大气课程设计锅炉烟气除尘脱硫系统设计(2)

来处理同样流量的气体。过滤速度小会提高除尘效率，延长滤袋使用寿命，但会造成除尘器过于庞大，一次性投资加大。它与粉尘性质、气体含尘浓度、滤袋材质和清灰方式等因素有关。一般若含尘浓度高、粉尘颗粒小，过滤速度应取小值，反之则取高值。

3.2.3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操作有很大的影响。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、粒径和含尘浓度等）。性能良好的滤料应容量大、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、机械强度高等优点。滤料特征除与纤维本身的性质有关外，还与滤料表面结构有很大关系。表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适于含尘浓度低、黏性大的粉尘，采用的过滤速度不宜过高。表面起绒的滤料容尘量大，颗粒能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但必须及时清灰。

袋式除尘器的滤料种类较多。按滤料材质分，有天然纤维、无机纤维和合成纤维等；按滤料结构分，有滤布和毛毡两类。棉毛织物属天然纤维，价格较低，适用于净化没有腐蚀性、温度在350-360K以下的含尘气体。无机纤维滤料主要指玻璃纤维滤料，具有过滤性能好、阻力低、化学稳定性好、价格便宜等优点。用硅酮树脂处理玻璃纤维滤料能提高其耐磨性、疏水性和柔软性，还可以使其表面光滑易于清灰，可在523K以下长期使用。玻璃纤维较脆，经不起揉折和摩擦，使用上有一定的局限性。尼龙织布的最高使用温度可达368K，耐酸性不如毛织物，但耐磨性好。奥纶的耐酸性好，耐磨性差，使用温度答423K。涤纶的耐热、耐酸性能较好，耐磨性也仅次于尼龙，可长期在413K下使用，涤纶绒布在我国是性能较好的一种滤料。 3.2.4袋式除尘器的清灰方式

（1）机械振动清灰：机械振打式清灰式最早出现的清灰方式，它的结构一般是使用某些装置来对滤袋的框架结构进行振打或摇晃，通过滤袋的振动来达到清落灰尘的目的。这种清灰方式结构非常简单，甚至人工都可以完成，一般高频率振动清灰和机械振打比较常见，机械振打式清灰的几种操作方式，第一种是沿水平方向的，下部较为固定，上部摇晃，水平振打的部位主要是滤袋的上部和中部。第二种是沿竖直方向振打，这种方式对于滤袋的损害比较大，尤其是袋口处，容易出现损坏。所以常常利用一个高速旋转地偏心轮来让滤袋产生频率很高的振动，从而实现清灰，这样对滤袋损害较小，但清灰效果也较差。第三种是利用振动来实现清灰，振动的频率一般比较高。或者综合前两种方式，叠加在一起。第四种是利用偏心轴上的摇杆，这个偏心轴是不停转动的。这样通过振动圆管，滤袋就会在各个方向上产生摇动，使沉积于滤袋的颗粒层破碎而落入灰斗中。

（2）逆气流清灰：所谓逆气流清灰指清灰时气流方向与正常过滤时相反。过滤过程与机械振动清灰方式相同，但在清灰时，要关闭含尘气流，开启逆气流进行反吹风。此时滤袋变形，沉积在滤袋内表面的灰尘破坏、脱落。通过花板落入灰斗。安装在滤袋内的支撑环可以防止滤袋完全被压扁。逆气流清灰袋式除尘器的过滤风速一般为0.3-1.2m/min，压力损失控制范围为1000-1500Pa。与机械振打式类似，逆气流清灰的袋式除尘器一般也是划分成多个袋室的，并且通过使用阀门，来对袋室进行逐个的提供反向的气流。这个反向气流既可以由专门的风机来提供，也可以由系统的主风机来提供。为了增强逆气流清灰装置的清灰效果，常常会通过安装一些自动阀门来使反向气流产生脉冲。逆气流清灰式的清灰效果

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必须在过滤的气流速度较低时才会体现出来，因为它本身的清灰作用就比较弱。但是它的优点是清灰比较均匀，对滤袋的损坏比较小，而且也不会产生剧烈的振动。

（3）脉冲喷吹清灰：利用4-7个标准大气压的压缩空气反吹，产生强度较大的清灰效果。当进行清灰操作时，将压缩空气喷射入滤袋，气流的速度非常高，而且持续的时间非常短，一般不超过0.2s，于此同时，引导大量的空气进入滤袋，这样就会使滤袋产生急剧的膨胀并发生振动，从而使粘附在滤袋上的粉尘脱离并清落下去。每清灰一次，称为一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期，通常为60s[2]。 3.2.5袋式除尘器的选择和计算 （1）除尘效率

η=1-Cs200=1-=91.74%

C2.42×103式中Cs---标准状态下烟气含尘浓度, mg/m3

Cs---标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值, mg/m3 （2）工况下烟气流量

QS=QNTSPN273+145101.325=3.61×105××=5.72×105(m3/h) TNPS27397.86式中QN——标准状态下的烟气流量 TS——工况下的烟气温度，K TN——标准状态下温度，273K PS——工况下的大气压，KPa

