SG-400140型火电厂锅炉中硫烟煤烟气喷雾干燥法脱硫+袋式除尘系统设计.doc
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1、题目SG-400/140型火电厂锅炉中硫烟煤烟气喷雾干燥法脱硫+袋式除尘系统设计 录1设计任务书4 1.1设计题目41.2设计原始数据41.3设计内容及要求41.4绘制设计图51.5设计上交成果52设计计算 52.1燃煤锅炉烟气量、烟尘及二氧化硫的浓度计算52.1.1理论空气量以及实际空气量52.1.2理论烟气量以及实际烟气量72.1.3烟气含尘浓度72.1.4二氧化硫浓度72.1.5锅炉烟气流量72.2净化系统喷雾干燥法脱硫系统方案设计72.2.1喷雾干燥法工艺流程72.2.2喷雾干燥的脱硫机理82.2.3喷雾干燥法的主要设备92.2.4净化效率的影响因素92.2.5喷雾干燥器设计102.3
2、除尘设备的设计与计算112.3.1袋式除尘器的概念112.3.2袋式除尘器的工作原理122.3.3袋式除尘器的滤料122.3.4袋式除尘器的清灰方式132.3.5袋式除尘器的选择和计算142.4烟囱设计计算152.4.1烟气释放热计算152.4.2烟囱出口直径的计算162.4.3烟囱底部直径的计算162.4.4烟囱高度的计算162.4.5烟囱阻力计算172.5管道系统设计计算182.5.1管径的计算182.5.2摩擦阻力损失计算182.5.3局部阻力损失计算192.5.4系统总阻力计算192.6通风机、电动机的设计计算202.6.1风量的计算202.6.2风压的计算203污染物校核计算223.
3、1二氧化硫的排放速率223.2从排放速率核算223.2.1从排放速率核算223.2.2烟气的排放速率223.3从落地浓度核算234结束语235参考文献241设计任务1.1设计题目SG-400/140型火电厂锅炉中硫烟煤烟气喷雾干燥法脱硫+袋式除尘系统设计1.2设计原始数据锅炉型号:SG-400/140 即,上海锅炉厂制造,蒸发量400t/h,出口蒸汽压力140MPa设计耗煤量:42t/h设计煤成分:CY=64.5% ,HY=4% ,OY=6% ,NY=1% ,SY=1.5% ,AY=18% WY=5%; 15;属于中硫烟煤排烟温度:160空气过剩系数1.2飞灰率34 烟气在锅炉出口前阻力106
4、0Pa污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度450m,90弯头60个。1.3设计内容及要求(1)根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量,烟尘和二氧化硫浓度。(2)净化系统设计方案的分析确定。(3)除尘或脱硫设备的比较和选择:确定除尘或脱硫设备的类型、型号及规格,并确定其主要运行参数。(4)管网布置及计算:确定各装置的位置及管道布置。并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径及系统总阻力。(5)风机及电机的选择设计:根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。(6)
5、需要说明的其他问题。(7)编写设计说明书:设计说明书按设计程序编写,包括方案的确定、设计计算、设备选择等内容。课程设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分,文字应简明、通顺、内容正确完整。1.4绘制设计图(1)工艺流程示意图(带控制点)。(2)平面布置图。应按比例绘制,锅炉房及锅炉的绘制可以简化,但应能表明建筑外形和主要结构型式。在平面布置图中应有方位标志(指北针)。(3)锅炉烟气除尘脱硫系统图。应按比例绘制、标出设备、管件编号,并附明细表。(4)主要除尘脱硫设备剖面图。只需标出设备的主要性能参数(主要尺寸),内部结构不用细画。1.5设计上交成果 (1)完成设计说明书1份。(
