《環(huán)境工程綜合設(shè)計》大作業(yè)

.......專業(yè)專注........專業(yè)專注.科技學院《環(huán)境工程綜合設(shè)計》大作業(yè)(2017--2018年度第一學期)名稱：20t/h燃煤鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計院系：班級：學號：學生姓名：成績：日期：2017年12月

目錄一、設(shè)計資料和依據(jù) 4（一）設(shè)計參數(shù) 4（二）設(shè)計依據(jù) 4（三）排放要求 4二、脫硫方式 4（一）脫硫工藝 4（二）脫硫裝置 6三、脫硫系統(tǒng)設(shè)計 6（一）脫硫劑制備系統(tǒng) 61.脫硫劑的選擇 62.脫硫劑消耗量 73.脫硫劑液箱容量與設(shè)計 7（二）煙氣系統(tǒng) 81.增壓風機 82.煙氣加熱設(shè)計 8（三）二氧化硫吸收系統(tǒng) 81.塔內(nèi)流量計算 82.塔徑的計算 83.脫硫塔高度計算 9（四）.煙囪直徑的計算 10（五）.管網(wǎng)布置 12（六）.系統(tǒng)阻力計算 131.摩擦阻力損失 133.系統(tǒng)總阻力 14（七）風機和電動機的計算 141.風機風量 142.風機風壓 143.電動機功率 16四、工藝流程圖和主要構(gòu)筑物簡圖 171.脫硫系統(tǒng)工藝流程圖 172.噴淋塔 17五、投資估算 18雙減法投資估算 18六、效益評估和主要經(jīng)濟指標分析 181、運行費用估算 182、經(jīng)濟效益評估 20七、附錄 21一、設(shè)計資料和依據(jù)（一）設(shè)計參數(shù)（1）額定蒸發(fā)量：20t/h（2）鍋爐煙氣量：60000Nm3/h（3）鍋爐煙氣出口溫度：150℃（4）煙氣中SO2濃度：2000mg/Nm3；（5）鍋爐出口負壓：-1800Pa；（二）設(shè)計依據(jù)《鍋爐大氣污染物排放標準》GB13271-2014《大氣污染物綜合排放標準》GB16297-1996（三）排放要求煙氣SO2脫除率：≥90%，凈煙氣SO2排放濃度≤200mg/m3；漏風率≤1.5%。二、脫硫方式（一）脫硫工藝目前，脫硫工藝基本可以分為三類:濕法、干法、半干法。如下表有一些常用的煙氣脫硫工藝：表一常用的煙氣脫硫工藝脫硫工藝濕法半干法干法石灰石/石膏法鈉法雙減法氧化鎂氨法海水法噴霧干燥法爐內(nèi)噴鈣法循環(huán)流化床等離子體脫硫效率90～9890～9890～9890～9890～9870～9070～8560～7560～90≥90吸收劑CaCO3NaOHNa2CO3NaOHMg（OH）2CaOMgONH3海水CaOCaOCaONH3可靠性高高高高一般高一般一般高高結(jié)垢大大中小大中中中中中運行費用高很高一般低高低一般一般一般一般投資大小較小小大較小較小小小大相對于半干法和干法脫硫工藝，濕法脫硫工藝具有脫硫效率高、工藝成熟、可靠性高等優(yōu)點。所以選擇濕法脫硫。鈉法由于脫硫劑較貴，因而運行費用高；氧化鎂法的脫硫劑氧化鎂不僅價格較貴，造成運行成本高昂；氨法存在氨泄漏問題，容易造成二次污染，而且脫硫劑價格高，因而在中小型鍋爐中應(yīng)用不多。海水法對地理位置要求較高，一般只適用于沿海地區(qū)。相對于以上工藝，雙堿法消耗的脫硫劑主要是價廉的石灰。