1、中北大學（朔州校區）2012級大氣污染控制工程課程設計說明書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設計摘要現如今火電廠數量逐漸增加，火電廠鍋爐產生的煙氣量也隨之增多，煙氣中的二氧化硫等氣體若未經處理達到國家排放標準就排放，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進行設計計算，以使煙氣排放在達到國家標準的前提下盡可能的提高凈化效率，使污染及危害降到最低。本次課程設計就是針對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，設計計算出最高效的除塵凈化系統，以降低煙氣中有害氣體的排放濃度，保護我們的大氣環

2、境。關鍵詞：煙氣排放，濕式脫硫，大氣污染，凈化I中北大學（朔州校區）2012級大氣污染控制工程課程設計說明書目錄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 實際煙氣量32.5 煙塵濃度計算32.6 SO2濃度計算33凈化系統設計方案的分析33.1 凈化設備的工作原理及特點33.1.1 電除塵器的工作原理及特點33.1.2 濕式石灰法脫硫的工作原理及特點43.2 運行參數的選擇與設計43.2.1 電除塵器運行參數的選擇與設計43.2.2 濕式石灰法脫硫運行參數的選擇與設計43.3 凈化效率的影響因素54

3、尺寸計算54.1 除塵設備結構設計計算54.2 脫硫設備結構設計計算64.2.1 噴淋塔內流量計算64.2.2 噴淋塔徑計算64.2.3 噴淋塔高度計算74.2.4 新鮮漿料的確定84.3 煙囪設計計算84.3.1 煙囪的幾何高度的計算94.3.2 煙氣釋放熱計算94.3.3 煙氣抬升高度計算94.3.4 煙囪直徑的計算104.3.5 煙囪高度校核105阻力計算111.1 管徑計算111.2 摩擦壓力損失111.3 局部壓力損失121.4 煙囪阻力計算121.5 系統總阻力計算126 設備選型136.1 風量的計算136.2 風機風壓的計算136.3 電機功率的核算137 總結14參考文獻15

4、致謝16III中北大學（朔州校區）2012級大氣污染控制工程課程設計說明書1引言1.1 電除塵簡介我國全面系統地對電除塵器技術進行研究和開發始于上個世紀60年代。國內的研究主要分布在本質機理研究、存在問題與改造試驗研究、外圍輔助設備研究；而國外的研究主要包括：電場特性研究、除塵效率研究、粒子運動研究和模擬方法研究。并指出采用數據融合的技術來研究電除塵器的思路。電除塵器是火力發電廠必備的配套設備，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消除，從而大幅度降低排入大氣層中的煙塵量，這是改善環境污染，提高空氣質量的重要環保設備。在收集細粉塵的場合，電除塵器是主要的除塵裝置之一。電除塵器是含塵

5、氣體在通過高壓電廠進行電離的過程中，使塵粒荷電，并在電場力的作用下使塵粒趁機在集塵極上，將塵粒從含塵氣體中分離出來的一種除塵設備。電除塵過程與其他除塵過程的根本區別在于，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。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。在正負離子運行中，電暈區里的粉塵帶正電荷，移向電暈極,因此，電暈極也會不斷積灰，只不過

6、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排出，使氣體得到凈化。1.2 濕式石灰法脫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。該方法開發較早，工藝成熟，吸收廉價易得，因而應用廣泛。且具有脫硫反應速度快、設備簡單、脫硫效率高等優點，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。日本、德國、美國的火力發電廠采用的煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝。第1頁共19頁中北大學(朔州校區)2012級大氣污染控制工程課程設計說明書中北大學（朔州校區）2012級大氣污染控制工程課程設計說明書它的工作簡介是：將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與

7、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行氧化反應生成硫酸鈣，硫酸鈣達到一定飽和度后，結晶形成二水石膏。經吸收塔排出的石膏漿液經濃縮、脫水，使其含水量小于10%,然后用輸送機送至石膏貯倉堆放，脫硫后的煙氣經過除霧器除去霧滴，再經過換熱器加熱升溫后，由煙囪排入大氣。由于吸收塔內吸收劑漿液通過循環泵反復循環與煙氣接觸，吸收劑利用率很高，鈣硫比較低，脫硫效率可大于95%。2燃燒計算以1kg煤燃燒為基礎，則表1燃燒成分表重里/g摩爾數/mol需Q量/mol生成物生成物量/molC67055.855.8CO55.8H23235.75H2O11.5O130S351.11.

