《大气污染控制工程》课程设计学院：生态与环境学院专业班级：环境工程年级：学号：姓名：指导教师：完成日期：目录摘要 (1)1. 背景介绍 (2)1.1. 硫氧化物污染 (2)1.2. 燃煤脱硫技术 (3)1.2.1. 燃烧前脱硫 (3)1.2.2. 燃烧中脱硫 (3)1.2.3. 燃烧后脱硫 (3)1.3. 湿法脱硫技术 (3)1.3.1. 石灰石/石膏湿法脱硫 (3)1.3.2. 氧化镁法脱硫 (4)1.3.3. 双碱法脱硫 (4)1.3.4. 氨法脱硫 (4)1.3.5. 海水脱硫 (4)2. 石灰石/石膏湿法脱硫技术 (5)2.1. 主要特点 (5)2.2. 反应原理 (5)2.2.1. 吸收剂的反应 (5)2.2.2. 吸收反应 (5)2.2.3. 氧化反应 (6)2.2.4. 其他污染物 (6)2.3. 工艺流程 (7)3. 设计任务与目的 (8)3.1. 任务 (8)3.2. 目的 (8)3.3. 设计依据 (8)4. 脱硫系统的设计 (9)4.1. 脱硫系统设计的初始条件 (9)4.2. 初始条件参数的确定 (9)4.2.1. 处理风量的确定 (9)4.2.2. 燃料的含S率及消耗量 (10)4.2.3. 进气温度的确定 (10)4.2.4. SO2初始浓度的确定 (10)4.2.5. SO2排放浓度的确定 (10)5. 脱硫系统的设计计算 (11)5.1. 参数定义 (11)5.2. 脱硫系统的组成及主要设备选型 (12)5.2.1. SO2吸收系统 (12)5.2.2. 烟气系统 (18)5.2.3. 石灰石浆液制备系统 (20)5.2.4. 石膏脱水系统 (21)6. 参考文献 (25)摘要石灰石——石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术，日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。
将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。
本文主要在给定工艺条件及分离要求下，选择合理的设计参数，计算吸收剂用量、出口浓度、必须的塔高，以及配套设施的设计计算。
1.背景介绍1.1. 硫氧化物污染主要是二氧化硫和三氧化硫的污染。
SO2是重要的大气污染物，主要来自矿物燃料燃烧、含硫矿石冶炼和硫酸、磷肥生产等。
全世界SO2的人为排放量每年约1.5亿吨，矿物燃料燃烧产生的占70%以上。
自然产生的SO2数量很少，主要是生物腐烂生成的硫化氢在大气中氧化而成。
SO3常和SO2一同排放，数量仅为SO2的1～5%。
SO3很不稳定，能迅速与水结合成为硫酸。
SO2的排放源，90%以上集中在北半球的城市和工业区，造成这些地区大气污染问题。
英国伦敦曾多次发生由煤烟引起的大气污染的烟雾事件，这类烟雾被称为伦敦型烟雾。
SO2在大气中一般只存留几天，除被降水冲洗和地面物体吸收一部分外，都被氧化为硫酸雾和硫酸盐气溶胶。
硫酸盐在大气中可存留一个星期以上，飘移至1000公里以外，造成远离污染源处的污染或广域污染。
SO2氧化为硫酸盐气溶胶的机制是很复杂的，大体可归纳为3种：①光化学氧化。
在阳光照射下，SO2氧化为SO3,随即与水蒸气结合成硫酸，进而形成硫酸盐气溶胶。
大气中的氮氧化物和碳氢化合物相互作用产生的氧化性自由基，也可氧化SO2，称为间接光化学氧化，其氧化速率显著高于前者。
②液相氧化。
SO2 溶解在微小水滴中再氧化为硫酸。
有锰、铁、钒等起催化作用的金属离子或强氧化剂臭氧（O3)和过氧化氢存在时，氧化速率增大。
