某硫酸厂SO2废气治理.docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上大气污染控制工程设计任务书 某硫酸厂SO2废气治理 目 录1前言11.1概况11.2设计依据与设计原则11.3工艺原理及初始数据21.4设计范围31.5工艺流程31.6 NADS氨法烟气脱硫工艺技术优势41.6.1完全资源化41.6.2脱硫副产品价值高41.6.3脱硫装置可靠41.6.4装置设备占地小41.6.5适应环保更高要求42 SO2的计算53塔设备设计计算63.1塔径63.2塔板间距HT63.3 堰长及降液管设计73.4 浮阀布置83.5 压降83.6 液泛（淹塔情况）93.7 雾沫夹带计算93.8 负荷上限（泛塔控制）93.9 负荷下限（漏液控制）104塔结

2、构设计选型104.1塔板选型104.2筒体设计104.2.1筒体的壁厚104.2.2塔顶空间高度104.2.3塔底空间高度114.2.4筒体的总高度H114.3 封头设计114.4人孔设计114.5 裙座设计125烟囱设计125.1 烟囱出口直径125.2 求烟柱抬升高度135.3 烟囱高度h136 附属设备的选择136.1通风机的选择136.1.1脱硫塔进气通风机146.1.2烟囱进气通风机156.2泵的选择166.2.1循环泵的选择166.3换热器的选择177 预算187.1 设备费用187.1.1 板式脱硫塔费用187.1.2 烟囱费用187.1.3 其他设备费用187.1.4 管道费用

3、187.2 运行费用187.2.1 电费187.2.2 脱硫剂氨水费用197.3 总费用198心得体会20参考文献21致谢22专心-专注-专业1前言1.1概况广州某硫酸厂硫酸制造装置以浮选硫化铁矿为原料，采用接触法。生产工艺主要包括焙烧、净化、干燥、转化、吸收等工序，SO2转化率为99.99%。在生产过程中产生的废气包括SO2、NOX、As、硫酸气溶胶等，以SO2为主要污染物。SO2在低温、潮湿的静风天气下，形成了含有硫酸和硫酸盐的气溶胶，在近底层聚集，严重危害人类的呼吸系统，会造成严重的危害。所以对硫酸厂的废气处理非常的必要。1.2设计依据与设计原则1.2.1设计原则1.严格执行环境保护的各

4、项规定，确保经处理后的废气达到有关排放标准。2.采用国内技术成熟，运行可靠，操作管理简单的工艺，尽量降低工程投资和运行费用。3.平面布置和工程设计时，布局力求合理，尽量节省占地。4.尽量使操作运行与维护管理简单方便。1.2.2设计依据根据GB16297-1992设计计算及说明规定SO2排放量应该mg/L，特选用新型氨酸法NADS氨法。氨酸法是将吸收SO2后的吸收液用酸分解的方法，应用最多的酸是硫酸。氨酸法在30年代就已应用于工业生产，具有工艺成熟、设备简单、操作方便等优点，其副产品是化肥，实用价值高。NADS氨法用氨水作为SO2的吸收剂，采用大孔径浮阀塔作为吸收塔，并利用多段吸收提高吸收效率与

5、产品浓度。与其它碱类相比，吸收塔用酸分解后的回收100%的SO2,并得到副产品化肥，脱硫效率高，SO2的去除率可达95%以上，回收价值高。1.3工艺原理及初始数据1.3.1工艺原理NADS氨法主要包括三个步骤：SO2的吸收、吸收液的酸解和过量酸的中和。将氨水通入吸收塔中，使其与含SO2的废气接触，发生吸收反应，主要反应为：NH3+H2O+SO2NH4HSO32NH3+H2O+SO2(NH4)2SO3(NH4)2SO3+H2O+SO22NH4HSO3随着吸收过程的进行，循环液中的NH4HSO3增多，吸收能力下降，需补充氨使部分NH4HSO3转变为(NH4)2SO3：NH4HSO3 + NH3(N