8、1SO1.1N151.1N20.55H2O452.52.1 理論需氧量（式 2.1 ）（式 2.2）nO2=55.8+5.75+1.1=62.65mol/kg2.2 理論空氣量n理論空氣=4.78父62.65=299.47mol/kg2.3 理論煙氣量理論空氣量條件下煙氣組成（mol）為：第5頁共19頁CO2：55.8H2O:11.5 2.5 = 14SO2：1.1N2：0.5562.653.78=237.37理論煙氣量為：Vfg=55.8+14+1.1+237.37=308.27mol/kg（式2.3）2.4 實際煙氣量Vfg=Vfg+31）n理論空氣=380.27+0.35x299.47=

9、413.1mol/kg=9.25m3/kg（式2.4）160C時,煙氣量為Vfg273 1603“9.25 = 14.67m /kg273（式 2.5）（式 2.6）2.5煙塵濃度計算已知飛灰率為:3= 3O.7%：AmA -110 30.7%Vfg14.67= 2.3g/m3（式 2.7）2.6SO2濃度計算mSOVfg1.1 64334 67 = 4.8g / m =4800mg/ m（式 2.8）煙氣流量Q=14.67411000=601470mN/h=167.1mN/s3凈化系統設計方案的分析3.1 凈化設備的工作原理及特點3.1.1 電除塵器的工作原理及特點原理：電除塵器的工作原理涉

10、及懸浮粒子荷電，帶電離子在電廠內遷移和捕集，以及將捕集物從集塵表面上清除三個基本過程。在正負離子運行中，電暈區里的粉塵帶正電荷，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排出，使氣體得到凈化。(1) 特點：電除塵過程與其他除塵過程的根本區別在于，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,氣流阻力也小的中北大學(朔州校區)2012級大氣污染控制工程課程設計說明書特點。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(1)

11、 原理：采用石灰/石灰石漿液吸收煙氣中的SQ,分為吸收和氧化兩個階段。先吸收生成的亞硫酸鈣：1一一一一一1一一一一一石灰石：CaCO3sQH2O=CaSO3L-H2OCO222石灰：CaO+SO2+0.5H20TCaSO30.5H2O然后將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣。(2) 特點：有多種因素影響到吸收洗滌塔的長期可靠運行：設備腐蝕、結垢和堵塞、除霧器堵塞、脫硫劑的利用率、脫硫產物及綜合利用等。3.2 運行參數的選擇與設計3.2.1 電除塵器運行參數的選擇與設計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問，分布板層數為23層;板

12、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；通常高壓供電設備的輸出峰值電壓為70100kv,電流為1002000mA;氣體含塵濃度超過30g/m3時，宜加設與凈化設備；集塵極內平均流速為1.02.0m；比集塵極表面積一般為3002400m2/(1000m31min)；集塵板長高比至少為1.01.5。3.2.2 濕式石灰法脫硫運行參數的選擇與設計再熱煙氣溫度大于750C,煙氣流速在15m/s,漿液Ph大于9,石灰/石灰石漿質量濃度在10%15%之間，液氣比在825L/m3,氣液反應時間35s,氣流速度為3.0m/s,噴嘴出口流速10m/s,噴

13、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SO2體積分數為4000/10,脫硫系統阻力在25003000P3中北大學(朔州校區)2012級大氣污染控制工程課程設計說明書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、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尺寸計算2.1 除塵設備結構設計計算(1)除塵效率的計算：C225.、>1=(1-)x100%1-)x100%=90.2%(式4.1)C12300(2)集塵極的比集塵