③颗粒物表面反应，SO2被颗粒物吸附后再氧化。
这种反应受湿度、pH值、金属离子等的影响。
SO2氧化成的硫酸雾和硫酸盐称为二次颗粒物。
这种颗粒物的粒径大部分在2微米以下。
SO2是无色气体，具有刺激性气味。
大气中SO2浓度达1～5ppm时，会刺激呼吸道，可使气管和支气管的管腔缩小，气道阻力增大。
SO2和飘尘具有协同效应，二者对人体健康的影响往往是不可分的（见二氧化硫污染对健康的影响）。
慢性支气管炎患者在飘尘和SO2的浓度超过500微克/米3条件下生活24小时，病情会恶化。
成年人长期生活在飘尘浓度为100～200微克/米3和SO2浓度为150～200微克/米3 条件下，可观察到呼吸系统疾病的症状。
儿童比成年人更为敏感。
高浓度SO2能使敏感的针叶树脱叶甚至枯死。
树木长期接触SO2,生长会减慢。
地衣长期接触60微克/米3以下低浓底SO2,品种组成和分布会发生变化，从而导致生态系统的变化。
SO2转变成的硫酸盐气溶胶散射阳光，使能见度降低。
硫酸雾和酸性硫酸盐腐蚀金属、建筑材料和其他物品，并且造成酸雨。
1.2. 燃煤脱硫技术1.2.1.燃烧前脱硫物理法、化学法、生物法1.2.2.燃烧中脱硫型煤固硫剂、流化床锅炉燃烧脱硫。
1.2.3.燃烧后脱硫燃烧后脱硫即烟气脱硫，是目前唯一大规模商业应用的脱硫方式。
按有无液相介入分类：湿法、半干法、干法、电子束法、海水法。
按脱硫剂种类分类：钙法、镁法、氨法、有机碱法、钠法（双碱法）。
1.3. 湿法脱硫技术1.3.1.石灰石/石膏湿法脱硫石灰石/石膏湿法脱硫技术经过四十余年的发展，已成为世界上技术最为成熟、应用最为广泛的脱硫工艺，在脱硫市场特别是大容量机组脱硫上占主导地位，约占电厂装机容量的85％。
应用的单机容量已达1000MW。
1.3.2.氧化镁法脱硫1.3.3.双碱法脱硫1.3.4.氨法脱硫1.3.5.海水脱硫2.石灰石/石膏湿法脱硫技术2.1. 主要特点（1）脱硫效率高，脱硫后烟气中二氧化硫、烟尘大大减少，脱硫效率高达95％以上。
（2）技术成熟，运行可靠性高。
国外火电厂湿法脱硫装置的投资效率一般可达98％以上，特别是新建的大机组采用湿法脱硫工艺，使用寿命长，可取得良好的投资效益。
（3）技术成熟，运行可靠性高。
国外火电厂湿法脱硫装置的投资效率一般可达98％以上，特别是新建的大机组采用湿法脱硫工艺，使用寿命长，可取得良好的投资效益。
（4）吸收剂资源丰富，价格便宜。
石灰石资源丰富，分布很广，价格也比其它吸收剂便宜。
（5）脱硫副产物便于综合利用。
副产物石膏的纯度可达到90％，是很好的建材原料。
（6）技术进步快。
近年来国外对石灰石-石膏湿法工艺进行了深入的研究与不断改进，可望使该工艺占地面积较大、造价较高的问题逐步得到妥善解决。
（7）占地面积大，一次性建设投资相对较大。
2.2. 反应原理2.2.1.吸收剂的反应购买回来石灰石粉（CaCO3）由石灰石粉仓投加到制浆池，石灰石粉与水结合生成脱硫浆液。
2.2.2.吸收反应烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触,循环浆液吸收大部分SO2，反应如下：SO2(气）+H2O→H2SO3（吸收）H2SO3→H++HSO3-H++CaCO3→Ca2++HCO3-（溶解）Ca2++HSO3-+2H2O→CaSO3·2H2O+H+(结晶)H++HCO3-→H2CO3(中和)H2CO3→CO2+H2O总反应式:SO2+CaCO3+2H2O→CaSO3·2H2O+CO22.2.3.氧化反应一部分HSO3-在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化,其它的HSO3-在反应池中被氧化空气完全氧化并结晶，反应如下：CaSO3+1/2O2→CaSO4(氧化)CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O(结晶)2.2.4.其他污染物烟气中的其他污染物如SO3、Cl-、F-和尘都被循环浆液吸收和捕集。
