大气污染控制技术课程设计.doc

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1、 目录 一、绪论41.1废气产生来源41.2废气方案的去除方法4二、各种除尘工艺的比较42.1 除尘系统的选择62.2 旋风除尘器的工作原理72.3 旋风除尘器的应用82.4 旋风除尘器的并联使用82.5 除尘器并联方法92.5.1进气管并联方式92.5.2排气管并联方式92.5.3排灰口并联方式102.5.4并联后的除尘效率和阻力损失112.5.5旋风除尘器的特点12三、锅炉烟气脱硫工艺选择123.1 锅炉烟气脱硫工艺的论证选择123.1.1 脱硫工艺及脱硫吸收器比较选择133.2工艺特点21四、设计计算214.1原始参数214.2设计要求224.3计算烟气排放量及烟气中烟尘和SO2的浓度2

2、24.3.1蒸发量为35t/h的锅炉所需热量224.3.2烟气排放量及组成（标态）234.4.3在空气中，O2占21%，因此燃烧1kg煤所需要的理论空气量中N2的量234.3.4理论烟气量组成（mol）234.3.5烟气中烟尘和SO2的浓度244.4旋风除尘器的结构设计24五、结论255.1工艺流程简述255.2设备参数25六、参考文献26 前言 近20年来,随着国民经济的迅速发展,我国的SO2排放量连年增长, SO2的排放已导致许多地区出现了严重的酸雨现象,由此引起我国酸雨区不断扩大,造成全国每年经济损失1000亿元以上,接近当年国民生产总值的2%。据统计,我国目前约有30万台中小型燃煤工业

3、锅炉,耗煤量占全国原煤产量的1/3。而这些锅炉中,大部分没有安装脱硫设备,致使许多地区酸雨频频发生,严重危害了工农业生产和人体健康。因此,烟气脱硫是当前环境保护的一项重要工作。目前,国内外成熟的脱除工艺有十几种,但都需要较高的基建投资和运行费用。在我国目前的经济状况下,这对于绝大多数企业来说都是难以承受的。由于工程基建费用是很难缩减的,而运行费用可以通过改良工艺和优化运行参数等得到降低。 我国大气污染严重，污染废气排放总量处于较高水平。为控制和整治大气污染，“九五”以来，我国在污染排放控制技术等方面开展了大量研究开发工作，取得了许多新的成果，大气污染的防治也取得重要进展。在“八五”、“九五”期

4、间，国家辟出专款开展全球气候变化预测、影响和对策研究，在温室气体排放和温室效应机理、海洋对全球气候变化的影响、气候变化对社会经济与自然资源的影响等方面取得很大进展。近年来，我国环境监测能力有了很大提高，初步形成了具有中国特色的环境监测技术和管理体系，环境监测工作的进展明显。 我国国民经济的高速发展推动了我国环保科技研究领域不断拓展，我国早期的环境科学偏重单纯研究污染引起的环境问题，现在扩展到全面研究生态系统、自然资源保护 和全球性环境问题；特别是污染防治，由工业“三废”治理技术，扩展到综合防治技术，由点源的治理技术，扩展到区域性综合防治技术，并研究开发了无废少废的清洁生产工艺、废物资源化技术等

5、。 在大气污染防治技术的研究开发方面，近年来我国取得众多成果，与此同时，如表1所列，大气污染的治理也取得了很大进展。 【表1 近年我国大气污染治理取得的一些进展】大气污染防治1995年1996年1997年1998年1999年2000年工业废气治理率（%）82.584.486.387.185.189.8建成城市烟尘控制区数（个）300223192339244623642718烟尘控制区面积（平方公里）125321296115791137961600018000 “九五”期间全国主要污染物排放总量控制计划基本完成。在国内生产总值年均增长8.3%的情况下，在大气污染防治方面，2000年全国二氧化硫、

6、烟尘、工业粉尘等项主要污染物的排放总量比“八五”末期分别下降了1015%。 结合经济结构调整，国家取缔、关停了8.4万多家技术落后、浪费资源、质量低劣、污染环境和不符合安全生产条件的污染严重又没有治理前景的小煤矿、小钢铁、小水泥、小玻璃、小炼油、小火电等“十五小”企业，对高硫煤实行限产，有效地削减了污染物排放总量。 全国23万多家有污染的工业企业中，90以上的企业实现了主要污染物达标排放。46个考核的环境保护重点城市中，25个城市实现了大气质量按功能分区达标，有19个城市（区）被授予国家环境保护模范城市（区）。 为控制和整治大气污染，“九五”以来，我国在煤炭洁净加工开发技术、煤炭洁净高效燃烧技

