《大气污染控制》课程设计
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2.2.2烟气系统
锅炉烟气经烟道进入除尘器进行除尘后进入脱硫塔，洗涤脱硫后的低温烟气经两级除雾器除去雾滴后进入主烟道，经过烟气再热后由烟囱排入大气。当脱硫系统出现故障或检修停运时，系统关闭进出口挡板门，烟气经锅炉原烟道旁路进入烟囱排放。
2.2.3SO2吸收系统
锅炉烟气从烟道切向进入主塔底部，在塔内螺旋上升中与沿塔下流的脱硫液接触，进行脱硫除尘，经脱水板除雾后，由引风机抽出排空。脱硫液从螺旋板塔上部进入，在旋流板上被气流吹散，进行气叶两相的接触，完成脱硫除尘后从塔底流出，通过明渠流到综合循环池。
用《除尘器手册要由上箱体，中箱体，下箱体，排灰系统与喷嘴系统等几个主要部分组成。上箱体内设有多孔板，滤袋，滤袋框架；下箱体包括进气口、灰斗、检查门；排灰系统由减速装置和排灰装置组成；控制仪、控制阀、脉冲阀、喷嘴管与气包等组成喷吹系统。
3.1.4标态下烟气含尘浓度
(kg/m3)
式中： ——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；
——煤中不可燃成分的含量；
Qs——标准状态下实际烟气量，m3/kg。
(g/m3)
3.1.5标态下烟气中SO2的浓度
(mg/m3)
式中：SY——煤中硫的质量分数；
QS——标准状态下燃煤产生的实际烟气量(m3/㎏)。
氨吸收法
脱硫效率高，运行费用低
吸收剂在洗涤过程中挥发产生氨雾，污染环境，投资大
综合上述几种常用脱硫的优缺点比较，经过比较全面考虑，最终选用双碱吸收法进行脱硫，即采用NaOH来吸收烟气中的SO2，再用石灰石中和再生，再生后的溶液继续循环利用。该法吸收剂采用钠碱，故吸收率较高，可达95%，而且吸收系统内不生成沉淀物，无结垢和阻塞问题。
1.2.7根据计算结果绘制设计图，系统图要标出设备、管件编号、并附明细表；除尘系统、脱硫设备平面、剖面布置图若干张，以解释清楚为宜，最少4张A4图，并包括系统流程图一张。
1.3
1.3.1基本资料
（1）锅炉型号：DZL2-13即，单锅筒纵置式链条炉，蒸发量2t/h，出口蒸汽压力13MPa
（2）设计煤流量：350kg/h（台）
能够处理含尘气体，可以同时除尘、降温、吸收；
大直径塔检修时方便
安装要求严格，塔板要求水平；
操作弹性较小，易形成偏流和漏液，使吸收效率下降。
喷淋塔
空塔气速2.5～4.0m/s
液气比13～30L/m3
压力损失500～2000Pa
结构简单，造价低，操作容易；
可同时除尘、降温、吸收，压力损失小
气液接触时间短，混合不易均匀，吸收效率低；
(m3/h) (m3/s)
3.2.4除尘器的选择
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）
袋式除尘器是使含尘气体通过滤袋滤去其中离子的分离捕集装置，是过滤式袋式除尘器中一种，其结构形式多种多样，按不同特点可分为圆筒形和扁形；上进气和下进气，内滤式和外滤式，密闭式和敞开式；简易，机械振动，逆气流反吹，气环反吹，脉冲喷吹与联合清灰等不同种类,其性能比较如表3所示：
空气是地球表面一切有生命的物质赖以生存的基本条件。如果没有空气，人类的生存及其社会活动就无法维持下去，植物的光合作用不能进行，其它生物也不复存在。所以，当大气遭受污染之后，其成分、性质都发生了改变，这势必会对人体健康、动植物生长生活以及生态平衡乃至各种器官的存放产生有害的影响。近年来，随着城市工业的发展，大气污染日益严重，空气质量进一步恶化，不仅危害到人们的正常生活，而且威胁着人们的身心健康。我国11个城市中，空气中的烟尘和细颗粒物每年使40万人感染上慢性支气管炎。在一定程度上，城市生活正在背离人们所追求的健康目标。呼吸道疾病、温室效应、臭氧层破坏、酸雨、PM2.5等等，在这些名词已经频繁的出现在我们的日常生活中，大气污染的控制已经刻不容缓。
1.3.2处理要求
