毕业设计,循环流化床锅炉.doc

引 言二氧化硫不仅能够在大气中形成酸雨，造成空气污染，而且还会严重腐蚀锅炉尾部设备，影响生产和安全运行。火力发电厂锅炉、我国北方的热力供热锅炉和硫酸厂是我国二氧化硫的主要排放源，它们的特点是SO2排放量大，但是SO2浓度低，综合利用难度大。在火力发电厂的烟气脱硫运行费中，脱硫剂的费用占有很高比例。我国发电用煤的平均含硫量高达1.15%，因此，火力发电厂烟气脱硫对我国来说更为重要。近几年来，通过自主研发和引进、消化吸收、再创新，使我国的烟气脱硫产业取得了重大进展，火电厂烟气脱硫技术国产化技术基本上可以满足“十一五”时期减排二氧化硫的需要。目前，已有石灰石-石膏法、烟气循环流化床法、海水脱硫法、脱硫除尘一体化、半干法、旋转喷雾干燥法、炉内喷钙尾部烟气增湿活化法、活性焦吸附法、电子束法等十多种烟气脱硫工艺技术得到应用。与国外的脱硫技术情况相同，在多种脱硫工艺技术中，石灰石-石膏法烟气脱硫技术仍是当前的主流工艺技术，据权威部门统计数据显示，截止到2007年底投运、在建和已经签订合同的火电厂烟气脱硫项目中，石灰石-石膏法脱硫工艺技术所占比重达90%以上。我国燃煤二氧化硫控制技术的研究开发始于20世纪60年代初，其后规模不断扩大；“七五”期间，工业型煤开发、燃煤固硫新型循环床锅炉技术开发、火力发电厂烟气脱硫技术研究等列入国家科技攻关计划；“八五”期间，循环床燃烧脱硫技术完善化及工程配套应用技术研究、工业型煤固硫技术完善化及工业应用研究、湿式脱硫除尘技术研究、喷钙脱硫成套技术开发等列入国家科技攻关计划；“九五”期间，又把燃煤烟气二氧化硫控制关键技术及设备研究列入科技攻关计划。 当前我国脱硫行业存在的问题主要有：1、烟气在线监测仪器未能发挥应有的效能和作用，不能实现对火电厂大气污染物排放情况实现实时监控；2、对脱硫设施的监管尚未全面到位；3、我国已投运的脱硫工艺中以石灰石石膏法为主。脱硫工艺路线单一，对脱硫副产物的处置和消纳尚未引起足够重视；部分电厂已出现堆放和抛弃的处置方式。预计到“十一五”末，我国将有3亿千瓦燃煤发电机组配置石灰石石膏法脱硫设施，按1台300MW机组燃用含硫量为1的煤种，每年运行50006000小时计，将产生脱硫石膏4.55.0万吨，届时每年将产生50006000万吨脱硫石膏。如此大量的脱硫石膏要得到处置和消纳是不容乐观的。加之，对脱硫石膏的利用在经济政策上与天然石膏相比无优势可言，若任其采用堆放或抛弃的处置方式发展，既浪费了资源，占用了场地，又会产生新的二次污染。对于燃煤烟气净化技术，近年来，我国在基础研究和中小锅炉烟气净化技术方面取得了一定进展。为提高脱硫剂的脱硫效率，在Ca(OH)2中加入易潮解盐和碱，或用燃烧飞灰和Ca(OH)2的水合物作吸着剂，或用活性焦或活性炭作吸附剂，在实验室研究中都取得一定成果。适合中小型锅炉的网膜塔除尘脱硫系统、双击式除尘脱硫工艺、旋转喷雾半干法烟气脱硫小型试验装置等都取得初步成效 。另外，在“九五”国家科技攻关计划中，脉冲电晕法离子体烟气脱硫技术取得了重要进展，完成了2万Nm3/h中试线建设与试验，脱硫率大于80%；新型氨法脱硫技术（NADS）通过验收；“利用杭州湾海水脱除电厂烟气中二氧化硫”的中试研究取得突破。第一章 总述1.1二氧化硫的危害 酸雨是困扰全球的环境问题之一。燃煤烟气中的二氧化硫是酸雨形成的主要原因，它们还能引起人体中毒、植物损害、酸雨酸雾等。酸雨的危害最突出的是使湖泊变酸，水质变酸又会使河底沉积物释放出有害的物质，如铅、铬等，导致水生生物死亡；酸雨还侵浸土壤，侵蚀矿物，使重金属沿着基岩裂缝流入水体造成污染；使土壤酸化和贫瘠化，减缓农作物生长，森林植被消失，导致气候出现反常；另外酸雨还使建筑物、文物受到损害。