7、术、煤炭洁净转化技术、污染排放控制技术等方面开展了大量研究和开发，取得了许多新的成果。与此同时，我国大气污染的防治也取得重要进展。酸雨和二氧化硫控制区的污染防治工作已深入展开。“两控区”内175个地市和电力、煤炭等行业编制了二氧化硫污染防治规划。关停小火电机组198台（装机容量208万千瓦）。8个省、自治区、直辖市开始限制燃煤含硫量。目前，“两控区”年削减二氧化硫排放量近80万吨，93个城市二氧化硫的浓度达到国家环境质量标准。 旋风离心式除尘装置的设计一、绪论1.1废气产生来源 锅炉煤的燃烧产生的二氧化硫。1.2废气方案的去除方法先用二级除尘系统除尘（一级预除尘用旋风除尘器、二级用袋式除尘器）

8、，再用旋流板塔氢氧化钠法脱硫。注：考虑到压损过大对除尘器的不利影响和对操作的要求高，作为一级预除尘除尘要求不高，因此，确定旋风除尘器型号时要求阻力不大于900Pa。二、各种除尘工艺的比较 烟气的预除尘设备一般选用重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、多管旋风除尘器和喷淋洗涤塔等。它们基本性能如表21示。 【 表21 除尘设备的基本性能】除尘器名称阻力（Pa）除尘效率()初投资运行费用重力沉降室501504060少少惯性除尘器1005005070少少旋风除尘器40013007092少中多管旋风除尘器80015008095中中喷淋洗涤塔1003007595中中 【表22 各种除尘器设备费、耗钢量及能

9、耗量指标】除尘器名称所占空间体积m3/(1000m3/h)存储设备费（比值）耗钢量kg/(m3/h)能耗量（Kj/m3）重力沉降室20401.0惯性除尘器0.71.23.06.00.150.3旋风除尘器约1.751.04.00.050.10.81.6多管旋风除尘器3.92.55.00.070.151.64.0 【表23】除尘器名称除尘作用力最佳粒径/m投资比较阻力Pa温度备注重力尘降室重力100低200100050低4001200400除尘效率较低旋风除尘器离心力520中400200096%）。在美国，因天然石膏资源丰富，空地较多，过去一般采用抛弃处理。在中国，天然石膏资源丰富，而石灰石的成分

10、却很难保证，因此脱硫石膏的成分不稳定，建筑行业很难采用；对于建在城市近郊或工业区的需要脱硫的电厂，又很难容纳大量石膏渣液的抛弃，即使有空闲场地抛弃，从长远来讲，仍然可能造成固体废弃物的二次污染。因而副产物处理存在问题。 F、由于该工艺技术成熟，运用广泛，目前国家有相应技术规范，但国家环保总局在脱硫技术指导文件中明确指出该种方法适用于大型电站锅炉的脱硫，中小锅炉运用存在规模不经济等问题。 G、为适应国内中小型锅炉的烟气脱硫，对该工艺进行了改造运用，减少脱硫剂制备和石膏生成系统尚可，但其他部分的或缺带来诸多问题，因此要谨慎用之。 氧化镁脱硫法 氧化镁脱硫技术是利用氢氧化镁作为脱硫剂吸收烟气中的二氧

11、化硫，生成亚硫酸镁，并通入空气将亚硫酸镁生成溶解度更大的硫酸镁。氢氧化镁作脱硫剂具有反应活性大、脱硫效率高、液气比小等优点，因此具有综合投资低，运行费用低等特点。 氧化镁吸收SO2的湿法脱硫方式是目前适合于中、小型锅炉烟气脱硫技术最为成熟的脱硫方式之一。综合氢氧化镁脱硫法具有以下四个特点: A、氧化镁原料取得容易。目前包括在日本、首尔、东南亚地区、台湾地区等均有普遍使用的实绩和经验，而所使用的的氧化镁大部分均来自大陆地区。我国拥有丰富的氧化镁资源，储量约为160亿吨，占全世界的80%左右，环渤海湾的山东、辽宁地区以及山西都有丰富的产量。由于广泛地运用，使该技术相对于其他脱硫技术更加成熟。 B、

