1、3.4.1标准状态下理论空气量- 13 -3.4.3标准状态下实际烟气量- 13 -3.4.4标准状况下烟气含尘浓度- 14 -3.4.5标准状态下锅炉仅燃煤情况下烟气中二氧化硫浓度的计算- 14 -3.4.6锅炉燃烧造气炉废气计算- 14 -3.4.7锅炉燃烧洗中煤和造气炉废气的综合粉尘浓度- 14 -3.4.8锅炉仅燃烧造气炉废气产生的量计算- 15 -3.4.9两台锅炉燃烧造气炉废气和洗中煤产生的综合浓度- 15 -3.4.10标准状况下锅炉出气量- 15 -3.5除尘器的确定- 15 -3.5.1工况下烟气流量- 15 -3.5.2除尘效率- 16 -4循环流化床的设计计算- 19 -
2、4.1空塔气速的确定- 19 -4.2流化床直径的计算- 20 -4.3流化床高度的计算- 20 -4.3.1临界流化床高度- 21 -4.3.2流化床高Lf- 22 -4.3.4分离高度TDH- 22 -4.3.5流化床总高- 22 -4.4循环就化床系统的其他构件- 23 -4.4.1气流分布板- 23 -4.4.2 床重计算- 23 -4.4.3螺旋进料器的选型- 26 -4.5气固分离装置- 28 -4.6检测系统- 28 -4.7喷水量的确定- 29 -4.7.1喷水机理- 29 -4.7.2 喷水量的确定.- 29 -4.8喷嘴的选择- 31 -5系统阻力计算与风机的选择- 33
3、-5.1管道的阻力计算- 33 -5.1.1直管的阻力计算- 33 -5.1.2局部阻力损失的计算- 34 -5.2设备阻力的计算- 35 -5.2.1袋式除尘器的阻力- 35 -5.2.2 流化床主体的阻力- 35 -5.3风机型号的选择- 36 -6烟囱的设计- 37 -6.1烟囱高度的设计方法- 37 -6.2烟囱的设计计算- 38 -6.2.1烟囱高度的确定- 38 -6.2.2烟囱直径的计算- 38 -参考文献- 40 -致谢- 41 - 3 -河南城建学院设计 前言前言 大气是人类赖以生存的最基本的环境要素。随着人类生产活动和社会活动的增加，尤其是工业革命以来，煤、石油等化石燃料的
4、燃烧造成SO2、NOx和颗粒物等污染物的排放，使大气质量日趋恶化，已经到达了非治不可的地步。 我国的能源消费结构以煤为主，所以说环境保护形式非常严峻，CO2、SO2、烟尘和氮氧化物等以及由此产生的酸雨（指pH5.6的降水）对我国的大气环境造成了极大的危害。对人体健康，SO2污染有广泛、长期、慢性作用的特点，可导致呼吸道等多种疾病，降低人体的免疫功能；对生态环境，酸雨使土壤酸化和贫瘠化，植物生长减慢，湖水酸化，鱼类生长受到抑制；对建筑物和材料，酸雨具有强烈的腐蚀作用，至于对古建筑物等历史文化遗产的损害，则是无法用经济数字来估算的。由酸雨引起各种破坏造成的经济损失每年达数百亿元，已成为制约我国国民
5、经济持续健康发展的重要因素之一。而且我国已是世界环境发展大会“气候变化框架公约”的签字国，对温室气体排放量承担着国际义务，对SO2污染的控制刻不容缓。 为此，我国于2000年对大气污染防治法进行了修订。这次修订明显加大了大气污染防治力度，规定了数项重大的大气污染防治法律制度和措施，为我国控制酸雨和SO2污染提供了法律依据。 我国不能完全照搬外国大型电站烟气除尘脱硫的方法和技术，必需立足国内，结合国情，研制和开发投资省、运行费用低、技术可行、具有真正使用价值和推广前景的除尘脱硫一体化设备。这对缓解我国酸雨和二氧化硫的危害、促进国民经济持续发展具有重大的意义。河南城建学院设计 1概述1概述1.1三