14、面積：(式 4.2)(式 4.3)111123=ln()ln()=23.2m/(m/s)1-0.110.902(3) 集塵板總面積:A=Qf=167.123.2=3876.7m2考慮因處理氣體量，濃度，壓力的波動和供電系統的可靠性等因素影響，參照實際生產情況，取富裕系數m=1.52.0。(4) 實際需要的集塵板面積為：A=(1.52.0)A=(1.52.0)M3876.7=5815.-07753.4(式4.4)取A'=7500m2(5) 實際集塵板的比集塵面積為：.(A750023,f=41.9m/(m/s)(式4.5)Q167.1(6) 電除塵器有效截面積：取氣流速度v=1.5m/s

15、F=Q=167.1=111.4m24.6)v1.5(7) 集塵板高度為：h=JF=.1KZ=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) 氣體在電除塵器內的通道數：取集塵極間距B=0.3m；F1114一n=35.2,取n=35(式4.8)Bh0.310.55(9) 集塵板總長度；（式 4.9）l=-A-=7500=10.2m,取l=11m2nh23510.55(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4個灰斗;4.2脫硫設備結構設計計算4.2

16、.1 噴淋塔內流量計算假設噴淋塔內平均溫度為800C,壓力為150KPa,則噴淋塔內煙氣流量為:Qv = Qs273- 1324273 Pa= 167.1273 80 101.3242731503（1 0.05）=153.2m /h（式4.10）式中：Qv噴淋塔內煙氣流量，m3/h；Qs一標志下煙氣流量，m3/h；K一除塵前漏氣系數，00.1;4.2.2 噴淋塔徑計算依據石灰石煙氣脫硫的操作條件參數，可選擇噴淋塔內煙氣流速v=3m/s,則噴淋塔截面A為：a=q=%v 3=55.7m2（式 4.11 ）則塔徑d為：取塔徑 D0=8500mm。4.2.3噴淋塔高度計算d=J;冷47=8.4m（式

17、4.12）噴淋塔可看做由三部分組成，分成為吸收區、除霧區和漿池(1)吸收區高度依據石灰石法煙氣脫硫的操作條件參數得，選擇噴淋塔噴氣液反應時間t=4s,則噴淋塔的吸收區高度為：（式 4.13）H1=vt=3M=12m(2)除霧區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。則取除霧區高度為：H2=3.5m(3)漿池高度漿池容量V1按液氣比漿液停留時間G確定：V1=L/GMQMt1=15X10-3>601470X6=902.2m3(式4.14)60式中：L/G一液氣比,取15L/m3；Q一標況下煙氣量，m3/h;t一漿液停留時間，取6min；第

18、9頁共19頁選取漿池直徑等于或略大于噴淋塔”，本設計中選取的漿料直徑）為9m，然后再根據V1計算漿池高度：4Vi4902.2h0=-2-=2=14.2m（式4.15）二D03.149式中：ho一漿池高度，m;M一漿池容積，m3;D0一漿池直徑，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。（4）噴淋塔高度噴淋塔高度為：Ht+H2+h0=12+3.5+14.2=29.7m（式4.16）4.2.4新鮮漿料的確定CaOsSQg）2HQi=CaSOL?HO21mol1mol因為根據經驗一般鈣/硫為：1.051.1,此處設計取為1.1，則由平衡計算可得1h需消耗Cao的量為：._._

19、3_1.10.514X03=7700mol/h4.3煙囪設計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：H=Hs+AH（式4.17）式中：H煙囪的有效高度，m；第15頁共19頁中北大學（朔州校區）2012級大氣污染控制工程課程設計說明書也一煙囪的幾何高度，m；H煙囪抬升高度，m。4.3.1 煙囪的幾何高度的計算查相關資料可得燃燒鍋爐房煙囪最低允許高度設為Hs為60m4.3.2 煙氣釋放熱計算Qh=0.3P,xQvT（式4.18）Ts式中：QH煙氣熱釋放率，kW;Pa

20、一大氣壓力，取鄰近氣象站年平均值；Qv一實際排煙量，m3/sTs煙囪出口處的煙氣溫度，433K;Ta環境大氣溫度，K;取環境大氣溫度Ta=293K,大氣壓力P=978.4kPaT=Ts-Ta=433293K40（式4.19）Qv=167.1273*160父101.324M（1+0.05）=188m3/h（式4.20）273150-140,、Qh=0.35978.4188X-=16962kw（式4.21）4334.3.3煙氣抬升高度計算由2100kW<QH<21000kW,Ta-Ts-35K可得：H=n0QHn1Hsn2U”（式4.22）式中：n0,n1,n2一系數，口取0.6,快取