吸收液中的鈉堿通過再生，大部分可循環(huán)回用，減少了運行費用，具有投資少、占地面積較小、運行費用低等優(yōu)點，符合中小型鍋爐煙氣脫硫因此本方案采用雙堿法脫硫工藝。（二）脫硫裝置脫硫吸收器的選擇原則，主要是看其液氣接觸條件、設(shè)備阻力以及吸收液循環(huán)量，因此選用氣相為連續(xù)相、湍流程度高、相界面較大的吸收塔作為脫硫塔比較合適。通常，噴淋塔、填料塔、板式塔、文丘里吸收塔等能滿足這些要求。各種吸收塔的性能比較見表二。表二常見吸收塔性能比較吸收器類持液量逆流接觸防堵性能操作彈性設(shè)備阻力除塵性能噴淋塔低是中較好低差填料塔高是差較好中中湍球塔中是好中中較好篩板塔中是中中中較好文丘里低否較好差高好由表中可知，噴淋塔持液低，逆流接觸，操作彈性較好，設(shè)備阻力低。所以選擇噴淋塔。三、脫硫系統(tǒng)設(shè)計（一）脫硫劑制備系統(tǒng)1.脫硫劑的選擇為保證脫硫石膏的綜合利用及減少廢水排放量，用于脫硫的生石灰的純度宜高于90%，漿液細度應(yīng)至少保證200目90%的過篩率。碳酸鈣選用市場上純的最高的。2.脫硫劑消耗量2.2生石灰消耗量1）鈣硫比（Ca/S）為1：1；2）脫硫裝置入口煙氣中的SO2質(zhì)量流量：M（SO2）=鍋爐煙氣量×煙氣中SO2濃度代入數(shù)據(jù):M(SO2)=60000×2000=120kg/h3)生石灰中CaO的含量為90%，生石灰質(zhì)量流量為：m=2.2鈉堿消耗量Na2CO3在吸收液循環(huán)過程中有少量損耗，所以應(yīng)該在脫硫液池內(nèi)補充少量純堿，按照0.05mol（Na2CO3）/1mol（SO2）補充量，則m鈉堿=128.3364×0.05×1063.脫硫劑液箱容量與設(shè)計3.1石灰消化池采用化灰池攪拌器，得含固率為15%的石灰漿液，其密度為1.2t/m3，熟石灰質(zhì)量流量為128.3356×78=V漿液箱=178.74所以漿液箱取整后容積為2m3（二）煙氣系統(tǒng)1.增壓風機增壓風機的風量：Q=60000×110%=660002.煙氣加熱設(shè)計將部分未處理的原煙氣與低溫凈煙氣混合，達到加熱目的。使經(jīng)過煙氣換熱器的煙氣溫度不低于150度，漏風率≤1.5%。（三）二氧化硫吸收系統(tǒng)1.塔內(nèi)流量計算假設(shè)噴淋塔內(nèi)平均溫度為60℃，壓力為1800KPa，則噴淋塔內(nèi)煙氣流量為：式中：——噴淋塔內(nèi)煙氣流量，；——標況下煙氣流量，；——除塵前漏氣系數(shù)，0～0.1。代入公式得：QV=600003600×2.塔徑的計算取噴淋塔內(nèi)煙氣流速，則噴淋塔截面A為：則塔徑d為：取整則D=3m3.脫硫塔高度計算噴淋塔可看做由三部分組成，分成為吸收區(qū)、除霧區(qū)和漿池。(1)吸收區(qū)高度依據(jù)操作條件參數(shù)得，選擇噴淋塔噴氣液反應(yīng)時間t=4s，則噴淋塔的吸收區(qū)高度為：(2)除霧區(qū)高度除霧器設(shè)計成兩段。每層除霧器上下各設(shè)有沖洗噴嘴。最下層沖洗噴嘴距最上層(3.4～3.5)m。取除霧區(qū)高度為：(3)漿池高度漿池容量V1按液氣比漿液停留時間t1確定：式中：—液氣比，取；—工況下煙氣量，；—漿液停留時間，；一般t1為，本設(shè)計中取值為5min，則漿池容積為：選取漿池直徑等于或大于噴淋塔，本設(shè)計中選取的漿料池直徑為，然后再根據(jù)計算漿池高度：式中：—漿池高度，；—漿池容積，；—漿池直徑，。