SHP10-25型锅炉低硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计

1引言

随着经济的不断发展，工业化和现代化不断的推进，这样就给环境带来了前所未有的压力。工业生产中产生了大量的废气排放到大气中，给环境，人和动物下带来了很大的威胁。人类的生活水平的不断提高，对环境质量的要求不断提高，特别是对于环境空气质量的要求提高，于是对环境空气污染的控制成为了当前的一个重要的问题也是一个难题。在大气污染控制中，除尘，脱硫也是个重要的控制过程。

过滤式除尘器，又称空气过滤器，使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置，采用滤纸或玻璃纤维，填充层做滤料的空气过滤器，主要用于通风及空气调节等方面的气体净化。采用纤维织物做滤料的袋式除尘器，在工业尾气除尘等方面应用较广。

2设计概况

2.1袋式除尘器

袋式除尘器的除尘效率一般可达99%以上。虽然它是最古老的除尘方式之一，但是由于它效率高，性能稳定可靠，操作简单，因而获得了越来越广泛的应用。同时在结构形式，滤料，清灰方式和运行方式等方面也都得到了不断的发展。滤袋形状传统上是圆形，后来出现了扁形，扁袋在相同的过滤面积下的体积更小，具有较好的应用价值。

2.1.1袋式除尘器工作原理

含尘气流从下部的孔板进入圆筒形滤袋内，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集与滤料上，透过滤料的清洁空气有排出口排出。沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中。常用的滤料由棉，毛，人造纤维等加工而成，滤料本身网孔较大，孔径一般为20~50μm，表面起绒的滤料，为5~10μm，因而新鲜的滤料的除尘效率较低。颗粒因截留，惯性碰撞，静电和扩

散等作用，逐渐在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉尘初层。初层形成后，它成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率，滤布只不过起着形成粉尘初层和支撑它的作用，但随着颗粒在滤袋上积聚，滤袋两侧的压力差增大，会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压下去，使除尘效率下降。另外若除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，影响生产系统的排风效果，因此除尘器阻力达到一定的数值以后，要及时的清灰。

清灰不能过分，即不破坏粉尘初层，否则会引起除尘效率显著降低。影响袋式除尘器的除尘效率的另一个因素是过滤速度。它定义为烟气实际体积流量与滤布面积之比，所以也称为气布比，过滤速度的一个很重要的技术经济指标，从经济上考虑，选用高的过滤速度，处理相应体积烟气所需要的滤布面积小，则除尘器体积占地面积和一次投资等都会减小，但除尘器的压力损失却加大。从除尘机理看，过滤速度主要影响惯性碰撞和扩散作用。选取过滤速度时还应考虑欲捕集粉尘的粒径及分布。一般来讲，除尘效率随过滤速度的增加而下降。另外过滤速度的选取还与滤料种类而后清灰方式有关。[1]

2.1.2袋式除尘器的清灰方式

(1)机械振动清灰：含尘气体通过除尘器底部的花板进入滤袋内部，当气体通过滤料时，粉尘颗粒沉积在滤袋内部，净化后的气体经风机由烟囱排出。振动方式大致有三种：滤袋沿水平方向摆动，或沿垂直方向振动，或靠机械转动定期将滤袋扭转一定角度，使沉积于滤袋的颗粒层破碎而落入灰斗中。

机械振动清灰袋式除尘器的过滤风速一般取1.0~2.0m/min，压力损失为800~1200Pa，该类型的袋式除尘器的优点是工作性能稳定，清灰效果较好。但滤袋常受机械力作用，损坏较快，滤袋检修和更换工作量较大。

(2)逆气流清灰：逆气流清灰是指清灰的气流方向与正常过滤时方向相反，其形式有反吹风和反吸风两种。过滤操作过程与机械清灰方式相同，但是清灰是，要关闭含尘气流，开启逆气流进行反吹风，此时滤袋变形，沉积在滤袋表面的灰层破坏脱落，通过花板落入灰斗。

