目錄 1 引言 . 1 2 二氧化硫的控制及處理方法 . 2 3 濕式石灰法原理 . 2 4 濕式石灰法脫硫具有的特點 . 3 5 煙氣量的計算 . 3 6 凈化系統設計方案 . 6 6.1 凈化系統的組成 . 6 6.2 凈化系統設計的基本內容 . 6 7 設備結構設計計算 . 7 7.1 除塵設備結構 設計 . 7 7.2 脫硫設備結構設計 . 8 8 煙囪的設計 . 11 9 風機的選型與阻力的計算 . 16 10 結束語 . 19 參考文獻 . 20 中北大學 大氣污染 課程設計 第 1 頁 1 引言 我國是煤炭資源十分豐富的國家，一次能源構成中燃煤占 75左右。 隨著我國經濟的快速發展，煤炭消耗量不斷增加，二氧化硫的排放量也日趨增多，造成二氧化硫污染和酸雨的嚴重危害 。據最新報道， 1999 年我國二氧化硫排放總量為 1857萬噸，其中工業來源為 1460萬噸，生活來源為 397萬噸。酸雨區面積占國土面積的 30，主要分布在長江以南、青藏高原以東的廣大地區及四川盆地。對 106個城市的降水pH值監測結果統計表明，降水年均 pH值低于 5.6的有 43個城市，占統計城市的40.6。統計的 59個南方城市中，降水年均 pH低于 5.6的有 41 個，占 69.5。 酸雨使得森林枯萎，土壤和湖泊酸化，植被破壞，糧食、蔬菜和水果減產，金屬和建筑材料被腐蝕。空氣中的二氧化硫也嚴重地影響人們的身心健康，它還 可形成硫酸酸霧，危害更大。 為防止二氧化硫和酸雨污染， 1990年 12月，國務院環委會第 19次會議通過了關于控制酸雨發展的意見。自 1992年在貴州、廣東兩省，重慶、宜賓、等九個城市進行征收二氧化硫排污費的試點工作。 1995年 8月，全國人大常委會通過了新修訂的大氣污染防治法。 1998年 2月 17 日，國家環保局召開了酸雨和二氧化硫污染綜合防治工作會議。這都說明我國政府高度重視酸雨和二氧化硫污染的防治。 國家環保局局長解振華指出： “ 成熟的二氧化硫污染控制技術和設備是實現兩控區控制目標的關鍵因素。 ” 他同時指出： 為了實現酸雨和二氧化硫污染控制目標，要加快國產脫硫技術和設備的研究、開發、推廣和應用。因此研究開發適合我國國情的煙氣脫硫技術和裝置，吸收消化國外先進的脫硫是當前的迫切任務。 能源工業是國民經濟的基礎，我國的能源結構以煤為主且在短期內難以改變。煤炭的大量使用，造成嚴重的環境問題，其中 SO2是形成酸雨的主要物質之一，因此燃煤脫硫對環境保護、社會效益、經濟效益各方面非常重要 我 國從 20世紀 70年代開始電站鍋爐的煙氣脫硫技術的研究，但進展緩慢。由于中北大學 大氣污染 課程設計 第 2 頁 工業發展，燃煤增加，酸雨的危害日益嚴重，對 SO2的污染控制技術在七五期間被列入國家重點攻關項目。此后經過多年努力，與引進技術相結合，建立了大型工業裝置。我國引進的技術雖然設備先進、運行穩定、自控程度高，但投資和運行費用極高，以目前我國的情況很難推廣應用。因此急需根據我國國情，開發適應我國市場需要的煙氣脫硫技術，達到產業化應用。 2 二氧化硫的控制及處理方法 二氧化硫控制方法多種多樣，可以分為三大類： （ 1）燃燒前脫硫，如洗煤等。 （ 2）燃燒中脫硫，如型煤固硫、爐內噴鈣等。 （ 3）燃燒后脫硫，即煙氣脫硫（ FGD），是目前應用最廣、效率最高的脫硫技術 我國近年來大氣污染嚴重，據國家環保局統計， 1997年，我國的 SO2 排放量達2346萬噸，超過美國及歐洲國家，成為世界 SO2 排放第一大國。 1998年開始由于國家政策傾斜及環境問題越來越受到人們的重視，排放量開始下降，但大幅度控制 SO2排放仍迫在眉睫。目前，控制 SO2 排放的最有效途徑是 FGD技術，即煙氣脫硫。煙氣脫硫技術一般 分為濕法、干法、半干法三大類。 濕法脫硫是我國應用最廣泛、最具發展前途的煙氣脫硫方法，但普遍采用的方法都是從國外公司購買己經成熟的技術 1。 濕式脫硫除塵技術是由水、氣、固三相工藝技術組成的一個系統，而不能僅僅把它看成是一個脫硫除塵器。從推廣應用角度來說，水系統的完好性，對發揮該技術在脫硫中的作用有著更為現實和重要的意義。 3 濕式石灰法原理 基本原理： 采用石灰 漿液吸收煙氣中的 SO2，分為吸收和氧化兩個階段。