《环境工程综合设计》大作业.pdf

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1、科技学院科技学院环境工程综合设计大作业环境工程综合设计大作业(2017-2018 年度第一学期)名称：20t/h 燃煤锅炉烟气脱硫系统设计院系：班级：学号：学生姓名：成绩：日期：2017 年12 月目录目录一、设计资料和依据.4（一）设计参数.4（二）设计依据.4（三）排放要求.4二、脱硫方式.4（一）脱硫工艺.4（二）脱硫装置.6三、脱硫系统设计.6（一）脱硫剂制备系统.61.脱硫剂的选择.62.脱硫剂消耗量.73.脱硫剂液箱容量与设计.7（二）烟气系统.81.增压风机.82.烟气加热设计.8（三）二氧化硫吸收系统.81.塔内流量计算.82.塔径的计算.83.脱硫塔高度计算.9（四）.烟囱直

2、径的计算.10（五）.管网布置.12（六）.系统阻力计算.131.摩擦阻力损失.133.系统总阻力.14（七）风机和电动机的计算.141.风机风量.142.风机风压.143.电动机功率.16四、工艺流程图和主要构筑物简图.1721.脱硫系统工艺流程图.172.喷淋塔.17五、投资估算.18双减法投资估算.18六、效益评估和主要经济指标分析.181、运行费用估算.182、经济效益评估.20七、附录.213一、设计资料和依据（一）设计参数（一）设计参数（1）额定蒸发量：20t/h（2）锅炉烟气量：60000Nm3/h（3）锅炉烟气出口温度：150（4）烟气中 SOSO2 2浓度：2000mg/Nm

3、3；（5）锅炉出口负压：-1800Pa；（二）设计依据（二）设计依据锅炉大气污染物排放标准GB13271-2014大气污染物综合排放标准GB 16297-1996（三）排放要求（三）排放要求烟气 SO2脱除率：90%，净烟气 SO2排放浓度200mg/m3；漏风率1.5%。二、脱硫方式（一）脱硫工艺（一）脱硫工艺目前，脱硫工艺基本可以分为三类:湿法、干法、半干法。如下表有一些常用的烟气脱硫工艺：4表一 常用的烟气脱硫工艺脱硫工湿法石灰石/石钠法双减法氧化镁氨法海水法半干法喷雾干燥法炉内喷钙法干法循环流化床等离子体脱硫效率吸收剂CaCO3NaOHNaOHNa2CO3Mg（OH）2艺膏法90989

4、098909890989098709070856075609090MgONH3海水CaOCaOCaONH3CaO可靠性结垢运行费用投资相对于半干法和干法脱硫工艺，湿法脱硫工艺具有脱硫效率高、工艺成熟、可靠性高等优点。所以选择湿法脱硫。钠法由于脱硫剂较贵，因而运行费用高；氧化镁法的脱硫剂氧化镁不仅价格较贵，造成运行成本高昂；氨法存在氨泄漏问题，容易造成二次污染，而且脱硫剂价格高，因而在中小型锅炉中应用不多。海水法对地理位置要求较高，一般只适用于沿海地区。5高高高高一般高一般一般高高大大中小大中中中中中高很高一般低高低一般一般一般一般大小较小小大较小较小小小大相对于以上工艺，双碱法消耗的脱硫剂主要

5、是价廉的石灰。吸收液中的钠碱通过再生，大部分可循环回用，减少了运行费用，具有投资少、占地面积较小、运行费用低等优点，符合中小型锅炉烟气脱硫因此本方案采用双碱法脱硫工艺。（二）脱硫装置（二）脱硫装置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，因此选用气相为连续相、湍流程度高、相界面较大的吸收塔作为脱硫塔比较合适。通常，喷淋塔、填料塔、板式塔、文丘里吸收塔等能满足这些要求。各种吸收塔的性能比较见表二。吸收器类喷淋塔填料塔湍球塔筛板塔文丘里持液量低高中中低表二常见吸收塔性能比较逆流接触防堵性能操作弹性是中较好是差较好是好中是中中否较好差设备阻力低中中中高除尘性能差中较好较

