1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 某城区集中供热燃煤锅炉除尘、脱硫脱销处理系统设计 所在学院 专业班级 环境工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 燃煤锅炉燃烧后产生的有害气体，在 资料分析的基础上，运用现有的除尘、脱硫、脱硝技术，确定设计 方案，并进行理论计算分析。本设计采用除尘、脱硫、脱硝一体化的技术，它能在一个操作流程中把燃煤锅炉燃烧产生的烟尘、 SO2和 NO2都能有效的去除，从而达到 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： 200mg/m3；标准状态下 SO2排放标准： 900mg/m
2、3；标准状态下氮氧化物排放标准： 400mg/m3。 该工艺运行成本低，管理简便，可成为燃煤锅炉废气处理的推荐工艺。 关键词： 除尘 脱硫 脱硝 II The design about dust removal, desulfurization, denitration of the gas from coal-fired boiler for central heating ABSTRACT Coal-fired boiler combustion produces harmful gases Based on the data analysis Use f existing dust mo
3、val, desulfurization,denitrification, Determine the design And theoretical calculation The design uses ust emoval, desulfurization, denitrification technology integration It can process in one operation to coal-fired boilers burning dust, SO2 and NO2 can be effectively removed. To achieve the boiler
4、 air pollutant emission standards (GB13217-2001) in the second class district standards: the standard state emission standards for dust concentration . Dust concentration in the standard state emission standards: 200mg/m3; SO2 emission standards under standard conditions: 900mg/m3; Nitrogen oxide em
5、issions standard under the condition standard: 400mg/m3; The process of low running costs, management is simple and can be recommended coal-fired boiler exhaust gas treatment process. Keywords: Dust removal desulfurization denitration 目录 1 绪论 . 1 1.1概述 . 1 1.2研究的最新成果及动态 . 2 1.3选题意义 . 4 2 废气处理方案的设计 .
6、 5 2.1煤锅炉燃烧和烟气排放标准标 . 5 2.1.1 燃料完全燃烧的条件 . 5 2.1.2 烟气排放标准标 . 5 2.2采用的方法 . 5 2.2.1 除尘部分 . 5 2.2.2 脱硫部分 . 7 2.2.3 脱硝部分 . 8 3 计算说明书 . 10 3.1烟气计算 . 10 3.2旋风除尘器的结构设计及选用 . 11 3.3脱硫部分的计算 . 13 3.3.1 脱硫塔 . 13 3.3.2 两种脱硫的比较 . 14 3.4SCR反应器的主要工艺参数 . 15 3.4.1 各种脱硝技术的比较 . 15 3.4.2 线速度 . 16 3.4.3 面速度 . 16 3.4.4SCR