先吸收生成亞硫酸鈣，然后將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣（即石膏） 2。總的反應過程為： 中北大學 大氣污染 課程設計 第 3 頁 OHCa S OOHSOCa O 2322 22 系統構成或主要設備： 泵， 噴淋塔， 除霧器， 再熱器，換 熱器 ，噴淋器。主要工藝參數 ： 運行 PH值 9；煙氣流速： 1 5m/s； 石灰 /石灰石漿質量濃度： 10%15%；除霧器殘余水分 75 ； 脫硫石膏含水率 40 60； 脫硫系統阻力： 2500 3000pa3。 4 濕式石灰法脫硫具有的特點 優點： 技術成熟；脫硫效率高 ，可達 95%以上；煙氣處理量大；煤種適應性強，對高硫煤優勢突出；吸收劑利用率高； 缺點：設備腐蝕；易于結垢、堵塞；投資費用高；占地面積大，耗水量相對較大，有少量污水排放 4。 5 煙氣量的計算 已知 ：設計耗煤量： 2.4t/h 設計煤成分： CY=64.5% HY=4% OY=3% NY=1% SY=1.5% AY=14% WY=12% VY 15 屬于中硫媒，排煙溫度： 160，空氣過剩系數： 1.25，飛灰率： 29，煙氣在鍋爐出口前阻力： 800Pa，污染物排放按鍋爐大氣污染排放標準中 2類區新建排污項目執行，連接鍋爐，凈化設備及煙筒等凈化設備系統的管道假設長度 150m， 90彎頭 30個。 以 1Kg煤為基準 ，則由已知可： 表 2.1 各個反應參數 質量（ g） 摩爾數（ mol） 需氧數（ mol） 生成物（ mol） 中北大學 大氣污染 課程設計 第 4 頁 C H O N S A W V 645 40 30 10 15 140 120 150 53.75 40 1.875 0.714 0.469 6.667 53.75 10 -0.9375 0 0.469 0 0 0 CO2 :53.75 H2 O:20 SO2 :0.469 （ 1）所以 由上表 可得燃煤 1kg的理論需氧量為： 2 8 2.639 3 7 5.04 6 9.01075.53)( 2 On 煤kgmol（ 2）假定干空氣中氮與氧的摩爾比為 3.78， 則 1kg該煤完全燃燒所需理論 空氣 量為： 4 8 8.3 0 278.312 8 2.63)( ）（理論空氣n 煤kgmol即： 776.61000 4.22488.302)( 理論V 煤kgmol（ 3） 空氣過剩系數： 25.1 。 實際所需空氣量為： 11.3 7 825.14 8 8.3 0 2)( 實際n 煤kgmol即 : 47.810 00 4.2211.37 8)( 實際空氣V 煤kgmol（ 4） 理論煙氣量為： 53.75 20 6.667 0.469 63.282*3.78=320.092mol/kg 媒 即： 煤kgmN /17.710 00 4.2209 2.32 0 3空氣過剩系數： 25.1 中北大學 大氣污染 課程設計 第 5 頁 實際煙氣量為： 煤kgmN /8 6 4.87 7 6.625.017.7 3（ 5） 燃用 1kg 該 煤產生的煙氣量中： a.含有的水量為： 667.26667.620)( 2 ohnmol 即質量為： 480)( 2 ohmg b.含有的 2CO 量為 ： molnCO 75.53)( 2 即質量為： gmCO 2365)( 2 c.含有的 2SO 量為：)( 2SOn=0.469mol 即質量為：)( 2SOm=0.469 64=30.016g 即 2SO 的濃度為： 3/86.3864.8 016.30 Nmgd.含有的 煙塵的濃度 為： 33- /kg1058.4864.8 4.109.20 Nm（ 5） 所以在該設計下所得的總煙氣量為： smhmKgVNNn 33 91.56.2 1 2 7 3864.82 4 0 0 （ 6）因排煙溫度為 160攝氏度，即 T=433K.