6、废锅炉烟气污染现状 我国排放的二氧化硫已连续多年超过2000万吨，居世界首位。火电厂的二氧化硫排放占整个二氧化硫排放量的比重相当高。据统计燃煤工业锅炉的二氧化硫排放量占全国二氧化硫排放量达到40%左右。我国酸雨和二氧化硫污染严重，酸雨面积已经占国土面积的30%。同时我国能源结构的特点决定了控制燃煤二氧化硫的排放是我国控制二氧化硫污染的重点。目前，各国研究的烟气脱硫方法已超过一百种，其中有的进行了中间试验，有的还处于实验室研究阶段，已用于工业生产的只有十余种。中国环境保护21世纪议程颁布后，对其中的固定源大气污染的控制，建议采取如下以行动方案。（1）推广应用循环流化床燃烧脱硫成套技术和火电厂烟气
7、脱硫技术；（2）发展燃煤电站SO2控制技术，其中包括大型流化床燃烧脱硫技术、旋转喷雾干燥脱硫技术、炉内喷钙技术并建立示范工程；（3）综合控制SO2面源污染（烟囱高度40m），相应技术包括型煤燃烧成套技术、循环流化床燃烧技术、湿式脱硫除尘技术和炉内喷钙技术等。1.2烟气脱硫技术的发展1.2.1国外研究动态 当前应用的烟气脱硫方法大致上有三类：干法脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫。根据对脱硫生成物是否可以继续使用，脱硫方法还可分为抛弃法和回收法两种。根据净化原理和流程来分类，烟气脱硫方法又可分为下列三种： （1）用各种液体和固体物料吸收和吸附废气中的二氧化硫；（2）将废气中的二氧化硫在气流中氧化为三氧化
8、硫，再冷凝吸收制成硫酸；（3）将废气中的二氧化硫在气流中还原为硫。 为了防止二氧化硫污染和酸雨污染，各国均致力于开发先进的烟气脱硫技术，目前已形成工业化运行的烟气脱硫技术主要有：以日本为代表的湿式石灰-石灰石法专利技术，以日本和意大利为代表的湿式氨法专利技术，以美国为代表的氧化镁脱硫工艺专利技术，以英国为代表的碱式硫酸铝专利技术，以美国为代表的喷雾干燥法专利技术，以美国和芬兰为代表的喷钙脱硫专利技术，以德国为代表的循环流化床脱硫专利技术，以及以美国为代表的荷电干式吸收剂喷射脱硫技术专利技术等。后四种脱硫技术属于干法脱硫技术。 国外循环流化床烟气脱硫（CFB）工艺技术是20世纪80年代末由德国鲁
9、奇公司研究开发的。该公司是世界上第一台循环流化床锅炉的开发者，现又把循环流化床技术引入烟气脱硫领域，取得了良好的效果，德国的wulff公司在该技术的基础上开发了回流式循环流化床技术，丹麦FLS.Miljo公司开发的气体悬浮技术也得到了工程应用。CFB工艺是近年来新兴起的具有世界先进水平的脱硫技术。具有干法脱硫的许多优点，如投资少、占地面积小、流程简单，而且可在较低的钙硫比下达到与湿法脱硫技术相近的脱硫效率，并能同时达到除尘效果（郝吉明等，2001）。从烟气脱硫技术看，目前国内外的发展趋势是：由湿法向干法、半干法发展，由单一脱硫向同时除尘脱硫发展，由单一脱硫向同时脱硫脱硝发展。1.2.2国内研究
10、动态 CFB工艺技术在国际上已趋于成熟。目前国内在这方面的基础工作已经起步。清华大学“煤的高效低污染燃烧”国家重点实验室做了约400m3/h的烟气量的机理试验研究，东南大学热能工程研究所也完成了模拟中试试验研究，试验规模2000m3/h（郝吉明等，2001）。西安建筑科技大学1993年率先在国内开展了CFB工艺技术研究开发，并两次获原冶金工业部科学研究基金资助，在完成300m3/h烟气量的实验室机理研究的基础上，1997年与鞍山钢铁公司合作，在鞍钢工业窑炉现场完成了5000m3/h烟气量的半工业性试验，取得了阶段性研究成果，在CFB工艺烟气除尘脱硫技术开发领域，居国内领先水平。2002年，西安