污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中二类区新建排污项目执行。《锅炉大气污染排放标准》（GB13271—2001）中二类区执行标准：烟气浓度排放标准（标准状况下）：200mg/m3；二氧化硫排放标准（标准状况下）：900mg/m3。
1.4
（1）贾绍义、柴诚敬，《化工原理课程设计》；
结合几种填料的优缺点最终决定本次设计选择塑性鲍尔环作为填料。
3
3
3.1.1标准状况下理论空气量
(m3/kg)
式中：CY、HY、SY、OY——分别在煤中各元素所含的质量分数
(m3/kg)
3.1.2标态下理论烟气量
(m3/kg)
式中： ——标准状态下理论烟气量；
WY——煤中水分的质量分数；
NY——N元素在煤中的质量分数。
近年来尽管半干法和干法脱硫技术及其应用有了较大的发展空间,但是湿法脱硫仍是目前世界上应用最广的脱硫技术,其优点是技术成熟,脱硫效率高,操作简便,吸收剂价廉易得适用煤种范围广,所用设备较简单等优点。常用方法有石灰/石灰石吸收法、钠碱吸收法、氨吸收法。其工艺比较见表1：
表1湿法脱硫各工艺比较明细表
项目
优点
通过我组比较最终决定选用袋式除尘器，根据处理烟气性质及不同型式的袋式除尘器的优缺点，最终决定选用MC36—I型系列逆喷脉冲袋式除尘器。
脉冲袋式除尘器是一种周期性的向滤袋内或滤袋外喷吹压缩空气来达到清除滤袋上积尘的袋式除尘器，它具有处理风量大，除尘效率高的优点，而且清灰机构设有运动部件，滤袋不受机械力作用，损伤较小，滤袋使用周期长的特点。
液体经喷嘴喷入，动力消耗大，喷嘴易堵塞；
产生雾滴，需设除雾器
通过比较各种设备的性能参数，填料塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点，具有很高的脱硫效率，所以选用填料塔吸收二氧化硫。
2.4
填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面而且促使气液两相分散，液膜不断更新，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。填料的种类很多，大致可分为实体填料与网体填料两大类。实体填料包括环形填料(如拉西环、鲍尔环和阶梯环)，鞍型填料(如弧鞍、矩鞍)，以及由陶瓷、金属、塑料等材质制成的填料。网体填料主要是由金属丝网制成的填料，如鞍形网、波纹网等。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与其它填料相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。
就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在长时间内不会有根本性的改变。我国的大气污染仍将以煤烟型为主。因此，控制燃煤烟气污染使我国大气质量、减少酸雨额二氧化硫的关键问题。
1.
1.1
设计DZL2-13型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统，要求对主要烟气处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，完成设计计算说明书和设计图纸。
1.2
1.2.1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。
1.2.2净化系统设计方案的分析，包括净化设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；净化效率的影响因素等。
1.2.3除尘设备结构设计计算
1.2.4脱硫设备结构设计计算
1.2.5烟囱设计计算
1.2.6管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择
其反应机理：
2NaOH + SO2→Na2SO3+ H2O
Na2SO3+ SO2+ H2O→2NaHSO3
Na2SO3同样可以吸收SO2，达到循环吸收的效果。
2.