二氧化硫气体是一种无色有刺激性气味的气体，对人体呼吸器官有很强的毒害。空气中二氧化硫浓度高于0.5ppm时就对人类健康有潜在性影响，达到1-3ppm时使人感到明显刺激，到达10ppm刺激加剧，甚至会出现严重的支气管痉挛。流行病学最新发现颗粒物对人体健康造成的损害与燃烧颗粒物极大相关，而与地壳尘埃无关。数据显示，仅电力行业排放的二氧化硫就造成几百万人生命早逝，上千万人生病。家庭环境空气质量的二级标准，2004年就比2003年下降3.4。空气质量不达标城市的人口占统计城市人口数三分之二。人口超过百万的特大型、超大型城市，空气主要污染物二氧化硫和颗粒物超标比例高，空气质量达标比例低。酸雨和二氧化硫过度排放已成为制约我国经济和社会发展的重要因素，烟气脱硫是我国当前发展经济、解决环境污染重大任务。脱硫是治理大气污染的重中之重，因此，控制燃煤二氧化硫污染，削减燃煤二氧化硫的排放量，已成为我国社会和经济可持续发展的迫切要求。1.2脱硫技术现状为了有效控制燃煤锅炉向大气中排放二氧化硫，早在19世纪科学家们就开始进行有关的研究，但大规模开展脱硫技术的研究和应用是从二十世纪50年代开始的。经过多年研究目前已开发出200余种控制技术。其中长期稳定运行、技术稳定、经济合理的也有十多种。1.2.1国内脱硫现状我国大气污染较发达国家来比污染较为严重，废气排放总量处于较高水平；为了控制污染气体的排放和治理大气污染，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，并且取得了一定的成果和效果，大气污染控制与防治也取得重要进展。在“八五”、“九五”期间，国家成功研究出专款开展全球气候变化预测、影响和对策，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。随着我国国民经济的高速发展和终合国力的不断提高，我国的环保科技研究领域也不断拓展，我国早期的环境科学研究偏重单纯研究污染引起的环境问题，而现在已经扩展到全面的研究生态系统、自然资源保护和全球性环境问题，特别是污染物的控制与预防；由工业“三废”（废水、废气、废渣）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，并开发了无废少废的清洁生产工艺、废物资源化技术等。 近年来我国在大气污染终合防治技术方面取得众多成果（见表11）；与此同时，大气污染的治理也取得了很大进展。 表1-1 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我国在“九五”期间，全国主要污染物排放总量控制计划已经基本完成，在国内生产总值年均增长8.3%的情况下， 2000年全国二氧化硫、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%。 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。 如果中国的燃煤电站的烟气排放要达到目前发达国家规定的水平，SO2的排放量将从每年680万吨下降至170万吨，NOX的排放量将从100下降至30，CO2也将减排2500万吨。中国控制和整治大气污染任重而道远。目前我国脱硫技术与设备的国产化程度较小，引进往往停留在具体工程项目上，技术的消化、创新和开发能力差，进入了“引进、引进、再引进”的误区。由于技术、管理、经济和环境意识等多方面的原因以及缺乏相应政策的推动，大部分技术尚停留在中试甚至小试阶段，仅有的几项经过中试应用的技术还未能大范围推广。国内自行开发的脱硫工艺多应用于冶金、石化、化工等行业，在大型火电厂脱硫技术的研究上，缺乏拥有自主知识产权的大型脱硫设备及关键技术与发达国家相比，我国的脱硫研究比较落后，且进展缓慢。