環(huán)境工程綜合設計課程設計--20th燃煤鍋爐煙氣脫硫系統設計

1、<p>　　《環(huán)境工程綜合設計》大作業(yè)</p><p>　　(2017--2018年度第一學期)</p><p>　　名 稱： 20t/h燃煤鍋爐煙氣脫硫系統設計 </p><p>　　院 系： </p><p>　　班 級：

2、 </p><p>　　學 號： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　成 績： </p><p>　　日期：

3、2017年 月</p><p><b>　　一、設計資料和依據</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┰O計參數</b></p><p>　?。?）額定蒸發(fā)量：20t/h </p><p>　　（2）鍋爐煙氣量：60000Nm3/h</p><p>　?。?）鍋爐煙氣出

4、口溫度：150℃</p><p>　?。?）煙氣中SO2濃度： 2000mg/Nm3；</p><p>　?。?）鍋爐出口負壓： -1800Pa；</p><p><b>　　（二）設計依據</b></p><p>　　《鍋爐大氣污染物排放標準》GB13271-2014</p><p>　　《大氣

5、污染物綜合排放標準》GB 16297-1996　</p><p><b>　?。ㄈ┡欧乓?lt;/b></p><p>　　煙氣SO2脫除率：≥90%，凈煙氣SO2排放濃度≤200mg/m3；漏風率≤1.5%。</p><p><b>　　二、脫硫方式</b></p><p><b>　?。?/p>

6、一）脫硫工藝</b></p><p>　　目前，脫硫工藝基本可以分為三類:濕法、干法、半干法。</p><p>　　如下表有一些常用的煙氣脫硫工藝：</p><p>　　表一 常用的煙氣脫硫工藝</p><p>　　相對于半干法和干法脫硫工藝，濕法脫硫工藝具有脫硫效率高、工藝成熟、可靠性高等優(yōu)點。所以選擇濕法脫硫。</p&g

7、t;<p>　　鈉法由于脫硫劑較貴，因而運行費用高；氧化鎂法的脫硫劑氧化鎂不僅價格較貴，造成運行成本高昂；氨法存在氨泄漏問題，容易造成二次污染，而且脫硫劑價格高，因而在中小型鍋爐中應用不多。海水法對地理位置要求較高，一般只適用于沿海地區(qū)。</p><p>　　相對于以上工藝，雙堿法消耗的脫硫劑主要是價廉的石灰。吸收液中的鈉堿通過再生，大部分可循環(huán)回用，減少了運行費用，具有投資少、占地面積較小、運行費

8、用低等優(yōu)點，符合中小型鍋爐煙氣脫硫因此本方案采用雙堿法脫硫工藝。</p><p><b>　?。ǘ┟摿蜓b置</b></p><p>　　脫硫吸收器的選擇原則，主要是看其液氣接觸條件、設備阻力以及吸收液循環(huán)量，因此選用氣相為連續(xù)相、湍流程度高、相界面較大的吸收塔作為脫硫塔比較合適。通常，噴淋塔、填料塔、板式塔、文丘里吸收塔等能滿足這些要求。各種吸收塔的性能比較見表二。

9、</p><p>　　表二 常見吸收塔性能比較</p><p>　　由表中可知，噴淋塔持液低，逆流接觸，操作彈性較好，設備阻力低。所以選擇噴淋塔。</p><p><b>　　三、脫硫系統設計</b></p><p>　?。ㄒ唬┟摿騽┲苽湎到y</p><p><b>　　1.脫硫劑的選

10、擇</b></p><p>　　為保證脫硫石膏的綜合利用及減少廢水排放量，用于脫硫的生石灰的純度宜高于90%，漿液細度應至少保證200目90%的過篩率。</p><p>　　碳酸鈣選用市場上純的最高的。</p><p><b>　　2.脫硫劑消耗量</b></p><p><b>　　2.2生石灰消

11、耗量</b></p><p>　　1）鈣硫比（Ca/S）為1：1；</p><p>　　2）脫硫裝置入口煙氣中的SO2質量流量：</p><p>　　M（SO2）=鍋爐煙氣量×煙氣中SO2濃度 </p><p>　　代入數據:M(SO2)=60000×2000=120kg/h</p><