6、好好由表中可知，喷淋塔持液低，逆流接触，操作弹性较好，设备阻力低。所以选择喷淋塔。三、脱硫系统设计（一）脱硫剂制备系统（一）脱硫剂制备系统1.1.脱硫剂的选择脱硫剂的选择为保证脱硫石膏的综合利用及减少废水排放量，用于脱硫的生石灰的纯度宜高于90%，浆液细度应至少保证 200 目 90%的过筛率。碳酸钙选用市场上纯的最高的。62.2.脱硫剂消耗量脱硫剂消耗量2.22.2 生石灰消耗量生石灰消耗量1）钙硫比（Ca/S）为 1：1；2）脱硫装置入口烟气中的 SO2质量流量：M（SO2）=锅炉烟气量烟气中 SOSO2 2浓度代入数据:M(SO2)=600002000=120kg/h3)生石灰中 CaO

7、 的含量为 90%，生石灰质量流量为：m=1.1 12056=128.33/640.92.22.2 钠碱消耗量钠碱消耗量Na2CO3在吸收液循环过程中有少量损耗，所以应该在脱硫液池内补充少量纯碱，按照 0.05mol（Na2CO3）/1mol（SO2）补充量，则m 钠碱=128.3364 0.05 106=10.63/（按 100%Na2CO3计算）3.3.脱硫剂液箱容量与设计脱硫剂液箱容量与设计3.13.1 石灰消化池石灰消化池采用化灰池搅拌器，得含固率为 15%的石灰浆液，其密度为 1.2t/m3，熟石灰质量流量为128.3356 78=178.74kg/h。按照工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫

8、工程技术规范（HJ462-2009），脱硫剂浆液贮罐的容量宜不小于设计工况下 2h 的浆液消耗量，所以，熟石灰的浆液箱容量为：V 浆液箱=15%1.21000 2=1.9863所以浆液箱取整后容积为 2m3178.747（二）烟气系统（二）烟气系统1.1.增压风机增压风机增压风机的风量：Q=60000110%=660002.2.烟气加热设计烟气加热设计将部分未处理的原烟气与低温净烟气混合，达到加热目的。使经过烟气换热器的烟气温度不低于 150 度，漏风率1.5%。（三）二氧化硫吸收系统（三）二氧化硫吸收系统1.1.塔内流量计算塔内流量计算假设喷淋塔内平均温度为 60，压力为 1800KPa，则

9、喷淋塔内烟气流量为：QV Qs273t101.324(1k)273Pa式中：QV3ms；喷淋塔内烟气流量，3ms；QS标况下烟气流量，k除尘前漏气系数，00.1。代入公式得：QV=36006000027360273101.324(10.08)=21.963101.3242.2.塔径的计算塔径的计算取喷淋塔内烟气流速v 3.5m/s，则喷淋塔截面 A 为：AQ21.96 6.27(m/s)v3.58则塔径 d 为：d取整则 D=3m4A 2.83m3.3.脱硫塔高度计算脱硫塔高度计算喷淋塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。(1)(1)吸收区高度吸收区高度依据操作条件参数得，选择喷淋

10、塔喷气液反应时间 t=4s，则喷淋塔的吸收区高度为：H vt 14(m)(2)(2)除雾区高度除雾区高度除雾器设计成两段。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最上层(3.43.5)m。取除雾区高度为：H2 3.4m(3)(3)浆池高度浆池高度浆池容量 V1按液气比浆液停留时间 t1确定：V1LQt1G式中：LG液气比，取18L m3；9Q工况下烟气量，m3t1浆液停留时间，s；h；一般 t1为4min 8min，本设计中取值为5min，则浆池容积为：V1 108(m3)选取浆池直径等于或大于喷淋塔D0，本设计中选取的浆料池直径为D0 3m，然后再根据V1计算浆池高度：h0式中：h0浆