12、MgO工艺也是技术成熟的脱硫工艺，该工艺在日本已应用了100多个项目，台湾的电厂约95是.MgO法，美国波士顿的Mgstic电厂150Mw机组.MgO湿 法脱硫1982年投产。在中国深圳X玻璃厂，500T/D熔化炉排烟；珠海X集团90t/h燃油锅炉；湛江x公司320t/h锅炉；无锡X热电厂100t/h锅炉。均采用湿 式MgO法。尚有更多MgO法脱硫工程在建设中。 C、MgO法脱硫效率达到9098，因为MgO活性强，实例表明在相同操作条件下，MgO作为吸收剂比用CaCO3作为吸收剂时吸附效率高。 D、脱除等量的SO2消耗的MgO量仅为CaCO3的40. E、MgO法脱硫循环液呈溶液状，不易结垢，

13、不会堵塞。氧化镁湿法的脱硫产物硫酸镁是一种溶解度很大的物质，因此在吸收塔脱硫的反应过程中，不似石灰石(石灰)/石膏法会产生结垢或堵塞的问题。 F、 脱硫后溶液，处理后可直接排放，无二次污染。 G、脱硫设备简单，操作简单，成本低。脱硫系统包括熟化系统、吸收系统、废液处理系统，系统简单明了，现场布置简洁紧凑，系统运行安全可靠。 L、 脱硫产物的用途。如果把MgO法脱硫工艺产物，不 经氧化曝气则可以把浆液脱水湿渣，其组成MgSO3 6070 MgSO4 2030 溶解状，杂质10 ，湿渣可以作为农用肥料。可直接作基肥，追肥和叶面肥。植物正常发育的所需镁量，一般为干重5g/kg左右。施用镁肥不仅可增加

14、作物产量，还可改善产品品质，如镁肥对甘蔗、香蕉、烟叶产量和品质都有良好作用。据调查本地区盛产甘蔗、香蕉。根据全国土壤普查表明不少地区土壤缺镁比较严重，缺镁土壤面积巨大，大约占全国耕地面积的5.8 ，若对每亩地施镁肥，则每年需求镁肥量十分巨大。 石灰（石）/石膏湿法脱硫工艺和氧化镁脱硫法技术经济比较，以220t/h 锅炉为例（见表33、表34） 【表33】 类型性能石灰石/石膏法氧化镁法技术成熟性 最成熟成熟脱硫效率 90959098液气比L/NM 10205脱硫剂价（元/t）85纯度200目 100250脱硫剂费比1.11.2运行可靠性可靠更可靠循环池状态浆状水溶液状脱硫产物利用已普遍利用可利

15、用，待开发 【表34 】类型石灰石/石膏法氧化镁法项目年耗量年耗量（万元）年耗量年耗量（万元）脱硫剂（t）224778.64536953.69耗电量（KW）171500068.603836000191.8耗水量（t）20160020.1614910014.91人工费（人）4444直接费总计（万元）171.4264.4脱硫副产物收（万元）（石膏6580T）26.32消减SO230943094消减1kg SO2费（元）0.550.77少交排污费（万元）371.28371.28经济收益（万元）222.34133.2 通过对脱硫除尘工艺湿法、半干法、干法的对比分析: 石灰石- 石膏法虽然工艺非常成熟,

16、但投资大, 占地面积大, 不适合中、小锅炉。具有投资少、占地面积小、运行费用低等优点, 因此, 本方案选用氧化镁法脱硫工艺。（2） 脱硫吸收器比较选择 脱硫吸收器的选择原则, 主要是看其液气接触条件、设备阻力以及吸收液循环量。脱硫吸收器比较选择如表35所示。 【表35 】吸收器类型持液量逆流接触防堵性能操作弹性压降除尘性能喷淋塔低是差好低差筛板塔高是中中高好填料塔中是差好中差湍球塔高是差差高好旋流板塔高是好好低好 吸收设备中: 喷淋塔液气比高, 水消耗量大; 筛板塔阻力较大, 防堵性能差; 填料塔防堵性能差, 易结垢、黏结、堵塞, 阻力也较大; 湍球塔气液接触面积虽然较大, 但易结垢堵塞, 阻