12、p>　　3)生石灰中CaO的含量為90%，生石灰質量流量為：</p><p><b>　　2.2鈉堿消耗量</b></p><p>　　Na2CO3在吸收液循環(huán)過程中有少量損耗，所以應該在脫硫液池內補充少量純堿，按照0.05mol （Na2CO3）/1mol（SO2）補充量，則</p><p>　?。ò?00% Na2CO3計算）<

13、/p><p>　　3.脫硫劑液箱容量與設計</p><p><b>　　3.1石灰消化池</b></p><p>　　采用化灰池攪拌器，得含固率為15%的石灰漿液，其密度為1.2t/m3，熟石灰質量流量為。按照《工業(yè)鍋爐及爐窯濕法煙氣脫硫工程技術規(guī)范》（HJ462-2009），脫硫劑漿液貯罐的容量宜不小于設計工況下2h的漿液消耗量，所以，熟石灰的漿

14、液箱容量為：</p><p><b>　　V漿液箱=</b></p><p>　　所以漿液箱取整后容積為2m3</p><p><b>　?。ǘ煔庀到y</b></p><p><b>　　1.增壓風機</b></p><p><b>　　增

15、壓風機的風量：</b></p><p>　　Q=60000×110%=66000</p><p><b>　　2.煙氣加熱設計</b></p><p>　　將部分未處理的原煙氣與低溫凈煙氣混合，達到加熱目的。使經過煙氣換熱器的煙氣溫度不低于150度，漏風率≤1.5%。</p><p>　?。ㄈ┒?/p>

16、化硫吸收系統</p><p><b>　　1.塔內流量計算</b></p><p>　　假設噴淋塔內平均溫度為60℃，壓力為1800KPa，則噴淋塔內煙氣流量為：</p><p>　　式中：——噴淋塔內煙氣流量，；</p><p>　　——標況下煙氣流量，；</p><p>　　——除塵前漏氣系數

17、，0～0.1。</p><p><b>　　代入公式得：</b></p><p><b>　　QV=×</b></p><p><b>　　2. 塔徑的計算</b></p><p>　　取噴淋塔內煙氣流速，則噴淋塔截面A為：</p><p>&

18、lt;b>　　則塔徑d為：</b></p><p><b>　　取整則D=3m</b></p><p><b>　　3.脫硫塔高度計算</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　(1)吸收區(qū)高度<

19、/b></p><p>　　依據操作條件參數得，選擇噴淋塔噴氣液反應時間t=4s，則噴淋塔的吸收區(qū)高度為：</p><p><b>　　(2)除霧區(qū)高度</b></p><p>　　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(3.4～3.5)m。</p><p>　　取除霧區(qū)高度為：

20、 </p><p><b>　　(3)漿池高度</b></p><p>　　漿池容量V1按液氣比漿液停留時間t1確定：</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　—液氣比，取；</b></p

21、><p><b>　　—工況下煙氣量，；</b></p><p><b>　　—漿液停留時間，；</b></p><p>　　一般t1為，本設計中取值為5min，則漿池容積為：</p><p>　　選取漿池直徑等于或大于噴淋塔，本設計中選取的漿料池直徑為，然后再根據計算漿池高度：</p>

22、<p>　　式中：—漿池高度，；</p><p><b>　　—漿池容積，；</b></p><p><b>　　—漿池直徑，。</b></p><p>　　代入數據得：h0=1.7m</p><p><b>　　(4)噴淋塔高度</b></p><

23、;p><b>　　噴淋塔高度為：</b></p><p>　?。ㄋ模?煙囪直徑的計算</p><p>　　表 煙囪出口煙氣流速</p><p>　　A）煙囪出口內徑可按下式計算：</p><p>　　——通過煙囪的工況總煙氣量，</p><p>　　——選取的煙囪出口煙氣流速，。根據表取18

24、</p><p><b>　　求得</b></p><p><b>　　取整</b></p><p><b>　　B）煙囪底部直徑：</b></p><p>　　式中 ——煙囪出口直徑，；</p><p><b>　　——煙囪高度，；<

25、;/b></p><p>　　——煙囪錐度，通常取 i=0.02～0.03 。</p><p>　　取 i =0.022</p><p><b>　　C）.煙囪抽力計算</b></p><p>　　式中 H——煙囪高度，m；</p><p>　　——外界空氣溫度，；</p>