7、反应器的结构设计原则 . 16 4 总结 . 19 参考文献 . 20 致 谢 . 错误 !未定义书签。 1 1 绪论 1.1 概述 土地沙漠化、生态物种大量灭绝、自然资源匾乏、环境污染严重，人 类赖以繁衍生息的地球正逐渐失去她原有的美丽和富饶，发展循环经济开始成为国际社会的一大趋势。从长远来看，我们必须把发展循环经济确立为国民经济和社会发展的基本战略目标，进行全面规划和实施，这样才可能有效克服我们正在面临的坏境与资源危机。 我国的能源结构以煤为主。目前，煤炭占一次能源总消耗量的 70%左右，据预测，一直到 2050年，煤炭在我国一次能源需求中的比重仍将达到 65%左右，在开采的煤炭中，80%
8、以上用于燃烧，大量煤炭的燃烧利用，造成了严重的环境问题 1，在这些问题中，燃煤引起的二氧化硫和酸雨污染影响着我国 国民经济的发展，危害着人民的身体健康，并对我国的自然生态造成了严重的破坏，因此，减少燃煤污染物的排放量，控制二氧化硫和氮氧化物的污染，是目前及未来相当长时期内我国环境保护领域必须面对的重要课题。 整体上看，除尘工艺和设备已日趋完善，已形成一定的规模生产能力。而对脱硫工艺和设备，除少数引进国外的脱硫工艺和设备能确保可靠、有效运行外，多数工艺和设备尚处在小试探索或中试阶段，到最后进入实用阶段，还有许多问题需要完善。 煤炭是一项重要的能源资源，现今世界上电力产量的 60是利用煤炭资源生产
9、的。中国是燃煤大国，一次能 源消耗 76是煤。燃煤锅炉排放的烟道气中含有烟尘、 S02、NO等有害气体，如不加以控制，随着与日俱增的煤炭消耗会导致环境的严重恶化。 城镇中集中供热中产生在这里就占了非常大的部分。 近年来全国酸雨污染状况不但没有明显好转，部分地区还呈现加重趋势，使土壤酸化和贫痔化，对文物古迹、森林、水生生物等都造成严重的破坏。据有关数据显示，我国每年因酸雨直接或者间接损失高达 1000亿元以下，由此可见，治理酸雨已经刻不容缓，污染控制任重而道远。 目前国内外采用的脱硫技术中，主要采用的方法仍然是烟气脱硫，在烟气脱硫中又分为湿 法、干法和半干法三种工艺，其中湿法脱硫工艺占己安装 P
10、GD机组总容量的 85%左右，而美国、日本、德国甚至达到了 90%以上，其中包括石灰石一石膏法、海水脱硫、磷钱复合肥法、钠碱法、氨肥法、氧化镁法等等 2。控制 NOx排放的主要技术大致可以分为三种 :低污染燃烧 (低过量空气燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧等 )、炉膛喷射2 脱硝 (喷氨或尿素、喷入水蒸气、喷入二次燃料等 )、烟气脱硝 (干法烟气脱硝和湿法烟气脱硝 )。烟气脱硝主要有选择性催化还原法、非选择性催化还原法、选择性非催化还原法、氧化铜法及电子束照射法等，湿法脱硝大多 具有同时脱硫的效果 。 1.2 研究的最新成果及动态 除尘脱硫一体化是将高温煤气中的粉尘颗粒和气态 SO2在一个单独
11、的捕集单元中脱除。除尘脱硫一体化装置可概括为干法和湿法两种。目前国内外已开发了大量脱硫除尘一体化装置，主要有水膜除尘器、文丘里旋风水膜除尘器、卧式旋风水膜除尘器、喷淋塔除尘脱硫装置、冲击式水浴除尘器、自激式除尘器、旋流板塔脱硫除尘一体化装置以及高压静电滤槽复合型卧式除尘器 3等湿式处理装置。由于除尘脱硫一体化工艺具有投资少、运转费用低、脱硫率适中、操作管理简便、结构紧凑、占地面积小等优点，近年来已 被广泛应用。下面介绍几种新型的除尘与脱硫一体化装置和一些脱硫脱销装置： （ 1） 多管文丘里烟气除尘脱硫装置 烟体由下向上进入文丘里管，由于离心力作用，尘粒被甩到装置的湿内壁上，然后被溢流堰上流下的