11、建筑科技大学获国家自然科学基金（50174042）资助，重点研究循环流化床脱硫的工业运行参数。1.3循环流化床脱硫工艺特点循环流化床脱硫工艺的吸收剂可以用生石灰在现场进行干消化所得到的氢氧化钙细粉，也可以用废碱液或电石渣，从而节省投资费用，减少了能源消耗，使运行费用大为降低。 该工艺是一种干法流程，所以不像湿法、半干法那样需要由许多庞大的贮存罐、易磨损的浆液输送泵等组成的复杂的吸收及制备、输送系统，从而大大简化了工艺流程。脱硫产物性质稳定，可以作为建筑材料使用，也可以进一步综合利用。该工艺通过吸收剂的多次再循环，延长吸收剂与烟气的接触时间，提高了吸收剂的利用率，具有流程简单、占地少、投资小等优
12、点，而且能在较低的钙硫比（Ca/S： 1.4循环流化床的反应机理1.4.1固体流态化机理 固体颗粒的流动性差，若采取某种措施使颗粒也像流体一样呈流动状态，这种操作就称为固体流态化，进行流态化操作的设备叫流化床。 当气体自下而上通过床层时，随着床层物料颗粒的特征，床层几何尺寸、气体流速等参数改变，其流态化状态不同。当改变空床气速时，固体流态化过程可大致分为固定床、流化床和气力输送三种情况。（1）固定床状态：在一个床内，当空床气速较小时，固体颗粒静止不动，气体从物料颗粒间的缝隙穿过。（2）流化床状态：当床速增加到一定值后，固体颗粒开始松动，且颗粒位置也在一定区间进行调整，床层略有膨胀，床内空隙率开
13、始增加，但固体颗粒仍保持接触，开始进入流化状态，此时的气流速度称为临界流化速度,当空床气速超过时，颗粒完全悬浮在向上的气流中，并在床层上形成一明显的上界面，即床层的密相段，这是床内气固两相进行传质与传热的主要区域，在密相段中的固体看起来像沸腾着的液体，并且在很多方面具有液体的性质。（3）气力输送状态：当空床气速升高到一定值后，流化床上界面消失，床层空隙率剧增，颗粒分散悬浮在气流中，被气流带走，其相应气速称为最大气速，或称为颗粒的终端速度。由上可知，要维持床层处于良好的流化床状态和脱硫效果，气流速度应处于与之间，并且保持足够反应时间和较小的压力损失1.4.2化学反应机理 （1）SO2被水吸收的化
14、学反应机理 SO2溶于水，发生下列反应SO2（g）+H2O=H+HSO3- （2）CaO吸收剂的水合反应 流化床内此反应在吸收剂SO2与喷入的雾化水之间 进行，反应式为CaO（s）+ H2O （l）=Ca（OH）2+1143.11J/gCaO水合反应是一个剧烈的放热反应。当CaO对水产生剧烈亲和反应，把水吸进固体空隙中，激发大量的热，在粒子内部产生强大的膨胀力，使颗粒迅速分裂破碎，变为小颗粒。（3）CaO与SO2、O2的反应CaO（s）+ SO2 （g）+ O2= CaSO4（s）由热力学观点来看，反应速度受反应条件（如温度，浓度）的严格限制，在760以上时，此反应变得显著，温度不断升高，反映
15、速度亦随着增加，当温度增加到1000以上后，反映速度增加的非常缓慢。（4）Ca（OH）2与SO2的反应Ca（OH）2 （s）+ SO2 （g）= CaSO3（s）+ H2O （g）此反应在590条件下，可以直接完全进行。对于以除去SO2来说，温度应保持在480650范围内，若反应温度低于480时，反映几乎就无法进行。但是，当气相中存在一定量水分时，即使反应温度小于120时，反应也是可以进行的。KlingSper首先系统 研究了温度对脱硫效率的影响，并认为（a）温度是此反应最为重要的影响因素。（b）反应在420以下进行时，脱硫效率受温度影响不大，虽然Ca（OH）2与SO2的反应随温度升高，反映速