1.2.2国外脱硫现状 国外烟气脱硫研究始于1850年，经过多年的发展，至今为止，世界上已有2500多套FGD装置，总能力已达MW，处理烟气量，每年可脱二氧化硫近10MT，这些装置的90%在美国、日本和德国。日本是世界上最早大规模应用烟气脱硫技术（Flus Gas Desulfurization，简称FGD）装置的国家，FGD数量最多的是化工、垃圾焚烧、造纸、纺织和电力等行业，其中电力行业的处理能力最大。日本FGD使用的烟气脱硫工艺主要采用湿法和回收法，其中湿法石灰石/石膏法约占总容量的一半，其次是亚铵法、双碱法。80年代以来，日本对美国、德国及发展中国家出口了大量的FGD装置和技术。日本的三菱重工、川崎重工、日立造船、巴威、日立、千代田、石川岛播磨重工、荏原等公司先后向中国介绍了多种脱硫工艺，其中包括湿法石灰石石膏法、喷气沸腾简易脱硫法、高速平流湿法炉内喷钙加湿活化法、气悬浮体吸收法、旋转喷雾法、电子束加氨脱硫法等等。近年来由于燃料结构的改变，原子能、太阳能的应用，使得烟气脱硫设施有减少的趋势。 在美国由于否决了高烟囱排放的环境法规，使FGD技术取得很大进展。从20世纪70年代初开始使用湿式石灰石灰石工艺，至今得到应用的脱硫工艺主要有：石灰/石灰石法、碳酸钠法、双碱法、石灰碳酸钠法、氧化镁法等，其中湿法石灰石/石灰法占90以上，其次是双碱法和碳酸钠法。80年代以来，为了降低基本投资和运行费用，积极研究及开发了喷雾干燥烟气脱硫和炉内直接喷射石灰石烟气脱硫技术。例如：E-SOx和ADVACAT技术。美国应用脱硫技术特点是：优先使用脱硫率高、技术成熟的湿式工艺、抛弃法占的比重大、积极开发多种多样的脱硫工艺。德国起步要比美国和日本晚，但由于制定了严格的环保法规促使了FGD的发展，德国联邦防污染法规定，热功率300 MW(相当于电功率120 MW的电厂)以上的大型燃烧装置释放的烟气中的含量不得超过，烟气中的硫含量须低于燃料含硫量的15。如今德国的火电厂在政府和法庭的干预下严格执行这一法规，且关键性的监测设备如CEMS、DAS等均要取得认证并接受政府部门的检查。德国FGD技术可分为添加剂法、湿式法和干式法3种，湿式法在电厂中的采用率为最高，达到86，干法和半干法占11.27。1.3脱硫方式分类这些技术按脱硫工艺与结合点可分为三大类：即燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫。 燃烧前脱硫包括洗煤、煤气化、液化或者利用电磁、微波技术和生物技术对煤进行脱硫，前五种方法只能脱去煤中的无机硫，不能从根本上解决的污染问题。而生物脱硫技术占地太大，时间长，无法连续生产，尚在研究阶段。 燃烧中脱硫技术包括炉内喷钙，循环硫化床锅炉添加石灰石燃烧等技术(CFB)，LIFAC和LIMB技术等，还有的使用先进的喷燃器或者改变燃烧状况等等。 燃烧后脱除即烟气脱除，这是目前控制燃煤锅炉有害物最有效的办法， 20世纪60年代以来发展迅速，各种思路和研究不断涌现。常见的烟气脱硫工艺有：石灰石石膏法、韦尔曼洛德法(WellmanIJ0fd法)、旋转喷雾于燥法(SDA法)、海水脱硫法、荷电干式喷射吸收法(CDSI法)、电子束照射法(EBA法)、脉冲电晕等离子体法(PPCT法)以及最近成为研究热点的微波催化法。第二章 工艺的设计概述2.1项目概况锅炉燃烧时产生大量的SO2气体，对环境造成严重危害，为使燃煤锅炉烟气达标排放，需选用先进的锅炉脱硫工艺，从而有效降低对环境的危害。本次锅炉脱硫设计具体方案如下：2.1.1 3×20t/h锅炉的的资料1、锅炉型号：SHX201.6AII循环流化床锅炉共3台，除尘器为袋式除尘器。