PN——标准状态下大气压，101.325KPa

（3）滤料的选择

烟气温度为140oC-150oC，故选择可以在523K下长期使用的玻璃纤维作为滤料，具有过滤性能好，阻力低，化学稳定性好，价格便宜等优点。 （4）袋径及长径比

袋径取d=400mm，滤袋的长度取L=5m，则长径比L/D=5/0.4=12.5. 在5-40之间，符合要求。 （5）计算过滤面积

采用逆气流反吹清灰取υF=1.5m/min 则总过滤面积

Q5.72×105 A===6355.56m2

60υF60×1.5（6）确定滤袋尺寸：直径d=0.4m，高度l=5.5m，则每条滤袋面积a：

0.4×5.5=6.91m2 a=πdl=3.14× 滤袋条数：

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A6355.56==920个 a6.91袋式除尘器分为六个室， 单室滤袋条数：n=154条。取n=160条，一个小室中，将滤袋分为8组，由5列4排组成一组，每组之间留有400mm宽的检修人行道，编排滤袋和壳体间也留有200mm宽的检修人行道,每个滤袋中留50mm的间距。由此可计算出小室的B×L=5200×8600mm，过滤面积为A'=错误！未找到引用源。

n=160×6×6.91=6633.6m2

（7）核算过滤气速

Q5.72×105 υF′===1.44m/min

60A′60×6633.6在0.5-2.0m/min的范围内，符合要求。

（8）除尘器的选择：

根据除尘器的处理烟气量和总过滤面积，可以选定除尘器型号规格，参考《除尘器手册》选择TFC-10000型号的反吹袋式除尘器。其主要性能与主要结构尺寸见下表：

表2 TFC-10000型号反吹袋式除尘器的性能参数 材质 涤纶或玻纤

C 使用温度/°过滤风速/(m/min) 处理风量/(m3/h) 过滤面积/m2

1.5 滤袋尺寸/mm

Φ400×5500

除尘器阻力/Pa 180-200 外型尺寸

(长×宽×高)/m 24.7×15.6×24.8

600000 滤袋数量/条

1120

10000 室数/个 6

<250

3.3脱硫设备的设计与计算

3.3.1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理

将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%[3]。 采用石灰/石灰石浆液吸收烟气中的SO2，分为吸收和氧化两个阶段。先吸收生成的亚硫酸钙，然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙(即石膏)。该方法的实际反应机理是很复杂的，目前还不能完全了解清楚。这个过程发生的反应如下。

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吸收：CaO+H2O=Ca(OH)2

11 Ca(OH)2+SO2=CaSO3?H2O+H2O

2211 CaCO3+SO2+H2O=CaSO3?H2O+CO2↑

2211 CaSO4?H2O+SO2+H2O=Ca(HSO3)2

22由于烟气中含有O2，因此吸收过程中会有氧化副反应发生。

1氧化：在氧化过程中，主要是将吸收过程中所生成的CaSO3?H2O氧化称

2为CaSO4?2H2O：

1 2CaSO4?H2O+O2+3H2O=2CaSO4?2H2O

2由于在吸收过程中生成了部分Ca(HSO3)2，在氧化过程中，亚硫酸氢钙也被氧化，分解出少量的SO2：

1 Ca(HSO3)2+O2+H2O=CaSO4?2H2O+SO2

2设备运行过程中的问题及出现这种问题的原因[4]：

（1）设备腐蚀：化石燃料燃烧的排烟中含多种微量的化学成分。在酸性条件下，对金属的腐蚀性相当强，包括吸收塔、言其后续设备。

（2）结垢和堵塞：固体沉积主要以三种方式出现：湿干结垢，即因溶液水分蒸发而使固体沉积；Ca(OH)2或CaCO3沉积或结晶析出；CaSO3或CaSO4从溶液中结晶析出。其后是导致脱硫塔内发生结构的主要原因。

（3）除雾器的堵塞：液体中的小液滴，颗粒物进入除雾器，引起堵塞。解决方法：定期(每小时数次)用高速喷嘴喷清水进行冲洗。

3.3.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程

石灰石/石灰法湿式烟气脱硫技术的工艺流程如图1所示。锅炉烟气经除尘、冷却后送入吸收塔，吸收塔内用调配好的石灰石或石灰浆液洗涤含SO2的烟气，洗涤净化后的烟气经除雾和再热后排放。吸收塔内排出的吸收液流入循环槽，加入新鲜的石灰石或石灰浆液进行再生[1]。

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图1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程

3.3.3吸收塔内流量计算

C，压力为120KPa，则吸收塔内烟气流量为： 假设吸收塔内平均温度为80°273+t101.325× QV=Q× 273P3.61×105273+80101.325 =××=109.49m3/s

3600273120 式中：QV—吸收塔内烟气流量，m3/s；

Q—标况下烟气流量，m3/s；

3.3.4吸收塔径计算

依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可选择吸收塔内烟气流速v=3m/s，则吸收塔截面A为：

Q109.49=36.50m2 A=v=v3则塔径d为：

d=取塔径D0=7m。 3.3.5吸收塔高度计算

吸收塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池[5]。

（1）吸收区高度：依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得，设吸收塔喷气液反应时间t=3s，则吸收塔的吸收区高度为： H1=v×t=3×3=9m

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4A4×36.50==6.82m π3.14

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