逆气流清灰方式的过滤风速一般为0.3~1.2m/min，压力损失控制范围一般为1000~1500Pa。

(3)脉冲喷吹清灰：脉冲喷吹清灰也包括逆流反吹过程。这种清灰方式是利用4~7个标准大气压的压缩空气反吹，产生较大的清灰效果。压缩空气的脉冲产生冲击波，使滤袋振动，导致积附在滤袋上的灰层脱落。这种清灰方式有可能滤袋清灰过度，继而使粉尘通过率上升，因此选择适当压力的压缩空气，和适当的脉冲持续时间很重要。

脉冲清灰方式的控制参数为脉冲压力，频率，脉冲持续时间，清灰次序。

2.1.3袋式除尘器的滤料

滤料是组成袋式除尘器的核心部分，其性能对袋式除尘器的影响很大。选择滤料时必须考虑含尘气体的特征，如颗粒和气体的性质（温度，湿度，粒度和含尘浓度等）。性能良好的滤料应容尘量大，吸湿性小，效率高，阻力低，使用寿命长，同时具备耐温，耐磨，耐腐蚀，机械程度高等特点。滤料特性除了和纤维本身的性质有关外，还与滤料的结构有很大的关系。表面光滑的滤料容尘小，清灰方便，适用于含尘浓度较低的，粘性较大的粉尘，采用的过滤速度不宜过高。表面起毛的滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但必须及时清灰。

2.1.4袋式除尘器的优点

(1 )除尘效率高，可捕集粒径大于0.3微米的细小粉尘，除尘效率可达99%以上。

(2 )使用灵活，处理风量可由每小时数百立方米到每小时数十万立方米，可以作为直接设于室内，机床附近的小型机组，也可作成大型的除尘室，即“袋房”。

(3 )结构比较简单，运行比较稳定，初投资较少（与电除尘器比较而言）,维护方便。

所以，袋式除尘器广泛应用于消除粉尘污染，改善环境，回收物料等。2.2湿式脱硫

石灰石/石灰法湿式烟气脱硫技术是采用石灰石或石灰浆液脱除烟气中的SO2的方法，开发较早，工艺成熟，吸收剂廉价易得，该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。石灰石/石灰法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术，日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。

2.2.1石灰石/石灰法脱硫原理及工艺流程

化学反应原理：用石灰石或石灰浆液吸收烟气中的SO2,是首先生成亚硫酸钙：

石灰石：CaCO3+SO2+0.5H2O→CaSO3·0.5 H2O+CO2↑

石灰：CaO+ SO2+0.5H2O→CaSO3·0.5 H2O

然后亚硫酸钙被氧化成硫酸钙：

2CaSO3·0.5 H2O+O2+3 H2O→2CaSO4·2 H2O

工艺流程为：烟气经除尘，冷却后送入吸收塔，吸收塔内用配制好的石灰石或石灰浆液洗涤含有SO2的烟气，洗涤净化后的烟气经除雾器和再热器排放。吸收塔内排出的吸收液流入循环槽，加入新鲜的石灰石或者石灰浆液进行再生。

石灰石/石灰法脱硫工艺采用廉价易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液，当采用石灰为吸收剂时石灰粉经消化处理后加水制成吸收剂浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应从而被脱硫，最终反应产物为石膏。吸收塔内的反应、传递也极为复杂，脱硫后的烟气经除雾器除去携带的细小液滴，经烟囱排入大气，脱硫石膏浆液经脱水装置脱水后回收利用。剩余浆液与新加入的石灰石浆液一起循

环，这样就可以使加入的吸收剂充分被利用，并确保石膏晶体的增长。石膏晶体的正常增长是最终产品处理比较简单的先决条件。新鲜的吸收剂石灰石浆液根据pH值和分离SO

量按一定比例直接加入吸收塔。

2

2.2.2湿法脱硫存在的问题

（1）设备腐蚀：化石燃料燃烧的排烟中含有多种微量的化学成分，如氯化物。再酸性环境下，它们对金属（不包括不锈钢）的腐蚀性相当强。

（2）结垢和堵塞：固体沉积主要以三种方式出现：湿干结垢，即因溶液或料浆中的水分蒸发而使固体沉积；Ca(OH)2或CaCO3沉积或者结晶析出；CaSO3或CaSO4从溶液中析出。其后者是硫酸塔结垢的主要原因，特别是硫酸钙结垢坚硬，板结，一旦结垢难以去除，影响到所有与硫酸液接触的阀门，水泵，控制仪器和管道等。