17、力较大。相比之下, 旋流板塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点, 适用于快速吸收过程, 且具有很高的脱硫效率。因此, 选用旋流板塔脱硫吸收器。（3）脱硫除尘原理 1、氧化镁法脱硫原理 氧化镁法脱硫的主要原理: 在洗涤中采用含有MgO 的浆液作脱硫剂, MgO 被转变为亚硫酸镁(MgSO3) 和硫酸镁 (MgSO4) , 然后将硫从溶液中脱除。氧化镁法脱硫工艺有如下特点: A 、氧化镁法脱硫工艺成熟, 目前日本、中国台湾应用较多, 国内近年有一些项目也开始应用。B、脱硫效率在 90.0%95.0%之间。 C 、脱除等量的 SO2, MgO的消耗量仅为 CaCO3的 40.0%。 D、要达到

18、 90.0%的脱硫效率, 液气比在 35L/m 3之间, 而石灰石- 石膏工艺一般要在 1015L/m 3之间。E、我国 MgO储量约 80 亿 t, 居世界首位, 生产量居世界第一。2、旋流板塔吸收器脱硫原理 旋流板塔工作时，烟气由塔底从切向高速进入，在塔板叶片的导向作用下旋转上升。逐板下流的液体在塔板上被烟气喷成雾滴状，使气液间有很大的接触面积。液滴在气流的带动下旋转，产生的离心力强化气液间的接触，最后被甩到塔壁上，沿壁下流，经过溢流装置流到下一层塔板上，再次被气流雾化而进行气液接触。由于塔内提供了良好的气液接触条件，气体中的SO2等酸性气体被碱性液体吸收的效果好；旋流板塔同时具有很好的除

19、尘性能，气体中的尘粒在旋流塔板上被水雾粘附，并受离心力作用甩到塔壁而除去，从而具有较高的除 尘除雾效率。来自锅炉的含尘烟气首先切向进入塔底段，呈螺旋形上升到旋流板,从旋流板叶片间的开孔高穿过，将经特殊给液装置分配到各叶片上的洗涤溶液雾化，雾化后的洗涤溶液获得较高比表面积，并与废气接触完成脱硫除尘。4、 脱硫除尘工艺设计（1）主要设计参数主要设计参数: 处理烟气量 47951 m3/h; 烟气温度 150160; 脱硫除尘塔入口烟温 150160;脱硫除尘塔出口烟温 55 ; 脱硫塔入口烟气 SO2 浓度 4082mg/m3(计算值); 脱硫效率83.0% (设计值); 脱硫剂氧化镁粉200 目

20、, 纯度90.0%; 液气比 23 L/m3; 脱硫剂耗量23 kg/h (max); 脱硫剂浆液浓度 10.0% 。除尘效率86% (设计值)。（2）脱硫除尘工艺设计说明烟气脱硫除尘工艺可分为脱硫剂配制系统、烟气脱硫除尘系统和循环水系统三大部分。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。脱硫液从旋流板塔上部进入, 在旋流板上被气流吹散, 进行气液两相的接触, 完成脱硫除尘后从塔底流出, 通过明渠流到综合循环池。（3）脱硫剂制备系统工艺流程设计说明脱硫剂 MgO 乳液的制备系统主要由螺旋给料机、乳液贮槽、搅拌

21、机、乳液泵等组成。（4） 脱硫除尘工艺设备设计说明 旋流板塔：脱硫除尘塔 (旋流板塔) 塔体采用麻石砌筑, 主塔平台、支架、梯子等为碳钢,塔内件包括喷头、旋流板、脱水器、检修孔、支架、接管, 这些物件均采用 316 L不锈钢材质, 以确保整套装置的使用寿命。设备外径为 2 540 mm (塔壁厚 220 mm), 高度为 17 000 mm。 除雾器（5） 废水处理系统脱硫废水产生量较小, pH 在 67 之间, 主要含 SO3, MgSO4 和固体悬浮物等,将其汇入工厂沉淀池中经过曝气处理，上层清液再进入循环池。 （6） 烟气排放分析 经湿法脱硫洗涤净化后的冷烟气经脱水器脱水后, 温度降至露