6、2)附图CAD图纸:工艺流程图1张、平面布置图1张、除尘或脱硫系统图1张、主要除尘或脱硫设备剖面图1张。注意,图纸的标注与设计说明书相匹配。2设计计算2.1燃煤锅炉烟气量、烟尘及二氧化硫的浓度计算2.1.1理论空气量以及实际空气量以1kg煤完全燃烧计算,则:重量(g)摩尔数(mol) 需氧气数(mol)生成物(mol)C64553.7553.75CO2:53.75H404010H2O:20S150.468750.46875SO2:0.46875O603.75-1.875N100.714W502.78AV180150由上表可得燃煤1kg的理论需氧量为:n(O2)=53.75+10-1.875+0
7、.46875=62.34 mol/kg 假设干空气中氮和氧的摩尔比为3.78,则1kg煤的完全燃烧所需要的理论空气量: 即 297.9922.41000=6.67 /kg实际空气量 2.1.2理论烟气量以及实际烟气量烟气的组成:CO2:53.75mol H2O:20+2.78=22.78molSO2:0.46875mol N2:62.343.78mol理论烟气量:=(53.75+22.78+0.46875+62.343.78)22.41000=7.003/kg 实际烟气量: = +()=7.003+6.670.2=8.34/kg 160时烟气量: 2.1.3烟气含尘浓度 烟气含尘浓度:C 式中
8、: V 飞灰率 A 灰分 标准状态下实际烟气量,m3/kg。2.1.4二氧化硫浓度2.1.5锅炉烟气流量 Q= V设计耗煤量 2.2 净化系统喷雾干燥法脱硫系统方案设计2.2.1 喷雾干燥法(SDA)工艺流程烟气从切线方向进入塔顶上的烟气分配器,沿雾化轮四周进入喷雾干燥吸收塔;与此同时,准备好的石灰浆液从高位槽自流入雾化器内,经分配器进入高速旋转的雾化轮,当即被喷射成石灰乳雾化液滴。烟气与吸收剂反向混合,即发生强烈的热交换和化学反应,使烟气中的 SO2与石灰乳反应生成CaSO4和CaSO3粉尘,粉尘中还含有未反应的Ca(OH)2。部分粉粒在喷雾干燥吸收塔内被吸收,并从吸收塔底部排出。剩余部分粉
9、粒和烟气中的飞灰,随气流进入袋式除尘器被分离。净化后的烟气经引风机、烟囱进入大气。为提高脱硫剂利用率,吸收塔和除尘器排出的灰渣部分被再循环使用,其余部分则运出厂外进行综合利用2。SDA工艺分为5个步骤:吸收剂浆液的制备;吸收剂浆液的雾化;雾滴与烟气接触;SO2吸收和水分蒸发;灰渣再循环与排除;其中、 三步均在喷雾吸收塔内进行完成。如图所示2.2.2 喷雾干燥的脱硫机理当雾化的石灰浆液在吸收塔中与烟气接触后,浆液中的水分开始蒸发,烟气降温增湿,Ca(OH)2与SO2反应生成干粉产物。反应步骤方程式如下:(1) SO2被液滴吸收SO2(g) + H2O H2SO3(aq)(2) 吸收的SO2同溶解
10、的吸收剂反应生成CaSO3Ca(OH)2(aq) + H2SO3(aq) CaSO3(aq) + H2O(3)液滴中CaSO3达到饱和后,即开始结晶析出CaSO3(aq) CaSO3(s)(4)部分溶液中的CaSO3与溶于液滴中的O2反应,氧化成硫酸钙CaSO3(aq) + 1/2O2(aq) CaSO4(aq)(5)CaSO4饱和结晶析出CaSO4(aq) CaSO4(s)6 随着脱硫过程中溶解的Ca(OH)2的消耗,浆液中Ca(OH)2固体进一步溶解以维持脱硫反应的继续进行Ca(OH)2(s) Ca(OH)2(aq)2.2.3喷雾干燥法的主要设备(1)吸收剂制备系统 喷雾干燥FGD系统多采
11、用CaO含量高的石灰作脱硫剂。石灰仓内贮存的粉状石灰经螺旋输送机送入消化槽消化,并制成高浓度浆液,然后进入配浆槽,配浆槽上设有过滤器,以清除大颗粒的杂质。制备好的石灰乳用泵送到吸收剂罐内,再用供给泵送到吸收塔的高位罐备用。(2)雾化器 当前,采用较多的雾化器有喷嘴型和旋转离心雾化器两种,后者的原理主要为:由旋转盘或雾化轮使浆液分裂成微小液滴,然后与烟气发生反应。(3)喷雾干燥吸收塔 吸收塔的结构尺寸由许多因素决定,如雾化器类型、雾化器液滴出口速度、烟气量等。吸收塔上部一般设计为圆筒形,下部为60锥体,其体积需为烟气提供大约1012秒的停留时间,以保证液滴在进入除尘器前有足够的反应时间和干燥时间