（3）除雾器堵塞：再吸收塔中，雾化喷嘴并不能产生尺寸完全均一的雾滴，雾滴的大小存在尺寸的分布。较小的雾滴会被气流所夹带，如果不进行除雾，雾滴将进入烟道，造成烟道的腐蚀和堵塞。

（4）电化学腐蚀。

2.2.3湿法脱硫的主要工艺参数

影响石灰石/石灰法湿法脱硫的主要工艺参数包括PH，石灰石粒度，液气比，钙硫比，气体流速，浆液的固体含量，气体中SO2的浓度，以及吸收塔结垢等。

（1）浆液的pH:由于Ca2+的形成机理不同，石灰石和石灰法脱硫的pH也不同。此外pH的变化对CaSO3和CaSO4的溶解度有重要的影响。pH值较高时，CaSO3的溶解度明显下降，但是CaSO4的溶解度变化不大，因此，当pH降低时，溶液中存在的较多的CaSO3，又由于石灰石粒子表面形成一层液膜，其中溶解的CaSO3使液膜的pH上升，这就造成CaSO3沉积在石灰石粒子的表面，即所谓粒子的包固现象。由于包固现象的出现，使石灰石粒子表面钝化，抑制化学反应的进行，同时造成结垢和堵塞。

（2）石灰石的粒度：石灰石的颗粒的大小即石灰石的比表面积的大小对脱硫效率及石灰石的利用率均有影响。

（3）液气比：液气比对于液气相间传质是一个重要的影响因素，对于不同的吸收塔的持液量也有影响。

（4）钙硫比：石灰石法的钙硫比为1.1时，SO2的去除率可达70%，而目前通过技术改进，脱硫率可达90%以上，与石灰石法脱硫率相当。

3设计条件

锅炉型号：SHP10-25 即，双锅筒横置式抛煤机炉，蒸发量10t/h，出口蒸汽压力25MPa

排烟温度：100℃

空气过剩系数:α=1.35

飞灰率=21%

烟气在锅炉出口前阻力：750Pa

设计煤成分：C Y=65.2% H Y=3% O Y=4% N Y=1% S Y=0.8% A Y=16% W Y=10%；V Y＝18％；属于低硫烟煤

污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行

90弯头20连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度100m，

个。

根据国家有关规定，灰分最高允许排放浓度为200mg/m3。

根据国家有关规定，SO2最高排放标标准700mg/m3。

《环境空气质量标准》规定日平均浓度限值为：SO2为0.15mg/m3，烟尘为0.30mg/m3。

4燃烧计算

4.1烟气量的计算

以1kg 低硫煤燃烧进行计算，则计算过程见表4-1。

表4-1 低硫煤燃烧计算过程

理论需要量：

kg mol Q /83.6025.125.05.733.541=-++=

理论空气量：

kg mol Q Q /77.290)78.31(83.60)78.31(12=+?=+=

理论烟气量：

kg mol Q /91.31087.383.6056.525.0355.01533.543=?+++++=

实际烟气量：

kg mol Q Q Q /68.41235.077.29091.310)135.1(234=?+=-+=

标准状况下烟气量：

kg

m Q /24.91000

4.2268.41234=?='

实际耗煤量为1250kg ，这实际的烟气流量：

h m m Q Q /11550125024.934=?='

=

4.2烟气含尘浓度

343636100024

.921.0160m mg Q A C Y =??=?=飞灰率

4.3 SO2的浓度

3173224

.91000

6425.02m mg C SO =??=

5除尘器的选择及设计计算

5.1除尘器选择

5.1.1除尘效率

%50.943636

200

11=-=-

=C C S η 5.1.2袋式除尘器的选择

工况下烟气流量：

()s m m T T Q Q 3309.523.18319273

16027311550==+?='=

'