11、池高度，m；V1浆池容积，m3；D0浆池直径，m。代入数据得：h0=1.7m4v15.5243m2D0(4)(4)喷淋塔高度喷淋塔高度喷淋塔高度为：H1H2h0 19.1m（四）（四）.烟囱直径的计算烟囱直径的计算表表 烟囱出口烟气流速烟囱出口烟气流速通风方式机械通风自然通风运 行 情 况全负荷时 1020 68最小负荷 45 25310A A）烟囱出口内径可按下式计算：）烟囱出口内径可按下式计算：Qd2 0.0188(m)Q通过烟囱的工况总烟气量，m3/h 选取的烟囱出口烟气流速，m/s。根据表取 18m/s求得d2 1.09m取整d2 1.1mB B）烟囱底部直径：）烟囱底部直径：d1 d

12、2 2 i H(m)式中d2烟囱出口直径，m；H烟囱高度，m；i烟囱锥度，通常取 i=0.020.03。取 i=0.022d1 3.3mC C）.烟囱抽力计算烟囱抽力计算11)B(Pa)273 tk273 tpSy 0.0342 H(式中 H烟囱高度，m；tk外界空气温度，oC；tp烟囱内烟气平均温度，oC；B当地大气压，Pa。11根据锅炉大气污染物排放标准 GB13271-2014，每个新建锅炉房只能设一根烟囱，烟囱高度应根据锅炉房装机总容量，按照表二规定执行。表二燃煤锅炉房烟囱最低允许高度锅炉房装机总容量烟囱最低允许高度MW0.70.71.41.42.824302.874103571410

13、2040142045t/h112m2025选取烟囱高度为 50m。Sy 0.0342 50 (52.033Pa11)101.324 103273 20273 50D D）.烟囱内温降烟囱内温降H A(C)Dt2式中：H-烟囱高度，m；D-合用统一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h；A-温降系数。可由表查的，选取 A=0.4 D,H 参看后面分别取 20t/h，50t250 0.4204.47（五）（五）.管网布置管网布置d 4Q(m)dv4QV4 60000/3600 1.27(m)1312式中Q工况下管道内的烟气流量，m3/s；v烟气流速，m/s，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘v=101

14、5m/s）。取 v=13m/s，取整得 d=1400mm查手册得 d1=1400-27=1386mm由公式d 4Q可计算出实际烟气流速：vv4Qd24 60000/3600(1.27)2 13.16(m/s)（六）（六）.系统阻力计算系统阻力计算1.1.摩擦阻力损失摩擦阻力损失Lv2PLd2式中：L管道长度，m；d管道直径，m；烟气密度，kg/m3；v管中气流平均速率,m/s；摩擦阻力系数,是气体雷诺数 Re 和管道相对粗糙度 K/d 的函数。查手册得：实际中对金属管道值可取 0.02，对砖砌或混凝土管道可取 0.04。代入数据得：n273 0.871(kg/m3)273 150PL0.871

15、2(L1v2L2v2)0.02 (5 202 65 122)70.6754(Pa)2d2 1.42.2.局部阻力损失局部阻力损失(Pa)Pv220.871 122 0.2 10 125.424(Pa)213在所设计的管路中有 10 段弯道区，可求得局部的压力损失：式中：异形管件的局部阻力系数可查到，取 0.2 v与像对应的断面平均气流速率,m/s烟气密度,kg/m33.3.系统总阻力系统总阻力除尘器的压力损失在10001500Pa之间，取1300Pa所以系统总阻力=1300+70.6754+125.424=1496.0994Pa（七）风机和电动机的计算（七）风机和电动机的计算1.1.风机风量风