6、H4)2SO3当吸收塔吸收液中S/C达到0.80.9时，即可将吸收液自循环吸收系统导出一部分，送入分解塔中用硫酸进行分解。一般用硫酸分解，所得副产品除高浓度SO2外，还有可做化肥的硫酸铵。反应方程式如下：(NH4)2SO3+H2SO4(NH4)2SO4+SO2+H2O2NH4HSO3+H2SO4(NH4)2SO4+2SO2+2H2O中和反应为：H2SO4+2NH3(NH4)2SO41.3.2初始数据1.烟气处理量 30000m3/h2.烟气中含二氧化硫 0.23.吸收剂 氨水4.二氧化硫吸收率 955.中间产品 亚硫酸氢铵溶液6.吸收塔气液比为2000（由于烟气脱硫中烟气量大，常采用较大的气液

7、比操作）7.吸收塔循环液量为100m3/h8.设硫酸厂烟气吸收后的中间产物：NH+9mol/L； HSO3-7mol/L；SO32- + HSO3-8mol/L9.设脱硫后烟气中NH3为90mol/m3 10.吸收段温度5055 11.吸收塔液泛气速为4m/s1.4设计范围设计从烟气发生点到烟囱，包括大孔径浮阀塔，烟囱、风机，泵等部分。1.5工艺流程锅炉引风机（或脱硫增压风机）来的烟气，经换热降温至100左右进入脱硫塔后用氨化液循环吸收生产亚硫酸铵；脱硫后的烟气经除雾净化如再热器（可用蒸汽加热或气气交换器）加热至70左右进入烟囱排放。脱硫塔为喷淋大孔径浮阀塔，吸收剂氨水与吸收液混合进入吸收塔。

8、吸收形成的亚硫酸铵在吸收塔底部氧化成硫酸铵溶液，再将硫酸铵溶液泵入过滤器，除去溶液中的烟尘后送入蒸发结晶器中蒸发结晶，生成的结晶浆液流入过滤离心机分离得到固体硫酸铵（含水量（2%3%）。固体硫酸铵在进入干燥器，干燥后的成品入料仓进行包装，即可得到商品硫酸铵化肥。风机脱硫分吸收、分解、中和三个步骤。为了制备硫酸铵，需要制备出高浓度的亚硫酸铵和亚硫酸铵母液，根据气液平衡关系，需要采用两段氨法吸收，在第一吸收段中，吸收母液可以维持较高的NH4HSO4浓度，以满足制取硫酸铵产品的要求。在第二吸收段中，吸收母液浓度较低，保证较高的SO2吸收率。因此，NADS氨法很好的解决了SO2吸收率及母液产品的浓度。

9、进气进液泵吸收塔再热器烟囱干燥产品图1-1 工艺流程图1.6 NADS氨法烟气脱硫工艺技术优势1.6.1完全资源化NADS脱硫技术将回收的二氧化硫、氨全部转化为硫酸铵化肥(也可根据当地的条件副产其它产品)，不产生任何废水、废液和废渣二次污染，是一项真正意义上的将污染物资源化并且符合循环经济要求的技术。1.6.2脱硫副产品价值高因为NADS脱硫技术室回收法，副产品附加值的产品，可使氨增值，所以氨法脱硫的运行费用小，煤中含硫量越高，运行费用越低。脱硫装置的运行过程既是硫酸铵的生产过程，每吸收1t二氧化硫需消耗0.5t氨并可生产2t硫酸铵。1.6.3脱硫装置可靠氨法为气液两相反应，反应性活性强，具有

10、较大的化学反应速率，脱硫剂及脱硫产物皆为澄清的溶液无积垢无磨损。氨法更容易实现自动控制，使控制操作简单易行，脱硫效率可稳定在90%以上。其次，氨法采用了先进的重防腐技术，并选用可靠的材料和设备，使装置可靠性高达98.5%，日常维护量少，且节约维修费用。1.6.4装置设备占地小氨法脱硫装置无需原料预处理工序，脱硫副物的生产过程相对比较简单，装置总配置的设备在30台套左右，且处理量较少，设备选型无需太大。1.6.5适应环保更高要求氨法脱硫的吸收剂为氨，氨对NO同样有吸收作用。另外脱硫过程中形成的亚硫酸铵对NO还具有还原作用，所以氨法脱硫的同时也可实现脱销的目的，减轻温室效应。图1-2 NADS氨法