2、每天3班，每班8小时，年连续运行时间为4320小时3、额定蒸发量：3×20t/h台4、工作压力：1.6MPa5、烟气温度：1806、锅炉运行工质：热媒204，根据热工基础查得水的蒸发热：1940.1KJ/Kg8、燃料煤：烟煤9、燃料煤粒度：013mm10、燃料煤发热量：13535KJ/kg(3230KcaI/kg)11、燃料煤散密度：0.931.00g/cm312、灰分：34%13、灰熔点：150014、按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）中二类区标准执行： 标准状态下烟尘浓度排放标准：200；标准状态下SO2排放标准：900；烟煤的工业分析如下表（质量比，含N量不计）：低位发热CHSO水分灰分14400 807 4% 0.5% 6.5% 5% 35.82.1.2设计依据1、中华人民共和国环境保护法；2、锅炉大气污染物排放标准(GB13271-91)；3、环境工程设计手册；4、有关的设计规范及设计手册。对于本次设计的要求，确定此次的烟气脱硫工艺，本次采用“内喷钙法” 处理SHX201.6AII循环流化床锅炉产生烟气的二氧化硫。 由于本次设计的三台锅炉相同，所以只设计一台锅炉的脱硫工艺，其他两台的工艺设计与此相同。2.2 工艺的选择 近年来，干法脱硫技术也发展了多种工艺，下面介绍几种典型工艺进行比较选择。2.2.1电子射线辐射法脱硫技术电子射线辐射法是日本荏原制作所在1970年着手研究，1972年又与日本原子能研究所合作，确立的该技术作为连续处理的基础。1974年荏原制作所处理重油燃烧废气，进行了1000Nm3/h规模的试验，探明了添加氨的辐射效果,稳定了脱硫脱硝的条件，成功地捕集了副产品和硝铵。80年代由美国政府和日本荏原制作所等单位分担出资在美国印第安纳州普列斯燃煤发电厂建立了一套最大处理高硫煤烟气量为24000Nm3/h地电子束装置，1987年7月完成，取得了较好效果，脱硫率可达90以上，脱硝率可达80以上。现日本荏原制作所与中国电力工业部共同实施的“中国EBA工程”已在成都电厂建成一套完整的烟气处理能力为Nm3/h的电子束脱硫装置，设计入口SO2浓度为1800ppm，在吸收剂化学计量比为0.8的情况下脱硫率达80，脱硝率达10。该法工艺由烟气冷却、加氨、电子束照射、粉体捕集四道工序组成，其工艺流程图如图2所示。温度约为150左右的烟气经预除尘后再经冷却塔喷水冷却道60 70左右，在反应室前端根据烟气中SO2及NOX的浓度调整加入氨的量，然后混合气体在反应器中经电子束照射，排气中的SO2和NOX受电子束强烈作用，在很短时间内被氧化成硫酸和硝酸分子，被与周围的氨反应生成微细的粉粒（硫酸铵和硝酸铵的混合物），粉粒经集尘装置收集后，洁净的气体排入大气 。图2-1电子射线辐射法烟气脱硫工艺流程简图该技术的脱硫、脱氮反应大致可分为三个过程进行，这三个过程在反应器内相互重叠，相互影响： 1、在辐射场中被加速的电子与分子/离子发生非弹性碰撞，或者发生分子/离子之间的碰撞生成氧化物质和活性基团。2、活性基团与气态污染物发生反应。3、硫酸铵和硝酸铵的生成。该工艺能同时脱硫脱硝，具有进一步满足我国对脱硝要求的潜力；系统简单，操作方便，过程易于控制，对烟气成分和烟气量的变化具有较好的适应性和跟踪性；副产品为硫铵和硝铵混合肥，对我国目前硫资源缺乏、每年要进口硫磺制造化肥的现状有一定的吸引力，但在是否存在SO2污染物转移、脱硫后副产物捕集等问题上有待进一步讨论。另外厂耗电力也比较高。2.2.2活性炭吸附法脱硫技术采用固体吸附剂吸附净化SO2是干法净化含硫废气的重要方法。目前应用最多的吸附剂是活性炭，在工业上应用已较成熟。其方法原理为：活性炭对烟气中SO2的吸附过程中及有物理吸附又有化学吸附，当烟气中存在着氧气和水蒸气时，化学反应非常明显。