脱硫工艺主要包括：吸收剂制备和补充系统，烟气系统，SO2吸收系统，脱硫产物处理系统四部分组成。
2.2.1吸收剂制备与补充系统
脱硫装置启动时用氢氧化钠作为吸收剂，氢氧化钠干粉料加入碱液罐中，加水配制成氢氧化钠碱液，在碱液罐中可以定期进行氢氧化钠的补充，以保证整个脱硫系统的正常运行及烟气的达标排放。为避免再生生成的亚硫酸钙、硫酸钙也被打入脱硫塔内容易造成管道及塔内发生结垢、堵塞现象，可以加装瀑气装置进行强制氧化或特将水池做大，再生后的脱硫剂溶液经三级沉淀池充分沉淀保证大的颗粒物不被打回塔体。另外，还可在循环泵前加装过滤器，过滤掉大颗粒物质和液体杂质。
名称
操作参数
优点
缺点
填料塔
空塔气速2.0～5.0m/s
液气比0.5～1.0L/m3
压力损失200～1000Pa
结构简单，设备小，制造容易，占空间小；液气比小，能耗低；气液接触好，传质较易，可同时除尘、降温、吸收
不能无水运行
自激湍球塔
液气比1～10L/m3
喷淋密度6～m3/(m2.h)
压力损失500Pa/m
（3）设计煤成分：CY=65% HY=4% OY=2% NY=1% SY=3% AY=15% WY=10%；
VY＝8％，属于高硫无烟煤
（4）排烟温度：160℃
（5）空气过剩系数α=1.3
（6）排烟中飞灰占煤中不可燃成分比例：16%
（7）烟气在锅炉出口前阻力550Pa
（8）连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度50m，90°弯头10个。
（8）《化学工程手册－第三卷》，化学工业出版社；
（9）《化工工艺设计手册》，化学工业出版社；
（10）董大勤等，《压力容器与化工设备衫手册》，化学工业出版社；
（11）王志魁，《化工原理》，化学工业出版社；
2
2.1
湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤SO2烟气以除去SO2的技术，本设计为高浓度SO2烟气的湿法脱硫。
空塔气速0.5~1.2m/s
结构简单，制造容易；
填料可用耐酸陶瓷，较易解决防腐蚀问题；
流体阻力较小，能量消耗低；
操作弹性较大，运行可靠。
不能无水运行
筛板塔
空塔气速1.0～3.0m/s
小孔气速16～22m/s
液层厚度40～60mm
单板阻力300～600Pa；
锅炉烟气经烟道进入除尘器进行除尘后进入脱硫塔，洗涤脱硫后的低温烟气经两级除雾器除去雾滴后进入主烟道，经过烟气再热后由烟囱排入大气。当脱硫系统出现故障或检修停运时，系统关闭进出口挡板门，烟气经锅炉原烟道旁路进入烟囱排放。
2.2.3SO2吸收系统
锅炉烟气从烟道切向进入主塔底部，在塔内螺旋上升中与沿塔下流的脱硫液接触，进行脱硫除尘，经脱水板除雾后，由引风机抽出排空。脱硫液从螺旋板塔上部进入，在旋流板上被气流吹散，进行气叶两相的接触，完成脱硫除尘后从塔底流出，通过明渠流到综合循环池。
用《除尘器手册要由上箱体，中箱体，下箱体，排灰系统与喷嘴系统等几个主要部分组成。上箱体内设有多孔板，滤袋，滤袋框架；下箱体包括进气口、灰斗、检查门；排灰系统由减速装置和排灰装置组成；控制仪、控制阀、脉冲阀、喷嘴管与气包等组成喷吹系统。
3.1.4标态下烟气含尘浓度
(kg/m3)
式中： ——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；
——煤中不可燃成分的含量；
Qs——标准状态下实际烟气量，m3/kg。
(g/m3)
3.1.5标态下烟气中SO2的浓度
(mg/m3)
式中：SY——煤中硫的质量分数；
QS——标准状态下燃煤产生的实际烟气量(m3/㎏)。
氨吸收法
脱硫效率高，运行费用低
吸收剂在洗涤过程中挥发产生氨雾，污染环境，投资大
综合上述几种常用脱硫的优缺点比较，经过比较全面考虑，最终选用双碱吸收法进行脱硫，即采用NaOH来吸收烟气中的SO2，再用石灰石中和再生，再生后的溶液继续循环利用。该法吸收剂采用钠碱，故吸收率较高，可达95%，而且吸收系统内不生成沉淀物，无结垢和阻塞问题。
1.2.7根据计算结果绘制设计图，系统图要标出设备、管件编号、并附明细表；除尘系统、脱硫设备平面、剖面布置图若干张，以解释清楚为宜，最少4张A4图，并包括系统流程图一张。
1.3
1.3.1基本资料
（1）锅炉型号：DZL2-13即，单锅筒纵置式链条炉，蒸发量2t/h，出口蒸汽压力13MPa
（2）设计煤流量：350kg/h（台）
能够处理含尘气体，可以同时除尘、降温、吸收；
大直径塔检修时方便
安装要求严格，塔板要求水平；
操作弹性较小，易形成偏流和漏液，使吸收效率下降。