11、工艺流程图2 SO2的计算 氨法吸收SO2 总反应方程式为: SO2 + NH3 + H2O NH4HSO3 其反应实际上可分为两步：(1) 吸收反应： （NH4）2SO3 + SO2 + H2O 2NH4HSO3（2）循环母液再生反应： NH4HSO3 + NH3 (NH4)2SO3 SO2回收量： 300000.45%0.95 =128.25m3/h=5.725kmol/h 吸收剂(NH4)2SO3的用量： 5.725116 = 664.1kg/h 气液比为2000，吸收塔循环液量为100 m3/h 硫酸厂尾气吸收后中间产物： NH4+ = 9 mol/l; HSO3- = 7 mol/l

12、 ; SO32- + HSO3- = 8 mol/l 吸收剂氨用量： 95.725/8 = 6.441kmol/h = 109.5 kg/h 脱硫后烟气中NH3为90ml/m3，氨损失为： 300009010-617/22.4kg/h = 2.049 kg/h 氨损失占氨耗量分率为： 2.049/109.5 = 0.0187 = 1.87% 排除的中间产物NH4HSO3+(NH4)2SO3水溶液： 5.725/8m3/h = 0.716m3/h3塔设备设计计算3.1塔径取气速为泛点气速的80%则由化工工艺设计手册知：当塔径大于1m时，间隙按0.2m进行圆整，则D=1.8m由得L=15m。塔径在

13、800mm以上选板式塔。由液体负荷与板上流的关系知：L5s 自上校核初步认为塔径取1.8m是合理的。3.3 堰长及降液管设计堰长lw=0.724D=0.7241.8=1.30m求how由图液体收缩系数E在一般情况下可取得1液面梯降由图弓形的宽度与面积得Wd=0.279mZ1=D2Wd=1.820.279=1.242mhf=2.5hL=2.50.08=0.260%氨水的密度/m3粘度4210-69.80665=0.42求hL设hL=0.08m，hw=hLhow=0.080.0145=0.0655m取hw=65mm则hL=hw+how=0.065+0.0145=0.0795mhL再求h0假设h0比

14、hw低15mm则h0=hw0.015=0.050m故取h0=50mm3.4 浮阀布置F0为阀孔动能因素，为孔速取F0=11，阀数N按公式取中心距t=60mm，得到N=340个孔速每层板上孔的面积3.5 压降由公式阀片全开后液层有效阻力hL=0.5h1=0.50.0795=0.03975m液柱hp=hc+hL=0.20+0.03975=0.2398m3.6 液泛（淹塔情况）液相通过降液管底部的压力降液管内液面高度 故不会淹塔3.7 雾沫夹带计算3.8 负荷上限（泛塔控制）淹塔控制时Hd（max）=0.5(HT+hw)=0.5(0.6+0.065)=0.3325m液柱hp=Hd-hL-hd=0.3

15、325-0.0795-0.00063=0.252m液柱hc（max）=hp-0.5hL=0.2520.50.0795=0.21225m液柱负荷上限为112%时仍能满足生产要求，如需要更大负荷，可适当增大板间距或减少塔板间距3.9 负荷下限（漏液控制）漏液控制时取Fomin=5，则 Vhmax=3000021.45%=6435m3/h4塔结构设计选型4.1塔板选型塔板类型：分块式塔板，单溢流，平直堰，弓形降液管表4-1 塔板数据塔径D/mm塔截面积AT/cm2塔盘间距HT/mm塔板厚度/mm弓形降液管尺寸（mm）降液管总面积Af/cm2Ad/AT（%）浮阀数（个）出口堰高度/mm一层塔盘质量kg

16、堰长LW/mm宽度Wd/mm180025434600313032792543.410340802174.2筒体设计4.2.1筒体的壁厚筒体的材料选择要考虑塔的操作温度、压力、物质的腐蚀性及经济上的合理性。常用的材料有碳钢及低合金钢。本设备材料选择Q235F钢。塔公称直径为1800mm，所以得筒体厚度为14mm。为与封头焊接方便，且考虑腐蚀余度，取筒体厚度为20mm。4.2.2塔顶空间高度由顶部第一块塔板到筒体和封头接线的距离（不包括封头空间）叫塔顶空间高度。为了便于安装人孔及破沫网，减少塔顶出口气体的携带量，通常：，本塔顶空间高度取4.2.3塔底空间高度由塔底第一块塔板到塔底封头接线的距离称塔

