環(huán)境工程綜合設(shè)計課程設(shè)計--20th燃煤鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計

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

2、 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　成 績： </p><p>　　日期：

3、2017年 月</p><p><b>　　一、設(shè)計資料和依據(jù)</b></p><p><b>　　（一）設(shè)計參數(shù)</b></p><p>　?。?）額定蒸發(fā)量：20t/h </p><p>　?。?）鍋爐煙氣量：60000Nm3/h</p><p>　　（3）鍋爐煙氣出

4、口溫度：150℃</p><p>　?。?）煙氣中SO2濃度： 2000mg/Nm3；</p><p>　　（5）鍋爐出口負(fù)壓： -1800Pa；</p><p><b>　?。ǘ┰O(shè)計依據(jù)</b></p><p>　　《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13271-2014</p><p>　　《大氣

5、污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》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(fēng)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(diǎn)。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(yùn)行費(fèi)用高；氧化鎂法的脫硫劑氧化鎂不僅價格較貴，造成運(yùn)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(yīng)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(yùn)行費(fèi)用，具有投資少、占地面積較小、運(yùn)行費(fèi)

8、用低等優(yōu)點(diǎn)，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(shè)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(shè)備阻力低。所以選擇噴淋塔。</p><p><b>　　三、脫硫系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　（一）脫硫劑制備系統(tǒng)</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(xì)度應(yīng)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(zhì)量流量：</p><p>　　M（SO2）=鍋爐煙氣量×煙氣中SO2濃度 </p><p>　　代入數(shù)據(jù):M(SO2)=60000×2000=120kg/h</p><

12、p>　　3)生石灰中CaO的含量為90%，生石灰質(zhì)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(yīng)該在脫硫液池內(nèi)補(bǔ)充少量純堿，按照0.05mol （Na2CO3）/1mol（SO2）補(bǔ)充量，則</p><p>　?。ò?00% Na2CO3計算）<

13、/p><p>　　3.脫硫劑液箱容量與設(shè)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(zhì)量流量為。按照《工業(yè)鍋爐及爐窯濕法煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范》（HJ462-2009），脫硫劑漿液貯罐的容量宜不小于設(shè)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(tǒng)</b></p><p><b>　　1.增壓風(fēng)機(jī)</b></p><p><b>　　增

15、壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量：</b></p><p>　　Q=60000×110%=66000</p><p><b>　　2.煙氣加熱設(shè)計</b></p><p>　　將部分未處理的原煙氣與低溫凈煙氣混合，達(dá)到加熱目的。使經(jīng)過煙氣換熱器的煙氣溫度不低于150度，漏風(fēng)率≤1.5%。</p><p>　?。ㄈ┒?/p>

16、化硫吸收系統(tǒng)</p><p><b>　　1.塔內(nèi)流量計算</b></p><p>　　假設(shè)噴淋塔內(nèi)平均溫度為60℃，壓力為1800KPa，則噴淋塔內(nèi)煙氣流量為：</p><p>　　式中：——噴淋塔內(nèi)煙氣流量，；</p><p>　　——標(biāo)況下煙氣流量，；</p><p>　　——除塵前漏氣系數(shù)

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(nèi)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(jù)操作條件參數(shù)得，選擇噴淋塔噴氣液反應(yīng)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(shè)計成兩段。每層除霧器上下各設(shè)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(shè)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(shè)計中選取的漿料池直徑為，然后再根據(jù)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(shù)據(jù)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(nèi)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(jù)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(nèi)煙氣平均溫度，；</p><p>　　B——當(dāng)?shù)卮髿鈮?，?lt;/p><p>　　根據(jù)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13271-2014，每個新建鍋爐房只能設(shè)一根煙囪，煙囪高度應(yīng)根據(jù)鍋爐房裝機(jī)總?cè)萘浚凑毡矶?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(nèi)溫降</b></p><p>　　式中：H-煙囪高度，m；</p><p>　　D-合用統(tǒng)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(shù)?？捎杀聿榈?，選取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(wǎng)布置</b></p><p>　　式中——工況下管道內(nèi)的煙氣流量，； </p><p>　　——煙氣流速，m/s，（可查有關(guān)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(shí)際煙氣流速：</p><p>　　（六）.系統(tǒng)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(shù),是氣體雷諾數(shù)Re和管道相對粗糙度K/d的函數(shù)。查手冊得：實(shí)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(shù)據(jù)得： </b></p><p><b>　　2.局部阻力損失</b></p><p><b>　　(Pa)</b></p><p>　　在所設(shè)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(shù)可查到，取</p&g