16、率有所提高，但温度不超过420时，效果不显著。（c）CaO、SO2的水合反应是个极快的放热反应，只要湿度足够，大多数CaO将迅速反应生成Ca（OH）2。（d）SO2在水中溶解度受温度限制，但在有碱离子存在时，其溶解度大大增加。在CFB系统中，水直接吸收SO2的量远远低于Ca（OH）2在湿润状态下吸收SO2的量。（e）SO2与CaO反应在高于800温度下反应剧烈，在较低温度且没有水分湿润条件下，反应不明显。（f）即使在较低温度下（低于120）。只要存在足够水分，Ca（OH）2与SO2的反应充分。（5）循环流化床脱硫综合反应机理 综上所述，在CFB系统中脱硫的主要化学反应可表示为 CaO（s）+
17、H2O （l）= Ca（OH）2 （s）Ca（OH）2 （s）+ SO2 （g）+ H2O （l）= CaSO3（s）+ 2 H2O （g）CaSO3+ O2= CaSO4 （s） 由反应式可以看出，直接影响脱硫效率的因素是氧化钙和水分的含量。钙硫比较高时，反应时氧化钙过量，二氧化硫就能得到较高的去除率。水含量有利于氢氧化钙生成，能促进二氧化硫吸收。 由试验结果可知，CFB反应器中喷入的水使氧化钙表面CFB形成氢氧化钙，烟气因为水的蒸发而冷却，氧化钙与水反应很快，床内固体主要是氢氧化钙和脱硫后的产物，气固反应开始发生在吸收剂粒子外表，随着反应进行，反应面向内部移动。由于磨损使吸收石灰粒子的未反
18、应表面不断暴露出来，有利于反应的顺利进行。但是由于粒子磨损（特别是在湿润条件下），小粒子不断被烟气带出床外，床重不断发生变化。维持床重的恒定，是CFB反应器正常进行的基础。在喷水条件下，粒子的磨损机理对CFB反应器正常运行具有重要意义，而喷水量对粒子磨损破碎剂脱硫效率有重要影响。- 5 -河南城建学院设计 2设计资料2设计资料2.1单位生产情况设计项目为160t/h+175t/h三废锅炉，燃料为某工业区洗中煤，掺烧化肥厂造气炉排出的废渣和废气。其中60t/h三废余热锅炉：燃用洗中煤及炉渣：12-16t/h，造气炉吹风气气流量50000-80000m3/h，H2S含量800-1000mg/m3；
19、其中75t/h三废余热锅炉：15-20t/h，造气炉吹风气气流量50000-80000m3/h，H2S含量800-1000mg/m3。排烟温度为135，治理工程在厂区内60 m 50 m范围内，烟管出锅炉房的相对标高为3.5 m。2.2煤质资料参数表1 煤质参数序号项目符号单位1工作基碳份Car%242工作基氢份Har%2.43工作基氧份Oar%9.04工作基氮份Nar%0.05工作基硫份Sar%1.06工作基水份Mar%1.227工作基灰份Aar%52.08可燃挥发份Vdaf%15.69工作基低位发热量Qnet，ar MJ/kg10.582.3灰成分分析表2 灰分分析名称设计煤种校核煤种二氧
20、化硅SiO2%52.750.98三氧化二铝Al2O328.3632.08三氧化二铁Fe2O33.85氧化钙CaO4.644.12氧化镁MgO1.381.44氧化钾K2O1.791.04氧化钠Na2O0.210.14三氧化硫SO31.512.26五氧化二磷P2O50.220.6010二氧化钛TiO20.860.962.4气象和地理条件气象和地理条件参数多年平均大气温度15.6多年极端最高气温42.3多年极端最低气温-15.3多年平均相对湿度67%多年平均风速2.4m/s累年瞬时最大风速20m/s最大冻土深度22cm最大积雪深度地基承载力230kPa抗震设防烈度6度11设计基本地震加速度值0.05