式中Q '—工作状况下烟气流量，m 3/h ； Q —实际烟气量，m 3/h ； T '—排烟的温度，K ； T —标准状况下温度，K 。

所以采用袋式除尘器为机械清灰方式，滤料种类为玻璃纤维。[2]

5.2除尘器的设计计算

5.2.1过滤面积

355.2035

.16023

.1831960m v Q SP F =?='=

式中SP —过滤面积，m 2；

Q '—工作状况下的烟气流量m 3/h ；

v F —过滤速度，m/min ，采用机械清灰方式。取v F =1.5m/min 。 5.2.2滤袋的尺寸

单个滤袋直径：mm D 300~200=，取200D mm =，单个滤袋长度：

m L 12~2=，取4L m =，滤布长径比一般为40~5，4

200.20

L D ==。 5.2.3每条滤袋面积

2151.22.0414.3m DL S =??==π

式中S 1—滤袋的面积，m 3； D —滤袋的直径，m; L —滤袋的长度，m 。 5.2.4滤袋条数

条8110.8151

.255.2031≈===

S SP n 5.2.5滤袋布置

滤袋布置：滤袋的条数为81条，每个袋的直径为200mm ，长度为4m 。滤袋分9组;每组9条;组与组之间的距离200mm;组内相邻滤袋的间距80mm;滤袋与外壳的间距200mm 。

6湿式脱硫设计计算

6.1喷淋塔计算

6.1.1喷淋塔内流量计算

假设喷淋塔内平均温度为C 80ο，压力为120KPa ，则喷淋塔内烟气流量为：

273101.325

273v t Q Q P

+'=?

?

式中：Q v —喷淋塔内烟气流量，m 3/h ； Q '—工作状况下烟气流量，m 3/h ； P —喷淋塔的压力，KPa ； t —烟气的温度，℃。 代入公式得：

6.1.2喷淋塔径计算

依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可选择喷淋塔内烟气流速v=2m/s ，则喷淋塔截面积A ：

26.22 3.112

v Q A m v =

== 式中A —喷淋塔截面积，m 3； v —塔内烟气流速，m/s ； Q v —喷淋塔内烟气流量，m 3/h 。 则塔径d 为：

1.99d m =

=

=3273100101.325

5.09

6.22273120

V Q m +=??=

这里取塔径为2000mm。

6.1.3喷淋塔高度计算

喷淋塔由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。

(1)吸收区高度

依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得，选择喷淋塔喷气液反应时间t=5s，则喷淋塔的吸收区高度为：

12510

H vt m

==?=

式中H1—喷淋塔吸收区高度，m；

v—塔内烟气流速，m/s；

t—气液反应时间，s。

(2)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(3.4～3.5)m。

则取除雾区高度

m

H5.3

2

=

(3)浆池高度

浆池容量V1按液气比浆液停留时间t1确定：

式中：

G L —液气比，取318m L ； Q —标况下烟气量，h m 3；

t 1—浆液停留时间，s ；

一般t 1为min 8~min 4，本设计中取值为5min ，则浆池容积为：

3315

181018319.2327.4860

V m -=???

=

选取浆池直径等于或略大于喷淋塔d ，本设计中选取的浆料直径为D 0=4m ，然后再根据V 1计算浆池高度：

式中：h 0—浆池高度，m ； V 1—浆池容积，3m ； D 0—浆池直径，m 。

02

427.48

2.19

3.144h m ?=

=?

从浆池液面到烟气进口底边的高度为

0.8

2m 。本设计中取为2m 。[3]

(4) 喷淋塔高度

喷淋塔高度为：

12010 3.5 2.1915.70t H H H h m =++=++=

7烟囱设计计算

7.1烟囱高度计算

7.1.1 烟囱直径的计算

设烟气在烟囱内的流速为10v m s =，则烟囱平均截面积为：

27.220.72210

v Q A m v =

== 则烟囱的平均直径d 为：

0.960d m =

=

=

这里取d=1m 。 校核流速v 得：