16、机风量Qy 1.1 60000 式中:1.1风量备用系数；Q 工状态下风机前标态下风量，m3/h273 tp273101.324B(m3/h)tp风机前烟气温度，B当地大气压力，kPa。Qy 1.1 60000 273 150101.324 102263.7363(m3/h)273101.3242.2.风机风压风机风压对于除尘器后装的风机风压计算：Hy1.2(hSy)式中：1.2风压备用系数；273tp101.3251.293Pa273tyBy14h系统总阻力，Pa；Sy烟囱抽力，Pa；tp风机前烟气温度；ty风机性能表中给出的试验用气体温度；y标准状况下烟气密度，1.35kg/m3。Hy 1

17、.2 (1496.0994-52.033)273 150101.3241.293 1484.268(Pa)273 200101.3241.35常用风机性能及适用范围型号名称全压范围风量范围功率范介质适应范围Pa（m3/h）围kW最高温度/Y4-70-11锅炉引风机67014102430143603.075250用于 14t/h蒸汽锅炉排烟Y9-35锅炉引风机550454044304730004.510507.53155.52204.02505.5280200锅炉烟道排烟G4-73-12Y4-73-12锅炉通风机锅炉引风机5536541152293434029166100152291661008

18、0200275t/h锅炉通风和排烟Y8-39Y9-38锅炉引风机锅炉引风机116753443242132758051455333295139712a250250用于0.550t/h 蒸汽锅炉排烟根据排烟温度和风量范围，由表中可知选取 Y9-35。153.3.电动机功率电动机功率Ne QyHy3600100012 (kW)式中Qy风机风量，m3/h；Hy风机风压，Pa（一般风机为0.6，高效风机约为0.9，取0.8）；1风机在全压头时的效率2机械传动效率，当风机与电机直联传动时21，用联轴器连接时2 0.95 0.98；电动机备有系数，对引风机，1.3102263.7363 1484.268 1

19、.3 71.3696(kW)3600 1000 0.8 0.96Ne16四、工艺流程图和主要构筑物简图1.1.脱硫系统工艺流程图脱硫系统工艺流程图2.2.喷淋塔喷淋塔17五、投资估算双减法投资估算双减法投资估算序号一项目新建脱硫塔及附属设备材料费土建施工费安装费设计及技术服务费调试及措施费基本预备费税收合计价格（万元）256备注外循环池及脱硫塔、箱、罐基础、业主负责二三四五六七八76.89.916.289.0127.6395.59六、效益评估和主要经济指标分析1 1、运行费用估算、运行费用估算运行费用主要有：电费、水费、人工费、药剂费等。（按 8000 小时/年计算）(1)(1)电耗电耗电费的

20、支出项目为脱硫液循环泵等的耗电，初步估计值见电流表 3-4 用电量为 95.5kw。按电费 0.52 元/kWh，年运行 8000 小时计。电费共 41.6 万元。电源采用 380V,50Hz 交流电。18(2)(2)水费及人工费水费及人工费系统需定期补充水，补充水量按 3%408m3/h8000h=97920 吨，水价按 3.0元/吨，计年水费：29.37 万元/年。本脱硫系统由于运行、维护管理简便，安排人进行日常管理、维护，本脱硫系统设操作定员 3 人，年工资年工资 1.81.8 万元万元/人人，共需人工费 5.4 万元/年。(3)(3)脱硫剂费用脱硫剂费用所用煤的含硫量按 1%时运行成本

21、估算为，可燃硫的转换率为 85%来计，脱硫率为 95%来计，2 台锅炉耗煤量为 22.5t/h 计算：a.a.锅炉二氧化硫生成量为：锅炉二氧化硫生成量为：22.50.0185%2=382.5Kg/hb.b.二氧化硫脱除量：二氧化硫脱除量：脱硫效率按 90%设计，每小时二氧化硫脱除量为 344.25Kg/hc.c.脱硫剂费脱硫剂费根据 SO2脱除量、化学反应式、钙硫比（1.05），脱硫剂采用 95%的粉状石灰，5%的片状火碱。每年按 300 天计算。石灰费用为（CaO 纯度90%，粒度为 200 目过筛 85%以上，按市场价按市场价 250250元元/吨吨）394/0.924/1000300 天