因为活性炭表面对SO2与O2的反应有催化作用，反应结果生成SO3，SO3 易溶于水而生成硫酸，从而使吸附量比纯物理吸附时增大许多。 吸附SO2 的活性炭，由于其内、外表覆盖了稀硫酸，使活性炭吸附能力下降，因此必须对其再生。再生的方法通常有洗涤再生和加热再生两种，前者是用水洗出活性炭微孔中的硫酸，再将活性炭进行干燥；后者是对吸附有SO2 的活性炭加热，使炭与硫酸发生发应，使H2 SO4还原为SO2，富集后的SO2可用来生产硫酸。其工艺流程为：对活性炭再生的方法不同，其反应的工艺流程也不同，一般采用加热再生法流程和洗涤再生法流程。洗涤再生法是用水洗出活性炭微孔中的硫酸，再对活性炭进行干燥。加热再生法是对吸附SO2 的活性炭进行加热，使炭与硫酸发生反应，将H2SO4又还原为SO2，富集后的SO2可用来生成硫酸。该方法的优点是吸附剂价廉，再生简单；缺点是吸附剂磨损大，产生大量的细炭粒被筛出，再加上反应中消耗掉一部分炭，因此吸附剂成分较高，所用设备庞大。2.2.3干法炉内喷钙脱硫技术干法炉内喷钙脱催化脱硫技术属于干法脱硫，又叫固硫技术，喷入的脱硫剂活性石灰石粉剂又名固硫剂。所以，路内喷钙脱硫又名炉内燃煤固硫技术，是目前国内脱硫市场比较成熟且应用较为广泛的技术之一。传统的炉内喷钙可以脱除烟气中20%30%的SO2，国内外的深入研究表明，在炉内喷钙处于最优状态下，炉内脱硫率一般只能达到30%40%。其原因是受到客观因素的制约，如吸收剂的粒度、比表面积、加入量、加入方式、烟气温度、烟气与吸收剂的混合程度、接触反应时间、温度等等。在炉内喷钙技术中要进一步提高脱硫率的方法之一是在锅炉后部喷水增湿，使炉内未与SO2反应的CaO被水硝化成为Ca(OH)2，低温下可再次与SO2反应生成CaSO3以提高SO2削减率和吸收剂利用率。该工艺技术要增加增湿活化塔及其附属设备和控制系统，可以将脱硫率提高到约75%，但增加了投资和占地面积，也提高了运行成本。在炉内喷钙的基础上提高脱硫率另一方法是改进吸收剂的性能来提高吸收剂对SO2的吸收率，以提高脱硫率。在喷钙脱硫过程中，引入催化技术，包括下述三种作用：在钙基脱硫剂中加入少量的助剂提高CaO的空隙率，使其变得膨松有利于SOX扩散到NOX内部；在钙基脱硫剂中加入微量催化剂，可起到催化及氧化作用，使SO2转化为更容易被CaO吸收的SO3；在CaSO4表面覆盖一层极薄的复合盐化物，以延缓CaSO4重新热解，以提高固硫率。这种技术最大的优点就是不需要增加大的附加设备和加大占地面积，对现有锅炉不用改造，工艺简单、一次性投资少、运行费用低、操作方便等优点。根据燃煤锅炉的应用证明，在锅炉转向室之前，符合炉内喷钙脱硫的反应温度11001200。C。而且大容量锅炉炉膛截面积大，相对来说，比一般小容量工业锅炉喷入固硫剂更容易扩散更有利于与烟气充分混合。大容量锅炉由于喷入的固硫剂量相对较大，安装的喷嘴也多，固硫剂喷入炉内后充满度也比小容量锅炉要好的多。循环流化床脱硫（CFBFGD）技术是20世纪80年代后期由德国Lur-gi公司首先研究开发的。整个循环流化床脱硫系统由石灰制粉系统、脱硫反应系统和收尘引风系统三部分组成，循环流化床烟气脱硫的主要化学反应如下： CaO+SO2+2H2OCaSO3·2H2O （21） CaSO3·2H2O+0.5 O2CaSO4·2H2O （22）同时也可以脱除烟气中的HCI和HF等酸性气体，反应为： CaO+2HCI+H2OCaCI2+2H2O （23） CaO+2HF+H2OCaF2+2H2O （24）循环流化床烟气脱硫的主要优点是脱硫剂反应停留时间及锅炉负荷变化的适应性强。由于床料有98%参与循环，新鲜石灰在反应器内停留时间累计可达到30min以上，提高了石灰利用率。