由公式：nsns TTVV 可得： 煤KgmV s 315273433)1000 4.22667.26864.8( 2 所以有在排煙溫度 160攝氏度下，煙氣中 2SO 的濃度為： 3)( 215016.302 mgC SO 煙氣中粉塵的濃度為： 3)( 32.215 29.0120 NmgC 粉塵在該溫度下所得的總煙氣量為： 中北大學 大氣污染 課程設計 第 6 頁 smhmVNN 33 1036000152400 6 凈化系統設計方案 6.1 凈化系統的組成 一般凈化系統由以下幾部分組成： （ 1） 集氣罩 集氣罩是用以 捕 集污染空氣的，其性能對凈化系統的技術經濟指標由直接的影響。由于污染源設備結構和工作操作工藝的不同，集氣罩的形式也多種多樣的。 （ 2） 風管 在凈化系統中用以輸送氣流的管道稱為風管，通過風管使系統的設備和部件連成一個整體。 （ 3） 凈化設備 為了防治大氣污染，當排氣中污染物含量超過排放標準時，必須采用凈化設備進行處理。達到排放標準后，才能排入大氣。 （ 4） 通風機 通風機是系統中氣體流動的動力。為了防治通風機的磨損和腐蝕，通常把風機設在凈化設備后面。 （ 5） 煙 囪 煙 囪 是凈化設備的排氣裝置，由于凈化后的煙氣仍含有一定量的污染物，這些污染物在大氣中擴散，稀釋，并最終沉降到地面。為了保證污染物的地面濃度不超過大氣環境質量標準，煙 囪 必須有一定的高度 5 。 6.2 凈化系統設計的基本內容 凈化 系統設計的基本內容包括污染物的捕集裝置。輸出管道，凈化設備及排放煙囪 設計四個部分。當然，為了滿足系統正常運行的需求，還應針對處理污染物的特性，完成上述系統增設設備及附件的設計。 （ 1） 捕集裝置的設計 污染物的捕集裝置通常是集氣罩。設計內容主要包括集氣罩結構 形式，安裝位置以及通風機參數確定等內容。此設計采用外部集氣罩，它的結中北大學 大氣污染 課程設計 第 7 頁 構簡單，制造方便，吸氣方向與污染氣流方向往往不一致，一般需要較大的排風量才能控制污染氣流的擴散，而且容易受到室內橫向氣流的干擾，捕集效率很低。采用側吸罩形式。 （ 2） 輸出管道設計 管道設計主要包括管道布置，管道內氣體流速確定，管徑選擇，壓力損失計算以及通風機選擇等內容。 （ 3） 凈化設備選擇 按以下程序進行： 1 工程調查。 2 根據排放標準和生產要求，計算需要達到的凈化效果。 3 根據污染物性質和操作條件確定凈化方法和凈化流程。 4 對設備的技術指標和經濟指標進行全面比較，選定最適宜的凈化設備。 5 確定凈化設備的型號規格及運行參數。 （ 4） 排放煙 囪 設計 主要包括結構尺寸及工藝參數的設計。 以上相應設計在下面計算。 7 設備結構設計計算 濕式除塵器具有投資低，操作簡單占地面積小，能同時進行有害氣體的凈化、含塵氣體的冷卻和加濕等優點，特別適用于處理高溫高濕和有爆炸性危險的氣體的凈化。文氏管洗滌器主要用于凈化細微粉塵，能除去 1 5 m 的塵粒，效率高而且不會產生二次飛揚，特別對粒徑在 2 m 以下具有粘附性和潮解性的粉塵，更是適宜，因而在很多部門都得到采用。但是它有比較大的缺點，首先是壓降大。當除去 l m 以上的塵粒時，壓降為 2002mmH O左右，效率約為 98%，當粉塵粒徑小于 0 5 m 時，壓降要高達 10002mmH O，效率也較低。其次是含塵污水的處理。文氏管洗滌器由于用水量較大，在設計與選用時必須充分考慮污水處理，以免造成水源的污染。 7.1 除塵設備結構設計 由前面計算可得：進口煙氣流量為 : 中北大學 大氣污染 課程設計 第 8 頁 m in600103 6 0 0 0 333 msmhmQ 進口煙氣濃度為： 2.32 3mg 設計噴霧塔洗滌器 除塵 。 一般 空塔流速為 0.6-1.5m/s,此處以 1m/s 進行設計， 則可得吸收塔直徑為： V=A v （ 4.1） 所以可得： vVD14.34 （ 4.2） mD 57.3114.3 104 ，取 3.6m 校正： 24DVv （ 4.3） smsmv 199.06.314.3 104 2 計算噴 霧塔的高 由 h=v t （ 4.4） 其中： v 煙氣流速。 此處取 v=1m/s t 噴霧時間，此處取 t=2s進行設計，則可得其有效高度為： mh 221 一般取除塵器壓力算損失為 200Pa.液氣比為： 0.4 2.7 3/mL .噴水壓力： 0.10.2Pa。 