26、<p>　　——煙囪內煙氣平均溫度，；</p><p>　　B——當地大氣壓，。</p><p>　　根據《鍋爐大氣污染物排放標準》GB13271-2014，每個新建鍋爐房只能設一根煙囪，煙囪高度應根據鍋爐房裝機總容量，按照表二規(guī)定執(zhí)行。</p><p>　　表二 燃煤鍋爐房煙囪最低允許高度</p><p>　　選取煙囪高度為5

27、0m。</p><p><b>　　D）.煙囪內溫降</b></p><p>　　式中：H-煙囪高度，m；</p><p>　　D-合用統一煙囪的所有鍋爐額定蒸發(fā)量之和，t/h；</p><p>　　A-溫降系數?？捎杀聿榈模x取A=0.4</p><p>　　D,H參看后面分別取20t/h，50

28、</p><p><b>　?。ㄎ澹?管網布置</b></p><p>　　式中——工況下管道內的煙氣流量，； </p><p>　　——煙氣流速，m/s，（可查有關手冊確定，對于鍋爐煙塵=10～15m/s）。 </p><p>　　取v=13m/s，取整得d=1400mm</p><p>　　查

29、手冊得d1=1400-2×7=1386mm</p><p>　　由公式可計算出實際煙氣流速：</p><p>　?。?系統阻力計算</p><p><b>　　1.摩擦阻力損失</b></p><p>　　式中： ——管道長度，；</p><p><b>　　——管道直徑，

30、；</b></p><p><b>　　——煙氣密度，；</b></p><p>　　——管中氣流平均速率,m/s；</p><p>　　——摩擦阻力系數,是氣體雷諾數Re和管道相對粗糙度K/d的函數。查手冊得：實際中對金屬管道值可取0.02，對磚砌或混凝土管道可取0.04。</p><p><b>

31、;　　代入數據得： </b></p><p><b>　　2.局部阻力損失</b></p><p><b>　　(Pa)</b></p><p>　　在所設計的管路中有10段彎道區(qū)，可求得局部的壓力損失：</p><p>　　式中：ξ——異形管件的局部阻力系數可查到，取</p&g

32、t;<p>　　v——與ξ像對應的斷面平均氣流速率,m/s</p><p><b>　　ρ——煙氣密度, </b></p><p><b>　　3.系統總阻力</b></p><p>　　除塵器的壓力損失在1000～1500Pa之間，取1300Pa</p><p>　　所以

33、 系統總阻力=1300+70.6754+125.424=1496.0994Pa</p><p>　?。ㄆ撸╋L機和電動機的計算</p><p><b>　　1.風機風量</b></p><p>　　式中: 風量備用系數；</p><p>　　工狀態(tài)下風機前標態(tài)下風量，</p><p><b&g

34、t;　　風機前煙氣溫度， </b></p><p><b>　　當地大氣壓力，。</b></p><p><b>　　2.風機風壓</b></p><p>　　對于除塵器后裝的風機風壓計算：</p><p>　　式中：風壓備用系數；</p><p><b&g

35、t;　　系統總阻力，；</b></p><p><b>　　煙囪抽力，； </b></p><p><b>　　風機前煙氣溫度； </b></p><p>　　風機性能表中給出的試驗用氣體溫度；</p><p>　　標準狀況下煙氣密度，。</p><p>　　常用

36、風機性能及適用范圍</p><p>　　根據排煙溫度和風量范圍，由表中可知選取Y9-35。</p><p><b>　　3.電動機功率</b></p><p><b>　　式中 風機風量，；</b></p><p><b>　　風機風壓，</b></p><

37、p>　　風機在全壓頭時的效率（一般風機為0.6，高效風機約為0.9，取0.8）； </p><p>　　機械傳動效率，當風機與電機直聯傳動時，用聯軸器連接時；</p><p>　　電動機備有系數，對引風機，</p><p>　　四、工藝流程圖和主要構筑物簡圖</p><p>　　1.脫硫系統工藝流程圖</p><p&

38、gt;<b>　　2.噴淋塔</b></p><p><b>　　五、投資估算</b></p><p><b>　　雙減法投資估算</b></p><p>　　六、效益評估和主要經濟指標分析</p><p><b>　　1、運行費用估算</b></p

39、><p>　　運行費用主要有：電費、水費、人工費、藥劑費等。 （按8000小時/年計算）</p><p><b>　　(1)電耗</b></p><p>　　電費的支出項目為脫硫液循環(huán)泵等的耗電，初步估計值見電流表3-4用電量為95.5kw。按電費0.52元/kWh，年運行8000小時計。電費共41.6萬元。</p><p>