12、。(4)除尘设备 安装在喷雾干燥塔之后的除尘设备有袋室除尘器和电除尘器两类。袋式除尘器用于喷雾干燥有良好的除尘效果。作为喷雾干燥脱硫系统尾部设备,其压力降与单纯除尘时基本相同,尽管粉尘负荷增加了5倍或更多,但滤袋压力降并没有出现较大变化。本设计选取的除尘设备就为袋式除尘器。(5)固体废物处置 处置方法因吸收剂的类型而异。对于石灰系统,当固体废物中未反应的吸收剂量小于5%时,固体废物是无害的,可采用与飞灰相同的处置办法。喷雾干燥吸收的最后产物是一种潜在的工业和建材原材料,但目前扩大规模的应用仍在研究之中。2.2.4 净化效率的影响因素(1)对脱硫率的影响;(2)出塔烟气温度对脱硫率的影响;(3)
13、烟气进口浓度对脱硫率的影响;(4)石灰浆吸收剂中加入添加剂的效果;(5)烟气入口温度对脱硫率的影响。2.2.5喷雾干燥器设计(1)吸收塔内流量计算 假设吸收塔内平均温度为80,压力为120KPa,则吸收塔内烟气流量为: 式中:吸收塔内烟气流量,; 标况下烟气流量,; K除尘前漏气系数,00.1,本设计取0.05;(2) 塔径计算: (3.1)式中:Q实际烟气总流量,; A塔的面积, ; 空塔流速,;一般空塔流速为0.5-5m/s,此处以3.5 m/s进行设计,则可得喷雾器直径为:代入数据得: (3)塔高计算: (3.2)式中:t塔内停留时间,一般为1012 ,此处取10 ;代入数据得: ;查工
14、业粉尘的安息角得飞灰的滑动角为,此处以进行设计4,则可得灰斗的高度为: 喷雾吸收器上部的设计高度为: 所以,喷雾吸收器的总高度为: 35m其余设备根据需要选相应型号即可。2.3除尘设备的设计与计算2.3.1袋式除尘器的概念过滤式除尘器,又称为空气过滤器,是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置,采用滤纸或玻璃纤维等填充层作滤料的空气过滤器,主要用于通风及空气调节方面的气体净化。袋式除尘器是采用纤维织物做滤料的过滤式除尘器,在工业尾气的除尘方面应用较广。袋式除尘器的除尘效率一般可达99%以上。虽然它是最古老的除尘方法之一,但由于它效率高,性能稳定可靠、操作简单,因而获得越来越广泛的应用。同时
15、,在结构形式、滤料、清灰方式和运行方式等方面也都得到了不断的发展。滤袋形状传统上为圆形,后来又出现了扁形,扁袋在相同过滤面积下体积更小,具有较好的应用价值。2.3.2袋式除尘器的工作原理含尘气流从下部孔板进入圆筒形滤袋内,在通过了滤料的孔隙时,粉尘被捕集于滤料上,透过滤料的清洁气体由排出口排出。沉积在滤料上的粉尘,可在机械振动的作用下从滤料表面脱落,落入灰斗中,常用滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成,滤料本身网孔较大,孔径一般为2050,表面起绒的滤料为510,因而新鲜滤料的除尘效率较低。颗粒因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用,逐渐在滤袋表面形成粉尘层,常称为粉尘初层。初层形成后,它成为袋式除尘
16、器的主要过滤层,提高了除尘效率。滤布只不过起着形成粉尘初层和支撑它的骨架作用,但随着颗粒在滤袋上积聚,滤袋两侧的压力差增大,会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压过去,使除尘效率下降。另外,若除尘器压力过高,还会使除尘系统的处理气体量显著下降,影响生产系统的排风效果。因此,除尘器阻力达到一定的数值之后,要及时清灰。清灰不能过分,即不应破坏粉尘初层,否则会引起除尘效率显著降低。对于粒径0.10.5的粒子清灰后滤料的除尘效率在90%以下;对于1以上的粒子,效率在98%以上。当形成颗粒层后,对所有的粒子的效率都在95%以上,对于1以上的粒子效率都高于99.6%。另一个影响袋式除尘器效率的因素是过滤速度。
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