7.2 脫硫設備結構設計 一般 空塔流速為 1-5m/s,此處以 1m/s進行設計， 則可得吸收塔直徑為： 中北大學 大氣污染 課程設計 第 9 頁 V=A v （ 4.5） 所以可得： vVD14.34 （ 4.6） mD 57.3114.3 104 ，取 3.6m 校正： 24DVv （ 4.7） smsmv 199.06.314.3 104 2 計算吸收塔的高 由 h=v t （ 4.8） 其中： v 煙氣流速。 此處取 v=1m/s t 吸收反應時間，一般石灰系統的煙氣脫硫時間為 6 10s,此處取 t=7s進行設計，則可得其有效高度為： mh 6.36.31 物料平衡計算的主要參數 ： slgs OHCa S OOHSOCa O 2322 22 56 64 172 30.016 2400 因根據經驗一般鈣 /硫為： 1.05 1.1，此處設計取為 1.05 則由 平衡計算可得 1h需消耗 CaO 的量為： htm C a O 066.005.164 56240006.30 一般液氣比為： 4.7 13.6L/m3,此處以 12L/ 3m 進行設計， 查漿液的 質量濃度為10% 15%，取 15%， 則可得 1h 所需消耗 CaO 的量為 : tmC a O 0 6 6.0%15123 6 0 0 0 中北大學 大氣污染 課程設計 第 10 頁 根據質量濃度 查漿液的質量濃度為 10% 15%，取 15%， 則新鮮漿液質量為： %15CaOmm 新鮮漿液 htm 4.18%15 76.2 新鮮漿液一般液氣比為： 4.7 13.6L/m3，選取 12 L/m3,則可得 1h 所需消耗 新鮮漿液的量為 : hmh 3432L4 3 2 0 0 01236000V 漿液 則儲液槽的容積取 3430mV 儲液槽高度為： 214DVh式中， V 儲液槽的容積， m3； D1 儲液槽的直徑，取 15m； h 儲液槽高度 ,m； 帶入數據可得： mh 43.21514.3 43 04 2 根據經驗取高為 30m 所以 1h生成 4CaSO 的量為： hthgmC a S O 051.0101.517213664 240017210 44 假定通過 噴霧干燥器后生成的 4CaSO 有 30%以粉塵的形式進入煙氣，經過噴霧干燥后煙氣溫度變為 40 60攝氏度，此 處取平均溫度 47攝氏度進行計算。 （ 1） 則在此溫度下煙氣體積為： hmV 341066.243332036000 （ 2）則可得進入粉塵濃度為： 中北大學 大氣污染 課程設計 第 11 頁 3344 58058.01066.2 %30101.5 mmgmg （ 3）該噴霧干燥吸收塔的吸收效率為： 96% 則由前面的計算可得：二氧化硫的初始濃度為： 343 2.2 7 0 81066.2 10642 4 0 0469.02 mmgC SO 8 煙囪的設計 （ 1） 煙囪直徑的計算： 煙囪出口內徑按下式計算： wQd 0188.01 （ m） （ 5.1） 式中， Q 通過煙囪的總煙氣量， m3/h； W 煙囪出口煙氣流速 , m/s。 表 5.1 煙囪出口煙氣流速 /（ sm ） 通風方式 運 行 情 況 全 負 荷 時 最小負荷 機 械 通 風 10 20 4 5 自 然 通 風 6 10 2.5 3 選定 w=20 sm 則可得 中北大學 大氣污染 課程設計 第 12 頁 md 79.020360000188.01 ，取 0.8m。 由設計任務書上可得所有鍋爐的總的蒸發量為 20t/h， 表 5.2 鍋爐煙囪高度 /(m) 鍋爐總額定出力/(t/h) 45m,符合標準。 （ 5）煙囪幾何高度 H： sHHH （ 5.6） 式中， H 煙囪幾何高度 ， m； H 煙氣抬升高度 ， m； Hs 煙囪有效高度， m； 帶入數據可得： mH 38.11384.5154.61 （ 6） 煙囪高度較核 zyeuHQ 2m a x2 式中 ，zy , 污染物在 y,z 方向上的標準差， 11.0yz ，取 0.8； u 煙氣出口處的平均風速， sm ，取 2.5 sm ； Q SO2 排放量， sg ，為 38.6 sg /6.3810 ； max 地面最大濃度， 3mmg ； 中北大學 大氣污染 課程設計 第 15 頁 H 煙囪幾何高度 ， m； 帶入數據可得： 3342m a x 225.01025.28.07183.238.1135.214.3 6.382 mmgmg 3m a x 5.0 mmg （根據環境空氣質量標準各項污染物濃度限值），符合標準 7 （ 7）煙囪底部直徑： Hidd 212 （ 5.7） 式中， H 煙囪高度， m. i 煙囪椎角。