22、/年=3152t/年3152t/年500 元/吨=78.8 万元/年消耗钠碱的费用为（片状 NaOHNaOH 纯度为纯度为 99%99%，市场价格为：，市场价格为：25002500 元元/吨吨）:20.7/0.9924/1000300 天/年=150.54t/年150.54 t/年2500 元/吨=37.63 万元/年表 5-2 药剂用量和费用初步估算表项目石用量394(kg/h)单价250(元/吨)年药剂费用78.8 万元19灰钠碱20.7(kg/h)2500(元/吨)37.63 万元(有废碱液此项费用可省)(4)(4)运行费合计运行费合计41.6+29.37+5.4+78.8+37.63=

23、192.8 万元该脱硫系统全年(按 8000 小时计)总运行费用为 192.8 万元。2 2、经济效益评估、经济效益评估本项目脱硫年脱除量为 382.58000=3060t/年，按现行环保政策 2 元/kg计算，则本脱硫系统投入运行后，能为企业减少排污罚款、增加收益:3060t10002/10000-192.8=419.2 万元20七、附录参考文献：参考文献：1.1.环境工程设计基础环境工程设计基础，邱启华，邱启华，杨莉编，杨莉编，北京：北京：机械工业出版社，机械工业出版社，2015.92015.92.2.环境工程设计基础环境工程设计基础，金毓荃、金毓荃、李坚编，李坚编，北京：北京：化学工业出

24、版社，化学工业出版社，2008.92008.93.3.环境工程设计环境工程设计，赵立军、陈进富编，北京：中国石化出版社，赵立军、陈进富编，北京：中国石化出版社，2013.12013.14.4.环境工程专项设计案例分析环境工程专项设计案例分析，郝飞麟郝飞麟,陈雪松编著，陈雪松编著，杭州杭州:浙江浙江大学出版社大学出版社,2016.02,2016.025.5.环保设备基础环保设备基础，李永峰，李永峰,李巧燕主编，北京李巧燕主编，北京:化学工业出版化学工业出版社社,2017,20176.6.固体废物处理工程技术手册聂永丰主编固体废物处理工程技术手册聂永丰主编 北京北京:化学工业出版化学工业出版社社,

25、2013,20137.7.工业脱硫脱硝技术李肇全主编工业脱硫脱硝技术李肇全主编 北京北京:化学工业出版社化学工业出版社,2014,20148.8.环境工程工艺设计教程环境工程工艺设计教程 赵玉明编著赵玉明编著 北京北京:中国环境出版社中国环境出版社,2013,20139.9.大气污染控制工程案例教程潘琼主编大气污染控制工程案例教程潘琼主编 北京北京:化学工业出版化学工业出版社社,2014,20141010水污染控制案例教程张尊举水污染控制案例教程张尊举,伦海波伦海波,编编 北京北京:化学工业出版化学工业出版社社,2014,201411.11.废气处理工程技术手册王纯等编废气处理工程技术手册王纯等编 北京北京:化学工业出版化学工业出版社社,2013.01,2013.0112.12.废水污染控制技术手册潘涛等编废水污染控制技术手册潘涛等编 北京北京:化学工业出版化学工业出版社社,2013.01,2013.0113.13.噪声环境影响评价与噪声控制实用技术周兆驹编著噪声环境影响评价与噪声控制实用技术周兆驹编著 北京北京:机机械工业出版社械工业出版社,2016.11,2016.1114.14.环境噪声控制工程环境噪声控制工程 贺启环主编贺启环主编 北京北京:清华大学出版社清华大学出版社,2011.02,2011.0221