代入數(shù)據(jù)得：h0=1.7m(4)噴淋塔高度噴淋塔高度為：（四）.煙囪直徑的計算表煙囪出口煙氣流速通風方式運行情況全負荷時最小負荷機械通風10~204~5自然通風6~82．5~3A）煙囪出口內(nèi)徑可按下式計算：——通過煙囪的工況總煙氣量，ω——選取的煙囪出口煙氣流速，。根據(jù)表取18求得取整B）煙囪底部直徑：式中——煙囪出口直徑，；——煙囪高度，；——煙囪錐度，通常取i=0.02～0.03。取i=0.022C）.煙囪抽力計算式中H——煙囪高度，m；——外界空氣溫度，；——煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，；B——當?shù)卮髿鈮?，。根?jù)《鍋爐大氣污染物排放標準》GB13271-2014，每個新建鍋爐房只能設(shè)一根煙囪，煙囪高度應(yīng)根據(jù)鍋爐房裝機總?cè)萘?，按照表二?guī)定執(zhí)行。表二燃煤鍋爐房煙囪最低允許高度鍋爐房裝機總?cè)萘縈W＜0.70.7～＜1.41.4～＜2.82.8～＜77～＜14≥14t/h＜11～＜22～＜44～＜1010～＜20≥20煙囪最低允許高度m202530354045選取煙囪高度為50m。D）.煙囪內(nèi)溫降式中：H-煙囪高度，m；D-合用統(tǒng)一煙囪的所有鍋爐額定蒸發(fā)量之和，t/h；A-溫降系數(shù)?？捎杀聿榈?，選取A=0.4D,H參看后面分別取20t/h，50（五）.管網(wǎng)布置式中——工況下管道內(nèi)的煙氣流量，；——煙氣流速，m/s，（可查有關(guān)手冊確定，對于鍋爐煙塵=10～15m/s）。取v=13m/s，取整得d=1400mm查手冊得d1=1400-2×7=1386mm由公式可計算出實際煙氣流速：（六）.系統(tǒng)阻力計算1.摩擦阻力損失式中：——管道長度，；——管道直徑，；——煙氣密度，；——管中氣流平均速率,m/s；——摩擦阻力系數(shù),是氣體雷諾數(shù)Re和管道相對粗糙度K/d的函數(shù)。查手冊得：實際中對金屬管道值可取0.02，對磚砌或混凝土管道可取0.04。代入數(shù)據(jù)得：2.局部阻力損失(Pa)在所設(shè)計的管路中有10段彎道區(qū)，可求得局部的壓力損失：式中：ξ——異形管件的局部阻力系數(shù)可查到，取v——與ξ像對應(yīng)的斷面平均氣流速率,m/sρ——煙氣密度,3.系統(tǒng)總阻力除塵器的壓力損失在1000～1500Pa之間，取1300Pa所以系統(tǒng)總阻力=1300+70.6754+125.424=1496.0994Pa（七）風機和電動機的計算1.風機風量式中:風量備用系數(shù)；工狀態(tài)下風機前標態(tài)下風量，風機前煙氣溫度，當?shù)卮髿鈮毫?，?.風機風壓對于除塵器后裝的風機風壓計算：式中：風壓備用系數(shù)；系統(tǒng)總阻力，；煙囪抽力，；風機前煙氣溫度；風機性能表中給出的試驗用氣體溫度；標準狀況下煙氣密度，。