40、;　　電源采用380V,50Hz交流電。</p><p><b>　　(2)水費及人工費</b></p><p>　　系統需定期補充水，補充水量按3%×408m3/h×8000h =97920噸，水價按3.0元/噸，計年水費：29.37萬元/年。</p><p>　　本脫硫系統由于運行、維護管理簡便，安排人進行日常管理、維護

41、，本脫硫系統設操作定員3人，年工資1.8萬元/人，共需人工費5.4萬元/年。</p><p><b>　　(3)脫硫劑費用</b></p><p>　　所用煤的含硫量按1%時運行成本估算為，可燃硫的轉換率為85%來計，脫硫率為95%來計，2臺鍋爐耗煤量為22.5t/h計算：</p><p>　　a.鍋爐二氧化硫生成量為：</p>

42、<p>　　22.5×0.01×85%×2=382.5Kg/h</p><p>　　b. 二氧化硫脫除量：</p><p>　　脫硫效率按90%設計，每小時二氧化硫脫除量為344.25Kg/h</p><p><b>　　c.脫硫劑費</b></p><p>　　根據SO2脫除量、

43、化學反應式、鈣硫比（1.05），脫硫劑采用95%的粉狀石灰，5%的片狀火堿。每年按300天計算。</p><p>　　石灰費用為（CaO純度≥90%，粒度為200目過篩85%以上，按市場價250元/噸）</p><p>　　394/0.9×24/1000×300天/年=3152t/年 </p><p>　　3152t/年×500元/

44、噸=78.8萬元/年</p><p>　　消耗鈉堿的費用為（片狀NaOH純度為99%，市場價格為：2500元/噸）: </p><p>　　20.7/0.99×24/1000×300天/年=150.54t/年</p><p>　　150.54 t/年×2500元/噸=37.63萬元/年</p><p>　　表5-

45、2 藥劑用量和費用初步估算表</p><p><b>　　(4)運行費合計</b></p><p>　　41.6+29.37+5.4+78.8+37.63=192.8萬元</p><p>　　該脫硫系統全年(按8000小時計)總運行費用為192.8萬元。</p><p><b>　　2、經濟效益評估</b

46、></p><p>　　本項目脫硫年脫除量為382.5×8000=3060t/年，按現行環(huán)保政策2元/kg計算，則本脫硫系統投入運行后，能為企業(yè)減少排污罰款、增加收益:</p><p>　　3060t×1000×2/10000-192.8=419.2萬元</p><p><b>　　七、附錄</b></

47、p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　1.《環(huán)境工程設計基礎》，邱啟華，楊莉編，北京：機械工業(yè)出版社，2015.9</p><p>　　2.《環(huán)境工程設計基礎》，金毓荃、李堅編，北京：化學工業(yè)出版社，2008.9 </p><p>　　3.《環(huán)境工程設計》，趙立軍、陳進富編，北京：中國石化出版社，2

48、013.1 </p><p>　　4.《環(huán)境工程專項設計案例分析》，郝飛麟, 陳雪松編著，杭州:浙江大學出版社,2016.02</p><p>　　5.《環(huán)保設備基礎》，李永峰, 李巧燕主編，北京:化學工業(yè)出版社,2017</p><p>　　6.《固體廢物處理工程技術手冊》聶永豐主編 北京:化學工業(yè)出版社,2013 </p><p>　　7

49、.《工業(yè)脫硫脫硝技術》李肇全主編 北京:化學工業(yè)出版社,2014 </p><p>　　8.《環(huán)境工程工藝設計教程》趙玉明編著 北京:中國環(huán)境出版社,2013</p><p>　　9.《大氣污染控制工程案例教程》潘瓊主編 北京:化學工業(yè)出版社,2014 </p><p>　　10《水污染控制案例教程》張尊舉, 倫海波,編 北京:化學工業(yè)出版社,2014 </p

50、><p>　　11.《廢氣處理工程技術手冊》王純等編 北京:化學工業(yè)出版社,2013.01 </p><p>　　12.《廢水污染控制技術手冊》潘濤等編 北京:化學工業(yè)出版社,2013.01 </p><p>　　13.《噪聲環(huán)境影響評價與噪聲控制實用技術》周兆駒編著 北京:機械工業(yè)出版社,2016.11 </p><p>　　14.《環(huán)境噪聲控