某小型燃煤电站锅炉烟气除尘,脱硫,脱氮处理系统的设计

1大气污染控制工程课程设计一、课程设计题目某小型燃煤电站锅炉烟气除尘，脱硫，脱氮处理系统的设计二、设计原始资料锅炉型号：FG-45/3.82-M型（45t/h蒸气）；设计耗煤量：713.6kg/h；排烟温度；160℃；空气过剩系数:α=1.35；烟气密度（标态）：1.40kg/m3，室外空气平均温度：10℃；锅炉出口前烟气阻力：1200Pa；排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：19％；烟气其他性质按空气计算；煤的工业分析：C=68%；H=4%；S=2.6%；O=5%；N=2.5%；W=5%；A=14%；V=11%；按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）中二类区标准执行：标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m3；标准状态下SO2排放标准：900mg/m3；标准状态下NO2排放标准：400mg/m3。假设N有45%转化为NO2，S有98%转化为SO2。1、计算烟气排放量及烟气中的各污染组分浓度。2、整污染治理工艺的选择3、污染治理的设备主要参数及规格计算。4、烟囱的排放口尺寸及高度。1、锅炉设备的主要参数设计耗煤量：713.6kg/h排烟温度：160℃2、污染源强相关参数烟气密度（标态）：1.4g/m3烟气在锅炉出口的阻力：1200Pa排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：19％当地大气压：101.325×(273+10)/273=105.04KPa室外空气温度：10℃空气过剩系数：α=1.353、煤的工业分析值C=68%；H=4%；S=2.6%；O=5%；N=2.5%；W（水分）=5%；A（灰分）=14%；V（挥发分）=11%；45%的N转化为NO2，98%的S转化为SO2。2按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）中二类区标准执行：标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m3；标准状态下SO2排放标准：900mg/m3；标准状态下NO2排放标准：400mg/m3。三、设计计算1.燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算以1kg煤来计算Mol数需氧量烟气量C68%56.6756.6756.67H4%401020S2.6%0.810.81*0.98=0.790.81*0.98=0.79O5%3.125-1.56250N2.5%1.1251.1251.125(NO2)1.37500.6785(N2)W5%A14%V12%（1）标准状态下理论空气量与实际空气量125.179.056.11067.5600V=67.03mol/kg=1.5)/(3kgm38.32003.6778.40aVmol/kg=7.17)/(3kgm（2）标准状态下理论烟气量kgmolVfg/42.335181000%503.6778.381.179.02067.560=7.51)/(3kgm（3）标准状态下实际空气烟气量)/()1(V300kgmVaVafgfg=10.01kgm/33标准状态下烟气流量V应以hm/3计,因此,设计耗煤量0fgVV=10.01×713.6=7143(hm/3)式中a-----空气过量系数fgV------标准状态下理论烟气量,kgm/30aV------标准状态下理论空气量,kgm/3（4）烟气含尘浓度)m/kg(V1000*AdC3fgsh)/(657.201.1014.019.0C3310mkg=2657（mg/m3）式中shd-------排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数A-------煤中不可燃成分的含量14%fgV------标准状态下实际烟气量,(kgm/3)(5)标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算)/(10%981000%3264332mmgVSCfgso2soC)/(51953mmg式中S------煤中硫的质量分数fgV------标准状态下燃煤产生的实际烟气量,(kgm/3)2．除尘器的选择（1）除尘效率CCs1η26572001η4=92.47%式中sC------标准状态下烟气含尘浓度,3/mmgC------标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值,3/mmg（2）除尘器的选择工作状况下烟气流量)h/m(TTV3'fgV273)160273(7143V'fg=11329.4)h/m(3式中V-----标准状态下烟气流量,)h/m(3T-----工况下烟气温度,KT------标准状态下温度,273K则烟气流速0V为)/(15.3360011329.436003'smVfg所以采用旋风除尘器3.旋风除尘器的设计出于安全考虑，旋风除尘器按烟气流量为2000（m3/h）进行设计。（1）确定旋风除尘器的进口气流速度v通常锅炉的烟气流速为12—25m/s，可设ν=18m/s。（2）确定旋风除尘器的几何尺寸a.进口截面积F20309..01836002000mVQBAF式中A—旋风除尘器的进口高度；B—旋风除尘器的进口宽度。取A=2B，则A=248mm；B=124mm。b.筒体直径D取B=0.3D，则D=3.33B=412.92mm；c.筒体高度H1取H1=1.7D=1.7×412.92=701.96mm；d.锥体高度H2取H2=2.3D=2.3×412.92=949.72mm；e.排灰口直径D1取D1=0.6D=0.43×412.92=177.56mm；5f.出口管直径D2取D2=0.6D=0.5×412.92=247.75mm；g.