12、碱液洗涤下来。其除尘效果约为 85-90，脱硫效率达到 90以上。该装置是一种结构简单、高效、高可靠性、低费用的烟气脱硫除尘设备，既适合于新建燃煤 (油 )锅炉，又适合于已有湿式除尘器增加脱硫功能 4。 （ 2）喷流塔脱硫除尘装置 该喷流塔吸收剂从塔下部的管网高速喷出，到达至高点后分散成雾滴下落，与从管网下部进入并穿过 管网的烟气充分接触，形成流化层，完成除尘脱硫过程。本技术用于同时脱硫除时，在脱硫条件下运行，可达到 99.6以上的除尘效率和 92以上的脱硫效率。该装置结构简单、压降小、效率高、生产能力大，适于处理大规模烟气 5。 （ 3）湿式旋流烟气脱硫除尘一体化装置 烟气从塔底部切线方向进
13、入除尘脱硫器主体，自下而上与吸收液逆流接触。烟气在旋流板上旋激液体，把液体分散成较小的液滴，增大了传质效果。气相和液相在接触过程中，气相中的烟尘和二氧化硫在扩散、碰撞的作用下被捕获截留和吸收。液滴和颗粒物又在离心力的作用下，甩向四周的 薄液流边界层而被除去。该装置具有开孔率大、负荷高、压降低、处理能力大、操作弹性大、不易堵塞等优点。对中小型燃煤锅炉的脱硫除尘具有一定的推广应用价值 6。 （ 4） SCX-III型湿式除尘脱硫装置 3 废气经集气罩抽风系统进入袋式除尘器，除去绝大部分废尘后经引风机进入湿式脱硫除尘一体化设备，除去废气中的二氧化硫及进一步除去粉尘，其余废气经烟囱排出。其脱硫效率为大
14、于 85，除尘效率大于 80。该装置综合应用了气液旋转雾化、文丘里、旋流板等先进技术以提高气液传质速率，强化 SO：吸收和除雾功能，具有脱硫除尘一体化、脱硫 率高、阻力小等优点 7。 （ 5）移动床活性焦烟气脱硫与除尘中式装置 该装置吸附塔结构为错流移动床，烟气流通截面为矩形。活性焦由顶部加入，靠重力自上向下缓慢下移，同时，烟气由活性焦层的一侧连续错流穿过焦层。烟气与活性焦接触时，烟气中的 SO：被活性焦吸附脱除。含尘气体通过该床层时，活性焦床层相当于一台颗粒过滤器，其过滤作用能除去大部分烟尘。其脱硫效率达 98，除尘效率大于95。该装置具有设备简单、操作与控制容易、运行稳定可靠、脱硫过程基本
15、无水耗和不对环境造成二次污染等优点 8-9。 （ 6）烟气循环流化床同 时脱硫脱硝技术 烟气循环流化床同时脱硫脱硝工艺是在烟气循环流化床脱硫的基础上通过添加活性吸收剂等实现脱硫脱硝的一种新型烟气脱除技术。 20 世纪 70 年代德国鲁奇公司首先研究开发了烟气循环流化床脱硫技术 (CFB - FGD)。目前 ,德国、瑞士等欧洲国家循环流化床烟气脱硫已经工业化运行。在我国 ,循环流化床烟气脱硫技术首先由福建龙净环保股份有限公司引入中国 ,并在山西榆社的 2 300 MW新建机组中配套了该 CFB 脱硫装置 ,该装置已于 2004年成功投入商业运行 10-11。 （ 7）烟气脱硫脱硝一体化吸收 在同
16、一反 应器内联合脱硫脱硝处理技术目前仍处于研发阶段 ,应用以金属氧化物为主要活性组分的一体化吸收 /催化剂进行联合脱硫脱硝的原理是 :利用金属氧化物与烟气中 SO2 和 O2 反应生成硫酸盐以达到脱硫目的 ,而金属氧化物本身与脱硫反应的生成物均可作为 NOx 催化还原的催化剂 ,从而达到同时脱硫脱硝的效果 12-13。 过渡金属氧化物作为脱 SOx 催化剂研究很多 ,其中不少申请了专利 14 ,几乎第一过渡系列的元素 Mn 、 Fe、 Co、 Ni、 Cu均可作为脱硫剂的有效成。 ZnO干式系统对 SO2 的吸附活性并不理想 ,除非系统中存在大 量水蒸气 ,且在低温下才能很好吸收 SO2 。工
17、业化的氧化锌法主要是湿法 ,以 ZnO料浆作为吸收剂。目前 ZnO在热煤气脱硫方面应用更为广泛 15 。 4 1.3 选题意义 本文针对燃煤锅炉废气的特点及处理技术进行分析和研究在资料分析的基础上，寻求不同处理工艺的特点，运用废气处理组合工艺，确定设计方案，优化设计参数和设计条件。经理论计算，处理后达到 锅炉大气污染物排放标准（ GB13217-2001）中二类区 执行标准。 而且根据国内的燃煤情况，对于燃煤锅炉废气的更有效处理已经刻不容缓，就本文对燃煤锅炉废气一体化处理的研究 及其初步设计是具有重大意义的。 5 2 废气处理方案的设计 2.1 煤锅炉燃烧和烟气排放标准标 2.1.1 燃料完全