煙囪椎角 i通常取 i= 0.02 0.03，取 i=0.02； 帶入數據可得： ,56.438.11302.020 2 9 7.02 md 取 4.6m。 （ 8）煙囪阻力計算： 假設標況下煙氣的密度為： 1.46 Kg/m3,則可得在實際溫度下的密度為：9.044327346.1160273 273 n 3mKg ； 平均煙囪直徑： 2 21 ddd （ 5.8） 式中， d1 煙囪出口內徑； d 煙囪底部直徑。 帶入數據可得： md 31.22 6.40297.0 煙囪阻力為 )(2 2 PavdLP L （ 5.9） 式中， L 煙囪長度 m； d 煙囪直徑， m； 中北大學 大氣污染 課程設計 第 16 頁 煙氣密度， Kg/m3； v 管中氣流平均流速 ,m/s；管道內煙氣流速 v對于鍋爐內煙塵 v=1025 sm ，此處設計取 v=20 sm ； 摩擦阻力系數。 帶入數據可得： PaPL 7.1 7 622090.031.2 38.1 1 302.0 2 9 風機的選型與阻力的計算 (1) 管徑的計算 vVd14.34 （ m） （ 6.1） 式中， V 工況下管道的煙氣流量， m3/s； v 管道內煙氣流速， m/s。 帶入數據可得： md 8.02014.3104 （ 2）摩摖壓力損失 對于圓管 )(22 PavdLP L （ 6.2） 式中， L 管道長度 m； d 管道直徑 m； 煙氣密度， Kg/m3； 中北大學 大氣污染 課程設計 第 17 頁 v 管中氣流平均流速， m/s； 摩擦阻力系數。 帶入數據可得： PaPL 6 7 522090.08.01 5 002.0 2 （ 3）局部阻力損失： 221vP （ 6.3） 式中， 管 道的局部阻力系數； v 與 相對應的斷面平均氣流流速， m/s； 煙氣密度 3mKg ； 已知連結鍋爐、凈化設備及煙囪等凈化系統總需 90度彎頭 30個，查表可得 =0.29 帶入數據可得： PaP 2.522 209.029.0 21 30個彎頭總壓力損失為： 130 PP （ 6.4） 帶入數據可得： PaP 1 5 6 62.5230 （ 4） 系統總阻力（其中鍋爐出口前阻力為 800Pa，除塵器阻力為 200Pa,噴霧干燥吸收塔的總阻力為： 1566Pa）為： 中北大學 大氣污染 課程設計 第 18 頁 h =鍋爐出口前阻力 +設備阻力 +管道阻力煙囪阻力 +除塵器阻力=800+1566+675+177.87+200=3418.87Pa （ 5） 風機風量的計算 : 3 2 5.1 0 12 7 3/)2 7 3(1.1 py tVQ（ 6.5） 式中， 1.1 風量備用系數； V 通過風機前的風量 hm3 ； pt風機前溫度， C ，取鍋爐排煙溫度 160C 。 帶入數據可得： hmQ y 36 5 0 3 286.97/325.101273/)160273(3 6 0 0 01.1 （ 6） 風機風壓的計算 yypy BtthH /2 9 3.1/3 2 5.1 0 1)2 7 3/()2 7 3(2.1 （ 6.6） 式中， 1.2 風壓備用系數； h 系統總阻力， Pa； pt風機前溫度， C ； yt風機性能表中給出的實驗用氣體溫度， C ： y標準狀態下煙氣密度，取 1.34 3/mkg 。 所以 可得 PaH y 56.3 3 9 334.1/2 9 3.186.97/3 2 5.1 0 1)2 5 02 7 3/()1 6 02 7 3(87.3 4 1 82.1 根據yQ和yH選定 G、 20475 Y鍋爐通風機，性能如下。 中北大學 大氣污染 課程設計 第 19 頁 機號傳動方式 轉速minr 流量( hm3 ) 全壓（ Pa） 軸功率/KW 電動機型號 電動機功率 /KW 20D 730 104600 1378 94.55 Y5-47 160 電動機功率的計