反应器内烟气流速可在1.836.1m/s范围内变化，可以满足锅炉负荷从30%100%的范围内变化。但是目前循环流化床烟气脱硫系统只在较小规模电厂锅炉上得到应用，尚缺乏大型化的应用业绩。综上所诉，基于本次课题所要达到的脱硫效率和基本资料，再结合实际情况，选择干法炉内喷钙脱硫技术。2.3干法炉内喷钙脱硫技术工艺流程干法炉内喷钙脱硫技术简单工艺流程为：脱硫剂密闭罐车把脱硫剂送到原料仓前，利用车载输送系统将脱硫剂加入到粉料仓中，粉料仓内设有放粘附内衬和流化加热装置，高低料位计和连续料位计；固硫剂通过喷射系统射入到炉膛内。固硫剂由可调速的旋转给料阀或仓螺体出口连接喷射器，借助罗茨风机压头，把固硫剂送到喷嘴，通过助吹风作用形成一定速度、旋流强度和扩散角喷入炉膛1050。C 1150。C的区域内；固硫剂进入到炉膛内，与燃料煤燃烧产生的烟气发生反应，起到脱硫效果；烟气首先进入旋风除尘器，进行一级除尘，把大分子颗粒的炉渣经炉渣排放系统排入到灰渣仓内；把洁净烟气输入到二级除尘器旋风除尘器，进行进一步的除尘，把细小的颗粒除掉，最终的清洁烟气通过引风机的作用经烟囱排入到大气中；其具体工艺流程图如下图所示：图2-2工艺流程图2.3.1 主要设备组成1、石灰石粉料储仓石灰石粉料储仓是炉内喷钙干法脱硫工艺中较为重要的设备之一，是工艺流程之中的第一个构筑设备，它的主要作用就是储藏脱硫剂石灰石粉，为后续的物料输送和炉前喷射提供必要的物料来源。粉仓系统包括粉仓主体、锥斗、气化板、射频料位机、压力真空释放器、振动电机等。2、炉膛系统反应器也称炉膛，即流化床燃烧室，是提供燃料燃烧的地方，是由炉膛和水冷壁组成，燃料在其内呈现流化状态燃烧。炉膛包括下部锥段和上部直段两部分，其四周通常由膜式水冷壁围成。炉膛底部是布风板，布风板上嵌有大量的风帽，风帽上开有许多小孔。布风板下面是风室。布风板即风帽一方面保证一次风通过布风板进入炉膛。对炉内物料进行均匀流化，另一方面将固硫剂颗粒限制在炉膛布风板以上，将物料与风室内的洁净空气分割开来，并对固体颗粒起支持作用。3、炉前喷射系统炉前喷钙脱硫工艺的通用设备有：罗茨鼓风机、DYK加热器、SLB系列射流输送泵、连续下料装置等。4、通用标准设备喷射系统由给料斗、给料机、喷射器、罗茨风机、助推风机、喷嘴等部件组成。固硫剂由可调速的旋转给料阀或仓螺体出口连接喷射器，借助罗茨风机压头，把固硫剂送到喷嘴，通过助吹风作用形成一定速度、旋流强度和扩散角喷入炉膛10501150的区域内。喷嘴设置二排以上，排数及喷射量均为可切换和可调节，喷嘴顺煤粉燃烧旋转方向准对角切圆喷射，也可以前墙或侧墙布置。第三章 工艺的设计计算3.1锅炉烟气基础数据计算1、需煤量的计算利用低位发热量、锅炉热效率、水的蒸发热求需煤量，根据锅炉型号及实用锅炉手册可查出锅炉的热效率为81%，燃煤低位发热量取14400KJ/kg。所以蒸发量为20t/h的锅炉所需热量为 (31)需煤量： (32)2、理论空气需要量： 由资料可知该设计煤的应用基灰分；又由28可知，理论空气量的计算公式为： (33)式中：燃料燃烧所需理论空气量，燃料应用基低位发热值，KJ/kg。将数据代入式（33）算出理论空气量为：3.893、实际空气量（空气过剩系数取1.4）： (34)4、标态下实际烟气量为（空气过剩系数取1.4） (35)代入数据算的实际烟气量为5.16。5、标况下烟气流量=17182.8，工况下烟气流量: (36)6、入口浓度的确定实际S的质量（按每小时计算）： 实际的质量（按每小时计算）： 利用工况下的烟气流量可得实际的进口浓度： (37)7、脱硫剂消耗量计算根据锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）中二类区标准执行，二氧化硫的标准排放浓度900，在此设计中取500。 