常用風機性能及適用范圍型號名稱全壓范圍／風量范圍／功率范圍／介質(zhì)最高溫度/℃適應(yīng)范圍Y4-70-11鍋爐引風機670～14102430～143603.0～75250用于1～4t/h蒸汽鍋爐排煙Y9-35鍋爐引風機550～45404430～4730004.5～1050200鍋爐煙道排煙G4-73-12Y4-73-12鍋爐通風機鍋爐引風機553～6541343～402915229～16610015229～1661007.5～3155.5～220802002～75t/h鍋爐通風和排煙Y8-39Y9-38鍋爐引風機鍋爐引風機1167～53441327～58053242～1455333295～139712a4.0～2505.5～280250250用于0.5～50t/h蒸汽鍋爐排煙根據(jù)排煙溫度和風量范圍，由表中可知選取Y9-35。3.電動機功率式中風機風量，；風機風壓，風機在全壓頭時的效率（一般風機為0.6，高效風機約為0.9，取0.8）；機械傳動效率，當風機與電機直聯(lián)傳動時，用聯(lián)軸器連接時；電動機備有系數(shù)，對引風機，四、工藝流程圖和主要構(gòu)筑物簡圖1.脫硫系統(tǒng)工藝流程圖2.噴淋塔五、投資估算雙減法投資估算序號項目價格（萬元）備注一新建脫硫塔及附屬設(shè)備材料費256二土建施工費外循環(huán)池及脫硫塔、箱、罐基礎(chǔ)、業(yè)主負責三安裝費76.8四設(shè)計及技術(shù)服務(wù)費9.9五調(diào)試及措施費16.28六基本預備費9.01七稅收27.6八合計395.59六、效益評估和主要經(jīng)濟指標分析1、運行費用估算運行費用主要有：電費、水費、人工費、藥劑費等。（按8000小時/年計算）(1)電耗電費的支出項目為脫硫液循環(huán)泵等的耗電，初步估計值見電流表3-4用電量為95.5kw。按電費0.52元/kWh，年運行8000小時計。電費共41.6萬元。電源采用380V,50Hz交流電。(2)水費及人工費系統(tǒng)需定期補充水，補充水量按3%×408m3/h×8000h=97920噸，水價按3.0元/噸，計年水費：29.37萬元/年。本脫硫系統(tǒng)由于運行、維護管理簡便，安排人進行日常管理、維護，本脫硫系統(tǒng)設(shè)操作定員3人，年工資1.8萬元/人，共需人工費5.4萬元/年。(3)脫硫劑費用所用煤的含硫量按1%時運行成本估算為，可燃硫的轉(zhuǎn)換率為85%來計，脫硫率為95%來計，2臺鍋爐耗煤量為22.5t/h計算：a.鍋爐二氧化硫生成量為：22.5×0.01×85%×2=382.5Kg/hb.二氧化硫脫除量：脫硫效率按90%設(shè)計，每小時二氧化硫脫除量為344.25Kg/hc.脫硫劑費根據(jù)SO2脫除量、化學反應(yīng)式、鈣硫比（1.05），脫硫劑采用95%的粉狀石灰，5%的片狀火堿。每年按300天計算。石灰費用為（CaO純度≥90%，粒度為200目過篩85%以上，按市場價250元/噸）394/0.9×24/1000×300天/年=3152t/年3152t/年×500元/噸=78.8萬元/年消耗鈉堿的費用為（片狀NaOH純度為99%，市場價格為：2500元/噸）:20.7/0.99×24/1000×300天/年=150.54t/年150.54t/年×2500元/噸=37.63萬元/年表5-2藥劑用量和費用初步估算表項目用量單價年藥劑費用石灰394(kg/h)250(元/噸)78.8萬元鈉堿20.7(kg/h)2500(元/噸)37.63萬元(有廢堿液此項費用可省)(4)運行費合計41.6+29.37+5.4+78.8+37.63=192.8萬元該脫硫系統(tǒng)全年(按8000小時計)總運行費用為192.8萬元。2、經(jīng)濟效益評估本項目脫硫年脫除量為382