17、底空间。为了保证塔底产品抽出的稳定，使塔底液体不致流空，一般可取塔底产品的停留时间为1015min，如果塔底排量很大，停留时间可缩小至35min。釜液停留时间取5min，考虑塔底设一个人孔，且与气体进料管路连接，塔底空间要适当扩大，取4.2.4筒体的总高度H筒体的总高度H由下式计算：4.3 封头设计采用标准椭圆封头，材料为20R，封头厚度与筒体厚度相等为20mm。由公称直径Dg=1800mm和封头厚度=20mm，查表得曲面高度h1=600mm，直边高度h2=40mm。4.4人孔设计人孔是为了便于安装、检修或清洗设备内部的装置。通常是在短筒节（或管子）上焊上一法兰，盖上人（手）孔盖，用螺栓、螺母

18、连接压紧，两个法兰封面之间放有垫片，孔盖上带有手柄。对于直径大于或等于800mm的塔，采用人孔而非手孔。在处理清洁的物料时，每隔68块塔板设一个人孔。此外塔顶、塔底进料处必须设人孔。本塔采用规格为Dg450的圆形人孔，即4806mm。全塔人孔个数：塔顶空间：1个；塔体：5个；塔底空间：1个；裙座：2个。所以，全塔人孔数N=1+5+1+2个=9个。4.5 裙座设计塔体常用裙座支承，裙座结构有两种型式，一般为圆筒形。一般裙座筒体外径与塔釜封头的外径相等，裙座筒体与塔釜封头的连接焊接应采用全焊透的连接焊，且与塔釜封头外壁圆滑过渡。本塔塔径为2400mm，采用圆筒型裙座，材料为Q235-B，裙座与塔体

19、连接采用全焊透的连接焊，需要开4个894的排气孔，还需2个Dg450的人孔和一个引出管道。基础环内径：Di=D（200300）=1800-200mm=1600mm，基础环外径：D0=D+（300400）=1800+400mm=2200mm，基础环板厚度按照JB4710，取32mm。根据塔径Di=1600mm和塔高H=28190mm，查表得裙座外螺栓规格为M646，得螺栓座尺寸如下：A=350mm，B=90mm，C=80mm，d3=85mm。裙座的座圈高度一般由工艺决定，本塔取3m。5烟囱设计5.1 烟囱出口直径通过烟炉烟气量，由接入烟囱的全部炉子在额定负荷想运行时的情况而定，m3/hW烟囱的出

20、口烟气速度,m/s，取15m/s5.2 求烟柱抬升高度 W烟囱出口处平均风速，按各地气象条件选用工业锅炉污染物排放控制指标制定中按W=3m/s计算t烟囱出口处烟气温度，烟气出口处温度与大气温度之差，,大气常年平均温度按各地气象条件选用，一般地区可取15205.3 烟囱高度hh烟囱高度，m M有害物质排放量，g/sCx垂直方向的大气扩散系数Cy水平方向的大气扩散系数，工业锅炉污染物排放控制指标制定中可按.0计算Cmax地面空气中有害物允许最大浓度日平均值，根据TJ36工业企业设计卫生标准的标定对飘尘和SO2均取Cmax=0.15mg/m36 附属设备的选择6.1通风机的选择选用圆形通风机管道直径

21、280mm，查表知v取8m/s，则风量D风管直径，mV风速，m/s圆形风管及配件钢板厚度为0.5mm，圆形风管法兰材料规则为254l=60mm无缝钢管，即查图沿程阻力摩擦阻力=0.02056.1.1脱硫塔进气通风机管道长L=400+5.56+0.5=406.06m各种管件阀门和流量计以管径计的当量长度得三通管为一个三通管为 物料在炉管中流动总阻力，Pad管子内径，ml管内通道长度，m流体在操作状态下的平均密度，kg/m3v流体在操作状态下的平均速度，m/s由通风机技术性能和主要用途选择型号为T4-72的离心通风机。它的主要性能参数：风压范围/Pa 1803000，风量范围/m3.h-1 794