所以 的去除浓度： (38)的去除量为： 的去除量为： 所需的质量： (39)式中：Ca/S为钙硫比；通过查大气污染控制工程书可知，常压循环硫化床锅炉的Ca/S为1.82.5，在此取Ca/S为2.1。将数据代入（39）可得所需钙的的量为：由以上的数据联立起来可求得的量为： 所以脱硫剂的消耗量为：8、烟气除尘效率的计算因为此次所选的锅炉是循环流化床锅炉，查资料得知它的入口烟尘初始排放浓度为15000，标准状态下烟尘浓度排放标准：200 (取200 )；所以烟气的除尘效率为3.2石灰石灰斗和管路的设计3.2.1灰斗的设计设罐车来料每两天往灰斗中输送一次石灰石原料，则可计算出每台锅炉每天所需脱硫剂的量： 由资料可查出石灰石的浓度为：2.7×10kg/m，则每天所需脱硫剂的体积为： V=B/2.7×10kg/m=0.88m由于灰斗内除了储藏石灰石原料，还应该有一定的空隙，所以本次设计区灰斗体积为1 m，灰斗的形状为上端为圆柱体，下端为圆锥台；其圆柱体的底面积为1m，半径为0.564m，高为0.8米，体积为0.8 m；圆锥台的下端底面半径为0.15m，体积为0.2 m；圆锥台的体积公式为： (310)由上公式可求出圆锥台的高H=0.45m。所以本次所设计的灰斗的尺寸规格如下： 圆柱体： 锥体台：灰斗的钢板型号为：钢板厚度：3.2.2管路的设计由于石灰石的消耗量为49.75kg/h，又石灰石的密度为2.7×10kg/m，可得，加上石灰石粉输送所需的风量可计算出管径的直径大约为170mm。所以本次设计初选管径为D179 mm、D159 mm 2种标准管路，他们的管段流速分别为13、21 m/s 2个等级。D179 mm的管道内流速为13 m/s，而13 m/s的设计流速达不到14m/s的送粉标准，导致该管段内的石灰石粉无法形成正常的流化状态，石灰石粉中较大的颗粒都沉积在此段管道中。经过一段时间运行后沉积的石灰石粉逐渐将D179 mm管道堵塞，导致母管压力瞬间升高。基于现有风量计算出能满足14m/s流速的管道口径为D190 mm×10 mm，同时又要考虑留有一定的裕度，为此将管道选为D200 mm×10 mm，经计算此管道内流速可达15.37 m/s，完全可满足要求。3.3石灰石喷射系统的参数计算锅炉脱硫剂的消耗量为49.75kg/h，压缩空气的气源压力为0.8MPa。根据模拟，燃烧室所需气源压力为Pa，管网的送风机输送风力的管径为200mm，管长为6米与水平线夹角为30°。3.3.1工作原理及过程气力输送石灰石粉装置应设计如下图所示。1-石灰石仓；2-调节阀；3-喷嘴；4-接受室；5-扩散室图3-1 气力输送石灰石原理图工作原理和过程：石灰石粉从灰仓通过手动调节球阀进入接受室，压缩空气通过喷嘴形成高速流动的气体，带动石灰石粉共同进入炉膛，通过动量和能量的传递，混合物压力得到提高，进入炉膛。3.3.2管道阻力参数计算为确定气力输送石灰石粉喷射器的结构，首先要计算石灰石粉和空气的流量，以及管道的阻力和压力。1、流量的计算已知石灰石量空隙率： (311)因为在灰斗仓中，石灰石粉的堆积密度，在1.1大气压，20C时空气的密度为，因此，假设1。根据质量连续性方程： 。 (312)式中 A=0.25，D=0.2m。 据文献13，风管种的速度V=1520m/s。取气流速度V=18m/s,带入公式 求得M=0.73kg/s。将此值和已知的M值代入式（312）可得，原假设成立。因此，空气实际速度和石灰石实际速度为：；。2、喷射器出口后阻力计算喷射器出口后阻力损失包括管网阻力损失P和在炉膛内的阻力损失P。根据分析，对石灰石粉和空气的混合物，出口管网的阻力总压降P/L主要包括气流对固体颗粒拖拽所造成的摩擦压降P/L、气体所造成的摩擦压降P/L和两相流体的重力压降P/L，即P/L=P/L+P/L+P/L。 (313)a、气体拖拽阻力当石灰石粉颗粒以速度V在气流中运动，气流速度为V，则它所受的拖拽体积力可表达为： (314)单位管长的压降为：P/L=（4nF ）/(DL)； (315)在管段内空气和颗粒重量的关系为, (316)可得：； (317)混合相密度：。 (318)将式子（315）（318）（319）代入 （316）可得：。 (319)固体颗粒相的雷诺数： ， (320)C=0.44 (Re x>1000)。 (321)式中：W为单个石灰石颗粒的重量；n为L段内石灰石粉颗粒的数目；C为阻力系数；d为石灰石粉粒子直径；M、M分别为颗粒和气体的质量流量；m为 固气比，M/M=0.018；为速度比，V/V=0.85。石灰石粉细度为70目，通过查取筛网孔的粒径目数转化表可对应查的石灰石粉颗粒直径为212um。联立公式（319）（320）（321）求解得：b、气流相壁面摩擦阻力的计算根据湍流气体的在管道内阻力分析，可得气流相壁面摩擦阻力：； (322)； (323) （4×10< Re < 10）; (324)。 (325)将式（324）（325）（326）代入（323）得: 。 (326)查空气动力学各项参数代入（327）得： 。c、气固两相重力相阻力计算风管与水平面的夹角为30，重力相阻力为：。又设计的风管长为6m，将各项阻力损失值代入（314），可联立求出其总阻力损失值：。炉膛内的压力损失为炉膛内的压力损失与外界大气压的差：所以喷射器出口阻力损失为：3.3.3结构设计参数计算1、喷嘴零界截面积F=1/2 < 0.528因此应设计为拉法尔喷嘴形式。根据气体在管道中的质量连续和等熵绝热流动可得如下方程：； (327)； (328)； (329)。 (330)联立求解得： (331)式中：、分别为喷嘴零界面的空气质量、面积、速度、密度；、分别为空气的滞止密度和滞止压力；K为空气的绝热指数。将=0.73kg/s，=0.8MPa,=273K，K=1.4，代入可得： = 1.59m喷嘴喉部直径为：2、喷嘴出口截面积计算根据气体在管道中的等熵绝热流动和质量连续性可得如下方程：； (332)； (333)。 (334)式中：=为速度系数。联立可解得：。 (335)由公式可得相应的喷嘴压力、面积关系见下表：F/ F1.221.021.061.35P/ P0.80.60.40.2为保证喷嘴出口压力<1个大气压， 0.5，1.22，取=1.4，由此可得喷嘴的出口直径： 3.3.4喷嘴计算结论分析1、该喷射器的煤粉输送量可通过手动调节阀来调节，调节结构简单可靠，易于调节。2、通过公式的计算和推导，得出管道阻力和喷射器的结构尺寸等主要参数，为以后的进一步设计奠定了基础。3.4除尘器的选择1、一级除尘设备的选择设计中的一级除尘设备也叫分离器，分离器有多种形式，常见的是高温绝热旋风分离器及气（水）冷旋风分离器，这次设计选择高温绝热旋风除尘器。它将被烟气从炉膛内带出的相对较大粒度颗粒分离下来，病通过排料系统将它们排到炉渣仓内。分离器是循环流化床锅炉的的关键部件之一。它的形式决定了燃烧系统和咕噜整体布局的紧凑性，其性能对燃烧室的空气动力特性、传热特性、物料循环、燃烧效率、石灰石的脱硫效率和利用率、锅炉出力和蒸汽参数都有较大的影响，对锅炉启动时间、散热损失、投资与维护费用等也有影响。2、二级除尘设备的选择本次设计的二级除尘设备选择袋式除尘器，常用袋式除尘器有简易袋除尘器、机械振打袋式除尘器、脉冲喷吹袋式除尘器和气环式袋式除尘器。对人体有严重影响的重金属粒子及亚微米级尘粒的捕集更为有效。通常除尘效率可达99.99%以上，排放烟尘浓度能稳定低于50mg/Nm3，甚至可达10mg/Nm3以下，几乎实现零排放。 布袋除尘器的过