18、燃烧的条件 燃料完全燃烧的条件 : （ 1）空气条件：很显然，燃料燃烧时必须保证供应与燃料燃烧相适应的空气量。 （ 2）温度条件：燃料只有达到着火温度，才能与氧作用而燃烧。着火温度系在氧存在下可燃质开始燃烧所必须达到的最低温度。 （ 3）时间条件：燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素。燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间。 （ 4）燃料与空气混 合条件：燃料和空气中氧的充分混合也是有效燃烧的基本条件。混合程度取决于空气的湍流度。 适当地控制这四个因素 空气和燃料之比、温度、时间和湍流度，是在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧所必须的，评价燃烧过程和燃烧设备时
19、，必须认真地考虑这些因素。 假设该城区集中供热燃煤锅炉中的煤能接近完全燃烧。 2.1.2 烟气排放标准标 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： 200mg/m3；标准状态下 SO2排放标准： 900mg/m3；标准状态下氮氧化物排放标准 ： 400mg/m3。 2.2 采用的方法 拟采取的方法：还原法脱硫、脱硝、除尘一体化技术。除尘选用旋风除尘器，脱硫选用 氧化镁脱硫技术 ，脱硝使用选择性催化还原法（ SCR）脱硝。 2.2.1 除尘部分 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
20、们基本性能如表 2-1示。 6 表 2-1 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 50-150 40-60 少 少 惯性除尘器 100-500 50-70 少 少 旋风除尘器 400-1300 70-92 少 中 多管旋风除尘器 800-1500 80-95 中 中 喷淋洗涤塔 100-300 75-95 中 中 表 2-2 各种除尘器设备费、耗钢量及能耗量指标 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 20-40 1.0 惯性除尘器 0.7
21、-1.2 3.0-6.0 0.15-0.3 旋风除尘 器 约 1.75 1.0-4.0 0.05-0.1 0.8-1.6 多管旋风除尘器 3.9 2.5-5.0 0.07-0.15 1.6-4.0 通过比较，旋风除尘器管理、制作方便，体积小、价格便宜，因此，选用旋风除尘器作为二级除尘系统中的预除尘。 旋风除尘器的工作原理、应用及特点：旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心力将尘粒从合尘气流中分离出来的除尘装置。它具有结构简单，体积较小，不需特殊的附属设备，造价较低阻力中等，器内无运动部件，操作维修方便等优点。旋风除尘器一般用于捕集 5-15微米以上的颗粒除 尘效率可达 80以上，近年来经改进后的
22、特制旋风除尘器其除尘效率可达 95以上。旋风除尘器的缺点是捕集微粒小于 5微米的效率不高。 旋风除尘器内气流与尘粒的运动概况： 旋转气流的绝大部分沿器壁自圆简体，呈螺旋状由上向下向圆锥体底部运动，形成下降的外旋含尘气流，在强烈旋转过程中所产生的离心力将密度远远大于气体的尘粒甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和自身的重力沿壁面下落进入集灰斗。旋转下降的气流在到达圆锥体底部后，沿除尘器的轴心部位转而向上，形成上升的内旋气流，并由除尘器的排气管排出。 自进气口流人的另一小部分气流，则向旋风除尘器顶盖处流动，然后沿排气管外侧向下流动，当达到排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流一同从诽气管排出，分散在其中的尘粒也随同被带走。