22、79015,功率范围/KW 0.7575 输送介质温度t/ 由通风机技术性能和主要用途选择型号为T4-72的离心通风机，它的主要性能参数：表6-1 脱硫塔进气通风机数据机号转数r/min全压流量m3/h内效率%所需功率kW电动机MmH2OPa型号功率12C8301329184564986.822.77Y225M-6306.1.2烟囱进气通风机换热器到烟囱管道长l1=1+1.5+20m=22.5m烟气回流管道长l2=5+600+5m=610m查表各种管件阀门和流量计以管径计的当量长度得：一个三通管为；四个90弯头为物料在炉管中流动总阻力，Pa；d管子内径，m；l管内通道长度，m；流体在操作状态下

23、的平均密度，kg/m3；v流体在操作状态下的平均速度，m/s。由通风机技术性能和主要用途选择型号为T4-72的离心通风机，它的主要性能参数：表6-2 烟囱进气通风机数据机号转数r/min全压流量m3/h内效率%所需功率kW电动机MmH2OPa型号功率12C94018217564592885.831.99Y225S-4376.2泵的选择选择泵的配管为无缝钢管，其直径为280mm，根据泵的配管要求，泵的吸入口处有水平布置的弯头时，应在吸入口和弯头之间设一段直管段，设计为单吸吸入，单吸吸入所设置的弯头之间设一段直管段，设计为单吸吸入，单吸吸入所设置的管段长度为5m，远大于3倍管径。选择泵的参数应按工

24、艺要求的最大流量和最大流程再乘以附加泵的安全系数的数值为根据附加值为10%。6.2.1循环泵的选择泵的流量 Q=1.1Qmax=1.150=55m3/h ,该流动类型为湍流无缝钢管，查图沿程摩擦阻力得=0.0225管道总长度为62m查表各种管件阀门和流量计以管径计的当量长度的三通管得总阻力损失泵的扬程水位差最大值为25mH=1.1Hmax=1.1（25+0.162）=27.68m氨水=0.203MPa=20.35m清水IS型离心泵适用于工矿企业、城市给水、排水和农田排灌供输送清水或物理化学性质类似于清水的其他类型。它的性能范围：流量Q为6.3400m3/h,流程H为5125m，可知这类泵是适合

25、的。查IS型泵的单级单吸离心泵工作性能表得到具体型号为IS100-80-160,转速n=2900r/min,该泵的主要性能参数为：允许汽蚀余量为NPSHr=4.0m，效率=78%,轴功率为11.2KW，所配电动机型号为Y160M2-2,功率为15KW。IS型单级离心泵选型：表6-3 离心泵数据型号转速(r/min)流量(m3/h)扬程H(m)效率%功率（kW）必需汽蚀余量轴功率电机功率NPSH（m）IS65-80-160290055207811.21546.3再热器的选择T1=100热流选择水蒸气冷凝，查得t1=50,t2=70,Cpc=1.09kj/(kg. ),冷流为处理后烟气K0=303

26、00W/(m2. )K0=80 W/(m2. )查得此时，取Wh=104kg/h,We=3104kg/h根据公式即2.677/3/1.09=20/(100-T2)得T2=75.6 根据TB/T4714，4715-92选择固定管板式再热器，列管尺寸选择，管心距为32mm，管子三角形排列，基本参数如下：公称直径为600mm；列管长度为6000mm；公称压强为2.50；管程数为6；管子总根数为216；管程流通面积为0.0125m2；再热器面积100。设定折流板间距LB=200mm，考虑进出管子的排布，折流板数目N=(6000-2*300)/200+1=28，进出口的距离LB1=LB2=300mm,折