喷淋塔
空塔气速2.5～4.0m/s
液气比13～30L/m3
压力损失500～2000Pa
结构简单，造价低，操作容易；
可同时除尘、降温、吸收，压力损失小
气液接触时间短，混合不易均匀，吸收效率低；
(m3/h) (m3/s)
3.2.4除尘器的选择
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）
袋式除尘器是使含尘气体通过滤袋滤去其中离子的分离捕集装置，是过滤式袋式除尘器中一种，其结构形式多种多样，按不同特点可分为圆筒形和扁形；上进气和下进气，内滤式和外滤式，密闭式和敞开式；简易，机械振动，逆气流反吹，气环反吹，脉冲喷吹与联合清灰等不同种类,其性能比较如表3所示：
空气是地球表面一切有生命的物质赖以生存的基本条件。如果没有空气，人类的生存及其社会活动就无法维持下去，植物的光合作用不能进行，其它生物也不复存在。所以，当大气遭受污染之后，其成分、性质都发生了改变，这势必会对人体健康、动植物生长生活以及生态平衡乃至各种器官的存放产生有害的影响。近年来，随着城市工业的发展，大气污染日益严重，空气质量进一步恶化，不仅危害到人们的正常生活，而且威胁着人们的身心健康。我国11个城市中，空气中的烟尘和细颗粒物每年使40万人感染上慢性支气管炎。在一定程度上，城市生活正在背离人们所追求的健康目标。呼吸道疾病、温室效应、臭氧层破坏、酸雨、PM2.5等等，在这些名词已经频繁的出现在我们的日常生活中，大气污染的控制已经刻不容缓。
1.3.2处理要求
污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中二类区新建排污项目执行。《锅炉大气污染排放标准》（GB13271—2001）中二类区执行标准：烟气浓度排放标准（标准状况下）：200mg/m3；二氧化硫排放标准（标准状况下）：900mg/m3。
1.4
（1）贾绍义、柴诚敬，《化工原理课程设计》；
结合几种填料的优缺点最终决定本次设计选择塑性鲍尔环作为填料。
3
3
3.1.1标准状况下理论空气量
(m3/kg)
式中：CY、HY、SY、OY——分别在煤中各元素所含的质量分数
(m3/kg)
3.1.2标态下理论烟气量
(m3/kg)
式中： ——标准状态下理论烟气量；
WY——煤中水分的质量分数；
NY——N元素在煤中的质量分数。
近年来尽管半干法和干法脱硫技术及其应用有了较大的发展空间,但是湿法脱硫仍是目前世界上应用最广的脱硫技术,其优点是技术成熟,脱硫效率高,操作简便,吸收剂价廉易得适用煤种范围广,所用设备较简单等优点。常用方法有石灰/石灰石吸收法、钠碱吸收法、氨吸收法。其工艺比较见表1：
表1湿法脱硫各工艺比较明细表
项目
优点
通过我组比较最终决定选用袋式除尘器，根据处理烟气性质及不同型式的袋式除尘器的优缺点，最终决定选用MC36—I型系列逆喷脉冲袋式除尘器。
脉冲袋式除尘器是一种周期性的向滤袋内或滤袋外喷吹压缩空气来达到清除滤袋上积尘的袋式除尘器，它具有处理风量大，除尘效率高的优点，而且清灰机构设有运动部件，滤袋不受机械力作用，损伤较小，滤袋使用周期长的特点。
液体经喷嘴喷入，动力消耗大，喷嘴易堵塞；
产生雾滴，需设除雾器
通过比较各种设备的性能参数，填料塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点，具有很高的脱硫效率，所以选用填料塔吸收二氧化硫。
2.4
填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面而且促使气液两相分散，液膜不断更新，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。填料的种类很多，大致可分为实体填料与网体填料两大类。实体填料包括环形填料(如拉西环、鲍尔环和阶梯环)，鞍型填料(如弧鞍、矩鞍)，以及由陶瓷、金属、塑料等材质制成的填料。网体填料主要是由金属丝网制成的填料，如鞍形网、波纹网等。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与其它填料相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。
就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在长时间内不会有根本性的改变。我国的大气污染仍将以煤烟型为主。因此，控制燃煤烟气污染使我国大气质量、减少酸雨额二氧化硫的关键问题。
1.
