气气量 3 m，本设计 3 0 1215. 9mQ T炉气允许工作温度，本设计取 160 P0当地大气压，本设计取 PaP 5 0 1099325.0 P工作压力，本设计为 PaP3000 C0漏风率，取 C0=10% 3 5 5 05.1305.1 30001099325.0 1001325.1 273 160273 47.7mQ 160时二氧化硫的浓度 3 /464%100 05.13 6055 mmg 设计耗煤量： 2400kg/h 在排烟温度下 , 每小时实际烟气量hmQ/31320240005.13 3 实 ” . 烟气密度计算 : 有上述式子： %33.3 47.7 249. 0 %100 2 2 O O o Q Q r %53.15 47. 7 15987. 1 %100 2 2 O CO CO Q Q r %89. 5 47.7 44.0 %100 2 2 O OH OH Q Q r %0 47.7 0 %100 2 2 O SO So Q Q r %27.75 47.7 623. 5 %100 2 2 O N N Q Q r 根据： 414.22 3228641844 22222 ONSOOHCO r rrrrr （2-4） 课 程 设 计 说 明 书 第 16 页 共 26 页 3 /34.1 100414.22 33.33227.752806489.51853.1544 mkg r . 除尘效率计算： %100)1 ( C Cs （2-5） 式中: C标准状态下烟气含尘浓度， 3 / mmg S C 标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值， 3 / mmg。 %82%100) 1110 200 1 ( . 工况下烟气的流量计算： )/( 3 ' ' hm T T QQ（2-6） 式中: Q标准状态下烟气的流量，hm / 3 ' T工况下烟气温度，K； T标准状态下温度，K。 )/(8.36965 273 160273 4.23306 3' hmQ 则烟气流速为 sm Q VS/27.10 3600 ' （2-7） 3.3 填料塔的设计计算 . 塔径的计算 : )( 4 ' m u Q D（3-1） 式中： ' Q 气体的体积流量，sm / 3 ； u 空塔速度，sm/； D塔径， m。 填料选塑料齿形栅条105050的齿形栅条，选空塔速度为sm /8. 0 课 程 设 计 说 明 书 第 17 页 共 26 页 )(9904. 3 36008. 0 369654 mD 取整为D=4m ，塔径确定后，应对填料尺寸进行校核，由于为齿形栅条，塔径应 d5035，而实际mmD50504校核合格。 . 填料层高度计算 : OGOG NHZ（3-2） 式中： OG H气相传质单元高度，可取1.5-1.8m； OG N气相传质单元数，查表取2.4 ； Z填料层高度， m 。 mZ32.48 .14.2 考虑到适应操作条件波动留有调节控制的余地，因此应该进行修正。 mZ632. 45 .13.1 实际 . 喷淋密度 : L U（3-3） 式中：L 塔顶喷淋剂量； 截面积。 设塔顶喷淋剂量为20skg /， )./(70.5 16 4 1000 36002023 hmmU 其)./(5 23 hmmU，满足最小喷淋密度的要求 . 填料层阻力（应用阻力系数法）: )( 2 Pa u Zp R （3-4） 课 程 设 计 说 明 书 第 18 页 共 26 页 式中：p填料层压降，Pa； 阻力系数，取10； Z填料层高度， m ； u 空塔气速，sm/； r 气体密度， 3 / mkg )(728.25 2 34.18.0 610 2 Pap . 填料塔总高： 首先由标准经验值规定吸收液质量浓度一般为10%-15% ，本设计取13% 。液气比通 常为258 3 / mL，本设计取 15 3 /mL，反应时间通常为53s，考虑到反应的稳定性取 3s，填料塔内流速通常为sm/51，本设计取 5sm / 由反应时间可知： tvH z ' （3-5） 式中： z H 填料塔总高， m； ' v塔内流速，取5sm/； t取 3s。 mH z 1553 盖顶考虑排气部分定为5 .0m，出口液体部分取m5.0，则实际填料塔高高度为： mH Z 1625.015 ' 物料衡算： 由液气比为 15 3 / mL，则供应吸收液量为： 1000 ' LQ QW（3-6） 式中：L液气比； hmQW /487.554 1000 158 .369653 课 程 设 计 说 明 书 第 19 页 共 26 页 根据标准经验值钙硫比在3 .11.1之间取，本设计取2.1 则新鲜吸收液供应量为： 3600 2SO T QRNM Q（3-7） 式中：M耗煤量； N石灰浆分子量，取74； R钙硫比，取2.1； 2 SO Q每千克煤所含二氧化硫量。 sgQT /66.68 3600 15987.12.1742400 需水量： )1( 2 TOH QQ（3-8） 式中： 2 ()Ca OH浓度，为 8%15%，取=10%。 