27、流板缺口为25，其高度L=0.250.3=0.075m。7 预算7.1 设备费用7.1.1 板式脱硫塔费用该板式脱硫塔参照有关资料设计，预计262万元。7.1.2 烟囱费用由资料查得，该高度的烟囱造价约为36万元。7.1.3 其他设备费用（1）风机 选用圆形通风机管道直径280mm，2台，每台为4万元，计8万（2）泵 选用上海市翔迎暖通公司生产的YB2-180L6型电动机1.4655万元。7.1.4 管道费用管道长度一共为406+22.5+610+5+62+160+6=1271.5m2800mm：W=1271.50.04=50.86万元；7.2 运行费用7.2.1 电费系统的装机容量按595k

28、W计，全年工作时按7000h考虑，每度电电费安0.50元计，则全年的电费为：595kW7000h0.5=208.3万元。7.2.2 脱硫剂氨水费用脱硫剂为60%的氨水，按0.64元，则需费用：73.4170000.64=32.9万7.3 总费用表7-1 汇总表设备名称数量单位单价（元）总价（万元）主设备吸收塔1座262烟囱1座36附属设备风机2台400008电机1台150001.5再热器1台162800管道1271.5mm40050.86电费5957000度0.514.4氨水73.417000kg/h0.6432.9维修费3台470004.7合计426.368心得体会时间匆匆而过，两周的课程设

29、计就此结束了，这是一段难忘的时光，这也是一个提高学习的时期。通过这次大气污染控制课程设计中，我学到了很多，在老师的指点下也懂得了更多，知道了自身的许多不足与缺点，如我们实践经验上的缺乏，对设计的原理理解缺乏等等。与此同时，我们也学到了许多宝贵的经验与教训，感受到了同学之间的互帮互助，这都是我们平时学不到的。而恰恰是这些，可以伴随我们终生，知道我们在人生道路上勇敢前进。在大学中，太多的书本知识，太多的考试让我们的实际动手能力受到了很大的限制，很多理论知识知识纸上谈兵，没能得到真正的利用。因此，通过做课程设计课程设计正好弥补了这一点的不足，给我们提供了一个实践理论知识的机会，尽管本次设计离实际情况

30、还有一点距离，但是能够独立的完成整个设计，已经加深了我们对于课程知识的理解，同时明白了一个设计所必须的知识和思维。通过大家的讨论也能够了解很多问题。在这为期两周的课程设计中，我学到了很多，这是一次把所学的知识综合起来的课程设计，一开始的迷茫和不知所措，好在有老师和同学的帮助，使得后面的设计过程变得井然有序，有条不紊的按照过程进行，其中当然存在失误，但在我一次又一次的努力中达到了理想结果。比如在计算过程中，往往因为没仔细而使数据受到影响，所以一次又一次的改正等等。虽然过程比较辛苦，但我相信在这次设计过程中我学到了更多，并更加充分的认识到自身的不足，通过一次又一次向同学和老师请教，不但巩固了专业相

31、关知识，同时也与班上其他同学建立了更为深厚的友谊。参考文献1邝生鲁主编，工程师技术全书，化学出版社，2002年3月第一版2化工部保护设计技术中心站编写，化学设计手册，化学工业出版社，1998年6月第一版3刘天齐主编，三废处理工程技术手册（卷），化学工业出版社，1999年5月第一版4杨凤林等译，环境工程计算手册，中国石化出版社，2003年6月第一版5肖文德等编著，二氧化硫脱除与回收，化学工业出版社，2001年5月第一版6杨飏编著，二氧化硫减排技术与烟气脱硫工程，冶金工业出版社，2004年1月第一版7魏先勋主编，环境工程设计手册，湖南科学技术出版社，2002年7月第一版8 中国石化集团上海工程有限公司编，化工工艺设计手册下，化工工业出版社，2003年8月第一版致谢本课程设计在计算和编写的过程中，得到老师和同学们的热心帮助。老师严谨的治学作风及对学生的严格要求，使我严肃对待本次课程设计，每个数值的选取都必须有根有据。拿到题目时，很多都不懂，书本上的知识没能很好地结合应用，因此经常向老师和同学提问，老师耐心的给予解答，让我在不知不觉中发现更多的不懂之处，激发我对学习的渴望，因此学到了很多，巩固了知识。刚开始的迷茫和不知所措，好在有老师和同学的帮助，使得后面的设计过程变得井然有序，有条不紊的按照过程进行。在此向老师以及所有帮助过同学表示衷心的感谢。