32、t;<p>　　v——與ξ像對應(yīng)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(tǒng)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(tǒng)總阻力=1300+70.6754+125.424=1496.0994Pa</p><p>　?。ㄆ撸╋L(fēng)機(jī)和電動機(jī)的計算</p><p><b>　　1.風(fēng)機(jī)風(fēng)量</b></p><p>　　式中: 風(fēng)量備用系數(shù)；</p><p>　　工狀態(tài)下風(fēng)機(jī)前標(biāo)態(tài)下風(fēng)量，</p><p><b&g

34、t;　　風(fēng)機(jī)前煙氣溫度， </b></p><p><b>　　當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，?lt;/b></p><p><b>　　2.風(fēng)機(jī)風(fēng)壓</b></p><p>　　對于除塵器后裝的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓計算：</p><p>　　式中：風(fēng)壓備用系數(shù)；</p><p><b&g

35、t;　　系統(tǒng)總阻力，；</b></p><p><b>　　煙囪抽力，； </b></p><p><b>　　風(fēng)機(jī)前煙氣溫度； </b></p><p>　　風(fēng)機(jī)性能表中給出的試驗用氣體溫度；</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)狀況下煙氣密度，。</p><p>　　常用

36、風(fēng)機(jī)性能及適用范圍</p><p>　　根據(jù)排煙溫度和風(fēng)量范圍，由表中可知選取Y9-35。</p><p><b>　　3.電動機(jī)功率</b></p><p><b>　　式中 風(fēng)機(jī)風(fēng)量，；</b></p><p><b>　　風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，</b></p><

37、p>　　風(fēng)機(jī)在全壓頭時的效率（一般風(fēng)機(jī)為0.6，高效風(fēng)機(jī)約為0.9，取0.8）； </p><p>　　機(jī)械傳動效率，當(dāng)風(fēng)機(jī)與電機(jī)直聯(lián)傳動時，用聯(lián)軸器連接時；</p><p>　　電動機(jī)備有系數(shù)，對引風(fēng)機(jī)，</p><p>　　四、工藝流程圖和主要構(gòu)筑物簡圖</p><p>　　1.脫硫系統(tǒng)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(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析</p><p><b>　　1、運(yùn)行費(fèi)用估算</b></p

39、><p>　　運(yùn)行費(fèi)用主要有：電費(fèi)、水費(fèi)、人工費(fèi)、藥劑費(fèi)等。 （按8000小時/年計算）</p><p><b>　　(1)電耗</b></p><p>　　電費(fèi)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(fèi)0.52元/kWh，年運(yùn)行8000小時計。電費(fèi)共41.6萬元。</p><p>

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

41、，本脫硫系統(tǒng)設(shè)操作定員3人，年工資1.8萬元/人，共需人工費(fèi)5.4萬元/年。</p><p><b>　　(3)脫硫劑費(fèi)用</b></p><p>　　所用煤的含硫量按1%時運(yùn)行成本估算為，可燃硫的轉(zhuǎn)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(shè)計，每小時二氧化硫脫除量為344.25Kg/h</p><p><b>　　c.脫硫劑費(fèi)</b></p><p>　　根據(jù)SO2脫除量、

43、化學(xué)反應(yīng)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(fèi)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(fèi)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(fèi)用初步估算表</p><p><b>　　(4)運(yùn)行費(fèi)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(tǒng)全年(按8000小時計)總運(yùn)行費(fèi)用為192.8萬元。</p><p><b>　　2、經(jīng)濟(jì)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(xiàn)行環(huán)保政策2元/kg計算，則本脫硫系統(tǒng)投入運(yùn)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(xiàn)：</b></p><p>　　1.《環(huán)境工程設(shè)計基礎(chǔ)》，邱啟華，楊莉編，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.9</p><p>　　2.《環(huán)境工程設(shè)計基礎(chǔ)》，金毓荃、李堅編，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.9 </p><p>　　3.《環(huán)境工程設(shè)計》，趙立軍、陳進(jìn)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(shè)計案例分析》，郝飛麟, 陳雪松編著，杭州:浙江大學(xué)出版社,2016.02</p><p>　　5.《環(huán)保設(shè)備基礎(chǔ)》，李永峰, 李巧燕主編，北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2017</p><p>　　6.《固體廢物處理工程技術(shù)手冊》聶永豐主編 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013 </p><p>　　7

49、.《工業(yè)脫硫脫硝技術(shù)》李肇全主編 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2014 </p><p>　　8.《環(huán)境工程工藝設(shè)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(xué)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(xué)工業(yè)出版社,2014 </p

50、><p>　　11.《廢氣處理工程技術(shù)手冊》王純等編 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013.01 </p><p>　　12.《廢水污染控制技術(shù)手冊》潘濤等編 北京:化學(xué)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(shí)用技術(shù)》周兆駒編著 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2016.11 </p><p>　　14.《環(huán)境噪聲控