sgQ OH /794.61) 1.01(66.68 2 3.4 管道系统设计 . 管道的管径计算 : 粉尘性质属于煤灰，一般其垂直管最低气流速度为 sm /10 ，水平管最低气流速度 为sm /12，见表 2-3 5 。 表 2-3 除尘管道内最低气流速度 粉尘性质垂直管水平管粉尘性质垂直管水平管 粉状的粘土的 砂 耐火泥 重矿物粉尘 轻矿物粉尘 干型砂 煤灰 湿土 11 14 14 12 11 15 10 13 13 17 16 14 13 18 12 15 铁和钢 （屑） 灰土、沙尘 锯屑、刨屑 大块干木屑 干微尘 染料粉尘 大块湿木屑 谷物粉尘 18 16 12 14 8 1416 18 10 20 18 14 15 10 1618 20 12 课 程 设 计 说 明 书 第 20 页 共 26 页 铁和钢（尘末） 棉絮 水泥粉尘 8 812 10 1822 麻8 12 本设计取管道内气流速度为smv/13 管 ； 36004 2 实 “ 管 Q vr（4-1） 4 360013 31320 r=mm818.0 取整得mmr820 . 管道的阻力计算 管道系统总压力损失： 沿程压力损失： 224 22 管管 d L R LP S L （4-2） 式中：摩擦阻力系数，金属一般取0.02 气体的密度为： 3 34.1mkg ； 管道长度为： L=150m PaP L 424.6 2 1334.1 8.0 02.0 150 2 局部阻力损失： 90°,30 个压头压力损失为： 2 2 u Pm（4-3） 式中：局部阻力系数，取0.25 。 PaPm 2.849 2 34.113 25.030 2 管道系统总阻力损失： 课 程 设 计 说 明 书 第 21 页 共 26 页 PaPPP mL 8.12732.8496 .424（4-4） 3.5 烟囱设计 锅炉的蒸发量为ht /20， 污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中类区新建排污 项目执行，可以假定烟囱的高度为50m。 . 烟囱截面积： v Q S V （5-1） 式中：S烟囱截面积， m2； QV烟气流量， m 3/s； v 烟气出口流速，取12m/s。 代入数据得： 2 8.0 360013 36965 13 m Q S V . 烟囱直径： S D 4 （5-2） 式中：D 烟囱直径， m； S烟囱截面积， m 2。 代入数据得： mD0.1 14.3 8 .04 烟气热释放率： s as VaH T TT QPQ35.0（5-3） 式中：QH烟气热释放率， kW； QV烟气流量， m 3/s； Pa大气压力，取本地900，Pa； TS烟囱出口处的烟气温度，K； Ta环境大气温度， K。 课 程 设 计 说 明 书 第 22 页 共 26 页 代入数据得： kWQH1045 15.273160 20160 3600 36965 90035.0 烟气抬升高度： _ )01. 05 .1(2 u QvD H H （5-4） 式中：H烟气抬升高度， m； QH烟气热释放率， Kw； D 烟囱直径， m； v 烟气出口流速， m/s； _ u烟囱出口处平均风速，m/s。 代入数据得： mH25 4.2 )104501.00.1135.1 (2 烟囱高度： HHH S （5-5） 式中： H 烟囱的有效高度， m，设为 50 m； H烟气抬升高度， m； HS烟气几何高度， kW； 代入数据得： mH752550 烟囱阻力： l u D P 2 2 （5-6） 式中：P烟囱阻力， Pa； D烟囱直径， m； 摩擦阻力系数； u烟囱内流体平均流速，m/s； l烟囱高度， m。 代入数据得： 课 程 设 计 说 明 书 第 23 页 共 26 页 PaP17075 2 34.113 1 02.0 2 校核地面最大浓度： Y Z ueH Q . 2 _ 2 max （5-7） 式中： Y Z 取值0.16.0； 3 2 max /512.06.0 4.275 34.1369652 mmg e 根据国家地面最大允许浓度为 3 /5.0mmg，实际计算浓度 3 /512.0mmg大于国家允许浓 度，校核有误，因此更正几何高度为 S H =m52，得出mH772552。 3 2 ' max /49.06.0 4.277 34.1369652 mmg e 校核合格。 3.6 风机与电机的选择与计算 正确选择风机，是保证通风系统正常、经济运行的一个重要条件。所谓正确选择风 机，主要是指根据被输送气体的性质和用途选择不同用途的风机；选择的风机要满足系 统所需要的风量，同时风机的风压要能克服系统的阻力，而且在效率最高或经济使用范 围内工作。具体选择方法和步骤如下： 根据被输送气体的性质，选用不同用途的风机。例如，输送清洁空气，或含尘 气体流经风机时已经过净化，含尘浓度不超过150mg m 3 时，可选择一般通风换气用的 风机；输送腐蚀性气体，要选用防腐风机；输送易燃、易爆气体或含尘气体时，要选用 防爆风机或排尘风机。