1.1
设计DZL2-13型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统，要求对主要烟气处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，完成设计计算说明书和设计图纸。
1.2
1.2.1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。
1.2.2净化系统设计方案的分析，包括净化设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；净化效率的影响因素等。
1.2.3除尘设备结构设计计算
1.2.4脱硫设备结构设计计算
1.2.5烟囱设计计算
1.2.6管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择
其反应机理：
2NaOH + SO2→Na2SO3+ H2O
Na2SO3+ SO2+ H2O→2NaHSO3
Na2SO3同样可以吸收SO2，达到循环吸收的效果。
2.
脱硫工艺主要包括：吸收剂制备和补充系统，烟气系统，SO2吸收系统，脱硫产物处理系统四部分组成。
2.2.1吸收剂制备与补充系统
脱硫装置启动时用氢氧化钠作为吸收剂，氢氧化钠干粉料加入碱液罐中，加水配制成氢氧化钠碱液，在碱液罐中可以定期进行氢氧化钠的补充，以保证整个脱硫系统的正常运行及烟气的达标排放。为避免再生生成的亚硫酸钙、硫酸钙也被打入脱硫塔内容易造成管道及塔内发生结垢、堵塞现象，可以加装瀑气装置进行强制氧化或特将水池做大，再生后的脱硫剂溶液经三级沉淀池充分沉淀保证大的颗粒物不被打回塔体。另外，还可在循环泵前加装过滤器，过滤掉大颗粒物质和液体杂质。
名称
操作参数
优点
缺点
填料塔
空塔气速2.0～5.0m/s
液气比0.5～1.0L/m3
压力损失200～1000Pa
结构简单，设备小，制造容易，占空间小；液气比小，能耗低；气液接触好，传质较易，可同时除尘、降温、吸收
不能无水运行
自激湍球塔
液气比1～10L/m3
喷淋密度6～m3/(m2.h)
压力损失500Pa/m
（3）设计煤成分：CY=65% HY=4% OY=2% NY=1% SY=3% AY=15% WY=10%；
VY＝8％，属于高硫无烟煤
（4）排烟温度：160℃
（5）空气过剩系数α=1.3
（6）排烟中飞灰占煤中不可燃成分比例：16%
（7）烟气在锅炉出口前阻力550Pa
（8）连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度50m，90°弯头10个。
（8）《化学工程手册－第三卷》，化学工业出版社；
（9）《化工工艺设计手册》，化学工业出版社；
（10）董大勤等，《压力容器与化工设备衫手册》，化学工业出版社；
（11）王志魁，《化工原理》，化学工业出版社；
2
2.1
湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤SO2烟气以除去SO2的技术，本设计为高浓度SO2烟气的湿法脱硫。
空塔气速0.5~1.2m/s
结构简单，制造容易；
填料可用耐酸陶瓷，较易解决防腐蚀问题；
流体阻力较小，能量消耗低；
操作弹性较大，运行可靠。
不能无水运行
筛板塔
空塔气速1.0～3.0m/s
小孔气速16～22m/s
液层厚度40～60mm
单板阻力300～600Pa；