SO3、HCl 和HF与悬浮液中的石灰石,按以下反应式发生反应:SO2+H2O→2H++SO32-CaCO3+2HCl<==>CaCl2+H2O+CO2CaCO3+2HF<==>CaF2+H2O+CO22.3. 工艺流程图 1工艺流程图图 2吸收塔3.设计任务与目的3.1. 任务完成某电厂湿法脱硫工艺流程中吸收塔的设计。
3.2. 目的通过该设计，使学生能够综合运用课堂上学过的理论知识和专业知识。
以巩固和深化课程内容；熟悉使用规范、设计手册和查阅参考资料，培养学生分析问题、解决问题和独立工作的能力；进一步提高学生计算、绘图和编写说明书的技能。
3.3. 设计依据以1h为基准进行设计计算煤成分如下表O/mol干空气过剩空气系数a=1.1，空气湿度为X=0.0116molH2锅炉每小时用煤100t；脱硫率90%；石灰石纯度90%；进口烟气温度为100o C，出口烟气温度为50o C；采用逆流操作。
4. 脱硫系统的设计4.1. 脱硫系统设计的初始条件在进行脱硫系统设计时，所需要的初始条件一般有以下几个： （1）处理烟气量，单位：m 3/h 或Nm 3/h ； （2）燃料的含S 率及消耗量，单位：%、t/h （3）进气温度，单位：℃；（4）SO 2初始浓度，单位：mg/m 3或mg/Nm 3； （5）SO 2排放浓度, 单位：mg/m 3或mg/Nm 3； （6）锅炉蒸汽量，单位：t/h ；4.2. 初始条件参数的确定4.2.1. 处理风量的确定处理烟气量的大小是设计脱硫系统的关键,一般处理烟气量由业主方给出或从除尘器尾部引风机风量大小去确定。
若只知道锅炉蒸汽量,可由以下经验系数去计算:(1) 针对循环流化床锅炉,煤粉锅炉等烧煤锅炉,可按1t 蒸汽对应2500m 3风量计算(2) 针对蔗渣锅炉、生物质锅炉等烧生物质燃料锅炉,可按1t 蒸汽对应3333m 3风量计算;(3) 处理风量还存在标况状态(mg/m3)和工况状态(mg/Nm3)的换算,换算采用理想气体状态方程:nRT PV =(P 、n 、R 均为定值)2211T V T V =273K +t :T ,m g/m :V 273K;:T ,m g/Nm :V 232131（t 为进气温度）4.2.2. 燃料的含S 率及消耗量当没有SO 2初始浓度设计值时,可用燃料中的含S 率及消耗量去计算SO 2初始浓度。
4.2.3. 进气温度的确定进气温度为经过除尘后进入脱硫塔的烟气温度值,进气温度大小关系到脱硫系统烟气量的换算和初始SO 2浓度换算。
4.2.4. SO 2初始浓度的确定SO 2初始浓度一般由业主方给出,并且由此计算脱硫系统中各项设备参数,也是系统选择液气比的重要依据。
SO 2初始量计算公式如下:S+O 2→SO 232 64C SO2=2×B ×Sar/100×ηso 2/100×109C SO2-SO 2初始量,mg; B-锅炉BMCR 负荷时的燃煤量,t/h; Sar -燃料的含S 率,%; ηso 2-煤中S 变成SO 2的转化率,%, 4.2.5. SO 2排放浓度的确定 一般根据所在地区环保标准确定。