22、点以下, 通常为 5060 , 所含水蒸气已近饱和, 极易结露, 对后续烟道腐蚀性较大, 采用蒸汽再热器提高烟气扩散温度 (80 )后经烟囱排放。通过对锅炉烟气污染物净化, 最终排放烟气中污染物浓度预计为: SO2500mg/m3，烟尘100mg/m3。烟气脱硫工艺流程如下: 图3-1 锅炉烟气脱硫工艺流程3.2工艺特点(1)脱硫效率在 90.0%95.0%，除尘效率97%;(2)技术较为成熟,运行费用低;(3)脱硫后溶液，处理后可直接排放，无二次污染(4)投资省;(5)能利用现有设施;(6)系统简便,易于操作管理;(7)烟气脱硫以氧化镁为主要吸收剂,并充分利用锅炉排渣水的脱硫容量,达到以废治

23、废,降低运行成本的目的四、设计计算4.1原始参数锅炉规格：35t/h链条炉设计耗煤量：4000kg/h(台)排烟温度：160烟气密度（标准状态）：1.34kg/空气过剩系数：排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：16%烟气在锅炉出口前阻力：800Pa当地大气压力：97.86Pa冬季室外空气温度：-1空气含水（标准状态下）按0.01293kg/烟气其他性质空气计算煤的工业分析值： 按锅炉大气污染物排放标准（GB132172001）中二类区标准执行标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m3标准状态下SO2排放标准：900mg/m3除尘效率：大于95%4.2设计要求A、燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫的

24、计算。B、净化系统设计方案的分析确定。C、调研旋风离心式除尘的主要应用情况，对以上参数的烟气进行旋风器除尘设计，必要时可编程计算。确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。画旋风器的主要尺寸、压降计算及整个除尘装置系统工艺图、旋风除尘器尺寸图。4.3计算烟气排放量及烟气中烟尘和SO2的浓度4.3.1蒸发量为35t/h的锅炉所需热量2570.835103=（kg/h） 4.3.2烟气排放量及组成（标态）以1kg燃煤为基础：C+O2=CO22H+1/2O2=H2OS+O2=SO2表4-1各组分CSHO水分灰分重量/g70010401060130物质的量58.330.31200.313.3需

25、氧/mol58.330.3110-0.163.34.4.3在空气中，O2占21%，因此燃烧1kg煤所需要的理论空气量中N2的量理论需氧量=（煤）N2：理论空气量（煤）在标准状态的体积为：（煤）4.3.4理论烟气量组成（mol）CO2：58.33 SO2：0.31 H2O：23.3 N2：271.66理论烟气量：353.6mol在标准状态下的体积为： m3/kg（煤）在空气过剩系数a1.4时，实际烟气量为7.92+7.69(1.4 -1)=11.00m3/kg（煤）3.3t/h煤的烟气量：4103114.4104m3/h在T=160+273=433K在433K温度下，烟气量为：72200m3/h

26、4.3.5烟气中烟尘和SO2的浓度烟尘浓度13010340%114727.27mg/m3SO2浓度0.3164103111803.64mg/m34.4旋风除尘器的结构设计实际烟气量为72200m3/h选用XLP/B-8.2型旋风除尘器，则选用14个子旋风子并联确定旋风除尘器的各部分的几何尺寸1、进口面积：A 取进口气流速度v114m/s。2、入口高度：h 3、入口宽度：b 4、筒体直径：D 5、排气管直径： 6、筒体长度： 7、锥体长度：H8、插入深度：S（0.10.2）D=9、排灰口直径：10、计算压力损失:P查表得5.8，v114m/s。压力损失 符合要求五、结论5.1工艺流程简介 本次设计的工艺流程由以下几个系统组成：（1）工艺水流程 （2）氢氧化镁制备系统 （3）烟道及热交换系统 （4）烟气系统 （5）吸收塔及浆液循环系统 （6）废水排放系统本次设计所设计工艺，采用氢氧化法脱硫除尘。该工艺流程中，由锅炉中产生烟气，然后经风机送入到旋风除尘器进行去除固体颗粒（去除效率为70%92%），为充分去除颗粒，并且达到设计要求（95%），从旋风除尘器出来的烟气进入袋式除尘器，然后经换热器交换烟尘所拥有的热量，然后将经过降温的烟气送入吸收塔内部