21、0.4,n0取0.292,則：煙囪有效源高1.H=0.2921696260=129.5m4H=60+129.5=189.5m4.3.4煙囪直徑的計算設煙氣在煙囪內的流速為v=25m/s,則煙囪平均截面積為:A=Qv=188=7.52m2v25則煙囪的平均直徑d為:d=47.523.14=2.8m取煙囪直徑為D=3000mm,校核流速v得:-Qv1884V=亍=21.7m/s1.23.1432-d44.3.5煙囪高度校核假設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:：=（1-0.96）4800=192mg/m3氧化硫排放的排放速率:vso,=?soQv=192188-29.4g

22、/hSC2SO2v-2vSO2yr=max2二uH2ez（式4.23）（式4.24）（式4.25）（式4.26）（式4.27）（式4.28）（式4.29）式中:J一為一個常數，一般取0.51,此處取0.6;.zH煙囪有效源高;max229.43600320.6-0.103r6g/m3.14418952.718中北大學（朔州校區）2012級大氣污染控制工程課程設計說明書國家環境空氣質量二級標準日平均SQ的濃度為0.15mg/m3>0.1036mg/m3,則設計符合要求。5阻力計算5.1 管徑計算設管道采用鋼板材料制造，管道內平均流速為12m/s,平均溫度為800C,Qv=153.2m3/s

23、則管徑的為：d =18.8, Q =18.8153.2 36004030 mm12（式 5.1 ）取管徑D為4m,校核流速為:153.2 43.14 42= 12.2m/s（式 5.2）5.2 摩擦壓力損失已知l=550m,溫度為1000c下煙氣濃度為0.950kg/m1則.:v2P=l-L（式5.3）d2式中：P一摩擦壓力損失，Pa；l一管段長度，m；九一摩擦阻力損失系數；v一管道內氣體的平均流速，12m/s;Rs一管道的水力半徑，m；P煙氣濃度，0.950kg/m3；1取一=0.040m,則：dPi0.95122=5500.04=1504.8Pa5.3局部壓力損失已知90°彎頭7

24、5個，設其標準彎頭式中:=（式 5.4）R一局部壓力損失，Pa；n一彎頭個數，75;巴一局部壓力損失系數，襄0.35;P煙氣濃度，0.950kg/m3；v一管道內氣體的平均流速，12m/s;=_20.9512/pm=750.35=1795.5Pa2則管道系統阻力=Apl+Apm=1504.8+1795.5=3300.3Pa（式5.5）5.4 煙囪阻力計算已知煙囪高度h=189.5m,取-=0.056m_L,P=0.950kg/m3,WJ;dPo2095122=189.50.056-=725.8Pa5.5 系統總阻力計算已知煙氣在鍋爐出口前阻力為1060Pa,查相關資料，脫硫設備的阻力為880P

25、a,電除塵器的阻力為250Pa,引風機阻力取500Pa,則系統總阻力為：系統總阻力二爐系統阻力+管道系統阻力+脫硫設備阻力+引風機阻力+煙囪阻力+電除塵器阻力=1060+880+250+500+725.8+3300.3=6716.1Pa中北大學（朔州校區）2012級大氣污染控制工程課程設計說明書6設備選型6.1風量的計算Q0 =1 . Q（式 6.1 ）式中:Q0 通風機風量,m3/h;Q一管道系統的總風量，m3/h ;Q0 =1.1 153.2 3600 =6.1 105m3/h6.2 風機風壓的計算HY -1. 2% h（式 6.2）式中:HY一通風機風壓，Pa；h Ah 一系統總阻力，Pa；實況下的風機風壓:HY =1.2 6716.1 =8059.32Pa根據Qo和Hy選定Y4-73-11鍋爐用離心通風機。6.3 電機功率的核算NeQoHy ：Q0 Y（kW）3600L1000 1 2（式 6.3）式中:Q0風機風量，m3/h;Hy一風機風壓，Pa；2一風機在全壓頭時的效率，此處取0.7;%機