但在选择具体的风机型号和规格时，还必须根据某种类型风机产 品样本上的性能表或特性曲线图才能确定。 考虑到管道系统可能漏风，有些阻力计算不大准确，为了使风机运行可靠，选 用风机的风量和风压应大于通风除尘系统的计算风量和风压。 根据选用风机的风量，风压，在风机产品样本上选定风机的类型，确定风机的 机号、转速和电动机功率。为了便于接管和安装，还要选择合适的风机出口位置和传动 方式。所选择风机的工作点应在经济范围内，最好处于最高效率点的右侧。 除非选择任何一台风机都不能满足要求，或在使用时要求风机的风压和风量有 课 程 设 计 说 明 书 第 24 页 共 26 页 大幅度变动，否则应尽量避免把两台或数台风机并联或串联使用。因两台或数台风机联 合工作时，每台风机所起的作用都要比其单独使用时差。 近年来由于我国对风机的结构不断改进，使风机的效率不断提高，噪声不断降 低，一些新型风机正在逐步取代一些老风机。为了节约能源和减小噪声危害，在满足所 需风量和风压的前提下，应尽可能选用效率高、噪声低的新型风机。 通风机的风量计算： ' 1) 1(QkQR（6-1） 式中： 1 k 漏风率，取 0.1-0.15 ； hmQR/5.4066136965) 1.01( 3 通风机的风压计算： 0 20 )1(Pkp（6-2） 式中： 0 p 通风机风压，Pa； P管道系统的总阻力损失，Pa； 2 k 安全系数，取0.15-0.2 ； 0通风机性能表中给出空气密度， 1.2 3 / mkg 运行工况下进入风机时的气体密度，1.34 3 / mkg。 Pap8 .1311 34.1 2.1 8.1273)15.01( 0 根据查表 4 得到风机为： Y 250M-4 ，电机为： JO291-4。 课 程 设 计 说 明 书 第 25 页 共 26 页 结束语： 通过对湿式石灰法脱硫除尘的设计计算，从中我了解湿式石灰法脱硫是采用石灰石 粉（CaCO3 ）或石灰粉（CaO ）制成浆液作为脱硫吸收剂， 与进入吸收塔的烟气接触混合， 烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的强制氧化空气进行化学反应，最后生成 石膏，从而达到脱除二氧化硫的目的。脱硫后的烟气依次经过除雾器除去雾滴，加热器 加热后，由增压风机经烟囱排放。 在设计中我还要注意到虽然湿式除尘具有良好的除尘效果，但不能消除黑烟。湿式 除尘对细微尘粒的扑集是十分有效的，从对有代表性的燃煤锅炉排放烟尘进行采样分析 得出的结果：一般多管和单筒旋风除尘器捕集烟尘的中位径dc50在 510 微米之间，燃 料在高温缺氧的条件下燃烧时，可产生黑烟，严格地说黑烟并非就是纯粹的炭元素，而 是一种炭、氢分子的复杂集合体，其粒径又大多集中在0.01 0.1 微米之间比重比飞灰 的比重小得多，又是疏水性的，所以用目前各地开发的湿式技术是难以捕集的。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远 不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社 会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题， 可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己 的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，经过进一步学习 后，才得到了加深！对我帮助很大！与此同时还有老师和同学的帮助，我才能够更顺 利的完成此次课程设计。 其次，此次设计我还学会如何绘图和如何正确的使用工具书来查找有关资料，图书 馆的书籍很全，我节省了很多时间，进行网络查询，当然，网络的东西也很新，在论述 前沿是非常有效的。对我帮助很大。但还是要感谢老师的指导，没有老师的指导，我不 会那么快学会这么多的东西，真心的感谢！ 课 程 设 计 说 明 书 第 26 页 共 26 页 参考文献 1. 郝吉明、马广大主编 . 大气污染控制工程 . 第二版 . 北京：高等教育出版社， 2002 2. 黄学敏、张承中主编 . 大气污染控制工程实践教程. 北京：高等教育出版社，2003 3. 刘天齐主编 . 三废处理工程技术手册·废气卷. 北京：化学工业出版社， 1999 4. 张殿印主编 . 除尘工程设计手册 . 北京：化学工业出版社，2003 5. 童志权主编 . 工业废气净化与利用 . 北京：化学工业出版社， 2003 6. 周兴求、叶代启主编 . 环保设备设计手册大气污染控制设备，北京：化学工业出 版社， 2003 7. 罗辉主编 . 环保设备设计与应用 . 北京：高等教育出版社，2003 8. 李峰等主编石灰湿式洗涤法脱硫的应用研究 J 环境污染治理技术与设备， 2001 （3） ：7375