出口管长度H3取H3=0.625D=0.625×412.92=258.08mm；(3)压力损失△P2222vD式中：K—系数，标准切向进口，K=16；ρ—工况下烟气密度，883.01602732734.100T（kg/m3）Pa85..515218883.0413.0142.0284.01622由上述计算可知所设计的除尘器的处理量为2000m3/h，进口气流速度为18m/s，△P=523.36Pa，具体外型结构尺寸如下（mm）表一外型结构尺寸（mm）DD1D2H1H2H3AB412.92177.56247.75701.96949.72258.082481244、脱硫吸收塔（喷淋吸收空塔）的设计所需空气量：)/(17.730kgmVa烟气量：0fgV)/(51.73kgm标况烟气流量：smhmVfg/21.0/7511000/1004.2242.335330其中体积为：煤kg/0.0177m22.4/10000.793烟气中浓度为：ppmSO9.2391104.70177.0P62即：33/1083.64.71000/6479.02mkgPSOV按照900mg/m3的排放标准，则脱硫率至少为%90%10099.09，本设计方案即取90%，设系统钙硫比1.2,则一天内石灰石的消耗量：kg76.20590.0/242.11000/100643.01006（1）烟气流速在保证除雾器对烟气中所携带水滴的去除效率及吸收系统压降允许的条件下，适当提高烟气流速，可加剧烟气和浆液液滴之间的湍流强度，从而增加两者之间的接触面积。同时，较高的烟气流速还可持托下落的液滴，延长其在吸收区的停留时间，从而提高脱硫效率。另外，较高的烟气流速还可适当减少吸收塔和塔内件的几何尺寸，提高吸收塔的性价比。在吸收塔中，烟气流速通常为3～4.5m/s。许多工程实践表明，3.5m/s≤烟气流速(110%过负荷)≤4.2m/s是性价比较高的流速区域。综合考虑，本设计烟气流速取3.5m/s。（2）喷淋塔吸收区高度（h1）含有二氧化硫的烟气通过喷淋塔将此过程中塔内的二氧化硫吸收量平均到吸收区高度内的塔内容积中，即为吸收塔的平均容积负荷——平均容积吸收率，以表示。hCKVQ0(1)其中C为标准状态下进口烟气的质量浓度，kg/m3,本设计为6.06g/m3；为给定的二氧化硫吸收率,％;本设计方案为90％；h为吸收塔内吸收区高度，m；K0为常数，其数值取决于烟气流速u(m/s)和操作温度(℃)；K0=3600u×273/(273+t)由于传质方程可得喷淋塔内单位横截面面积上吸收二氧化硫的量为：myyhakyyG)(21（2）其中:G为载气流量(二氧化硫浓度比较低，可以近似看作烟气流量)，kmol/(m2.s)；y1,y2分别为、进塔出塔气体中二氧化硫的摩尔分数（标准状态下的体积分数）；ky单位体积内二氧化硫以气相摩尔差为推动力的总传质系数，kg/(m3﹒s)；a为单位体积内的有效传质面积，m2/m3；my为平均推动力，即塔底推动力，)ln(/)(2121yyyyym7所以hyyG/)(21吸收效率21/1yy又因为)(273/)273(4.22流速utG将式子（3）的单位换算成)/(kg2sm,可以写成huyt/2732734.226436001在喷淋塔操作温度C75250100下、烟气流速为u=3.5m/s、脱硫效率90.0，前面已经求得原来烟气二氧化硫2SO质量浓度为3/5190mmga而原来烟气的流量（标准状态时）为smhm/21.0/74033故在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为gmmgmSO09.1/519021.032smsLmolLmolggVSO/1038.0/38.0/4.22/6409.1332则根据理想气体状态方程，在标准状况下，体积分数和摩尔分数比值相等故%18.0%100/21.0/1038.03331smsmy，烟气流速smu/5.3,%18.01y,Ct75,90.0由已经有的经验，吸收率范围在)/(5.6~5.53smkg之间，取)/(63smkg；代入（4）式可得hh/90.00018.05.3752732734.22643600故吸收区高度：h1=4.57m4.6m(3)喷淋塔除雾区高度（h3）吸收塔均应装备除雾器，在正常运行状态下除雾器出口烟气中的雾滴浓度8%203%1001515.0020%100tan2222Ahn故冲洗覆盖率应该不大于75mg/m3。除雾器一般设置在吸收塔顶部（低流速烟气垂直布置）或出口烟道（高流速烟气水平布置),通常为二级除雾器。除雾器设置冲洗水，间歇冲洗冲洗除雾器。湿法烟气脱硫采用的主要是折流板除雾器，其次是旋流板除雾器。①除雾器的选型折流板除雾器折流板除雾器是利用液滴与某种固体表面相撞击而将液滴凝聚并捕集的，气体通过曲折的挡板，流线多次偏转，液滴则由于惯性而撞击在挡板被捕集下来。通常，折流板除雾器中两板之间的距离为20-30mm，对于垂直安置，气体平均流速为2－3m/s；对于水平放置，气体流速一般为6－10m/s。气体流速过高会引起二次夹带。旋流板除雾器气流在穿过除雾器板片间隙时变成旋转气流，其中的液滴在惯性作用下以一定的仰角射出作螺旋运动而被甩向外侧，汇集流到溢流槽内，达到除雾的目的，除雾率可达90％－99％。喷淋塔除雾区分成两段，每层喷淋塔除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最上层喷淋层（3-3.5）m，距离最上层冲洗喷嘴（3.4-32）m。②除雾器的主要设计指标a.冲洗覆盖率：冲洗覆盖率是指冲洗水对除雾器断面的覆盖程度。冲洗覆盖率一般可以选在100%～300%之间。式中：n为喷嘴数量，20个；α为喷射扩散角，90°；A为除雾器有效通流面积,15m2；h为冲洗喷嘴距除雾器表面的垂直距离,0.05m；b.除雾器冲洗周期：冲洗周期是指除雾器每次冲洗的时间间隔。由于除雾器冲洗期间会导致烟气带水量加大。所以冲洗不宜过于频繁,但也不能间隔太长,否则易产生结垢现象,除雾器的冲洗周期主要根据烟气特征及吸收剂确定。c.除雾效率。指除雾器在单位时间内捕集到的液滴质量与进入除雾器液滴质量的比值。影响除雾效率的因素很多,主要包括:烟气流速、通过除雾器断