21、g表3 气象和地理参数 2.5排放浓度 新建锅炉（按国家排放标准）排放标准浓度限值为100 ，烟尘排放浓度限值为302.6工艺流程的选择除尘设备 ，总的脱硫除尘工艺流程如下页图所示循环流化床吸收塔烟囱 袋式除尘器石灰仓引风机 脱硫灰仓预除尘之后的烟气 图1 脱硫除尘工艺流程 反应器下料仓 - 16 -河南城建学院设计 3袋式除尘器的选型与设计3袋式除尘器的选型与设计3.1除尘器的选择除尘器的比较见表4表4 常用除尘器性能比较除尘器名称适用的粒径范围/m效率/%阻力/Pa设备费运行费重力沉降室505050-130少惯性除尘器20-5050-70300-800旋风除尘器5-3060-70800-1
22、500中冲击水浴除尘器1-1080-95600-1200中下冲击式除尘器5951000-1600中上文丘里除尘器0.5-190-984000-10000大电除尘器95-991000-1500 根据工况下烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率来确定除尘器（袋式除尘器）通过对以上因素的分析参考专业书籍，我决定使用袋式除尘器，并且根据烟气流量等要求选用回转反吹扁布袋除尘器。3.2过滤机理 袋式除尘器通过由棉、毛、人造纤维等所加工成的滤料来进行过滤，主要依靠滤料表面形成的粉尘初层和集尘层进行过滤作用。它通过以下几种效应捕集粉尘：（1）筛滤效应：当粉尘的粒径比滤料空隙或滤料上的初层孔隙大时，粉尘便被捕集下
23、来。（2）惯性碰撞效应：含尘气体流过滤料时，尘粒在惯性力作用下与滤料碰撞而被捕集。（3）扩散效应：微细粉尘由于布朗运动与滤料接触而被捕集。袋式除尘器是过滤式除尘器中的主要型式。它是将织物制成滤袋，当含尘气流体有穿过滤料孔隙时粉滤料的预附层过滤技术尘被拦截下来。沉积在滤袋上的粉尘通过机械振动，从滤料表面脱下来，降至在灰斗中。一般滤料网孔径为2050m，表面起绒的滤料网孔径为510m，若用新滤袋则除尘效率较低。滤袋使用一段时间后，少量尘粒被筛滤拦截，在网孔之间产生“搭桥”现象并在滤袋表面形成粉尘层后，除尘效率逐渐提高，阻力也相应增大。滤袋具有多种除尘机理，除前述的重力沉降、惯性碰撞、截留分离及带电
24、荷粉尘的外静电作用，还有扩散作用，即微小于lm的尘粒在气体分子的撞击下脱离流线，像气体分子一样向滤袋纤维作布朗运动，以及粉尘粒径大于滤层孔隙被拦截下来的筛滤作用。大于lm的尘粒，主要靠惯性碰撞，小于lm的尘粒，主要靠扩散作用。在传统的袋式除尘器上使其预先附着一层粉尘层（称为预附层），通过预附层材料的吸附、吸收、催化等效应将工业废气中的气、液相污染物预先净化，然后再把烟气中的固相污染物同时去除，这种技术称为预附层过滤技术。例如在铝电解过程所产生的烟气中，除含有粉尘外，还有一定量的氟化氢和沥青烟等。可以采用氧化铝粉末作为预附层材料，利用氧化铝粉末对氟化氢烟气的吸附效应和粉状物对沥青烟的隔离作用，达到高效、稳定处理铝电解烟气的目的。采用白云石粉末作预附层材料进行沥青烟气干式过滤净化，也取得良好的效果。目前国内外都在积极研究开发此项技术，使其得到更广泛的应用，如处理含SO2的烟气等。对于高粘性粉尘如氧化锌粉尘，采用预附层技术处理，可使除尘器阻力下降
