烟气超净排放设计说明书
第一章 绪论 . ........................................................................................................................... 3 1.1 概况 . ............................................................................................................................... 3 1.1.1设计概况 . ................................................................................................................ 3 1.1.2设计要求 . ................................................................................................................ 5 1.1.3处理指标 . ................................................................................................................ 5 第二章 工艺流程及初步计算 . ................................................................................................. 6 2.1初步计算 . ........................................................................................................................ 6 2.1.1烟气量计算 . ............................................................................................................ 6 2.1.2污染物浓度及去除率计算 . .................................................................................... 8 2.2工艺流程的选取论证 . .................................................................................................... 8 2.2.1超净排放技术路线 . ................................................................................................ 8 2.2.2除尘装置的选择 . .................................................................................................... 8 2.2.3脱硫工艺装置的选择 . .......................................................................................... 10 2.2.4工艺选择综述 . ...................................................................................................... 12 2.2.5工艺流程 . .............................................................................................................. 12 第三章 工艺设计计算 . ........................................................................................................... 13 3.1 SCR脱硝技术的设计 . .................................................................................................. 13 3.1.1设计参数 . .............................................................................................................. 13 3.1.2 设计计算 . ............................................................................................................. 13 3.2电除尘器计算 . .............................................................................................................. 16 3.2.1设计参数 . .............................................................................................................. 16 3.2.2设计计算 . .............................................................................................................. 16 3.3海水脱硫系统设计 . ...................................................................................................... 20 3.3.1设计参数 . .............................................................................................................. 20 3.3.2设计计算 . .............................................................................................................. 20 第四章 系统阻力的计算 . ....................................................................................................... 23 4.1系统阻力损失 . .............................................................................................................. 23 4.1.1沿程阻力损失： . .................................................................................................. 23 4.1.2局部阻力损失 . ...................................................................................................... 24 4.2各单体设备的阻力损失 . .............................................................................................. 24 4.3系统总阻力损失 . .......................................................................................................... 24 4.4风机和风量的计算 . ...................................................................................................... 24
4.4.1风机风量计算 . ...................................................................................................... 25 4.4.2风机风压的计算 . .................................................................................................. 25 4.4.3风机选型 . .............................................................................................................. 25
第一章 绪论
1.1 概况 1.1.1设计概况
天津北疆电厂2×1300T/H锅炉燃用煤质分析资料(以1kg 燃煤量计算）
表1-1
1.1.2设计要求
1.设计原则
脱销采用SCR 技术，除尘器采用电除尘器，每台炉对应配备一套海水湿法脱硫装置，脱硫后的烟气经烟塔排放。脱硫装置设计脱硫率≥96%。每套烟气脱硫装置的出力在锅炉BMCR 工况的基础上设计，最小可调能力与单台炉不投油最低稳燃负荷(即35%MCR工况，燃用设计煤种的烟气流量) 相适应；烟气脱硫装置能在锅炉BMCR 工况下进烟温度加10℃裕量条件下安全连续运行。
2. 设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文) 、图纸、实物样品等〕：
（1）燃煤锅炉排烟量及二氧化硫浓度的计算。 （2）净化系统设计方案的分析确定。
（3）除尘器的比较和选择：确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。
（4）管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置。计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。
（5）风机及电机的选择设计：根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选择风机种类、型号及电机的种类、型号和功率。
1.1.3处理指标
按标准状态下烟尘浓度排放标准：10mg/m3； SO2排放标准：35mg/m3，NO x 排放标准：50mg/m3当地大气压为标准状态。
第二章 工艺流程及初步计算 2.1初步计算 2.1.1烟气量计算
排烟量的计算：以1kg 煤为基准计算； 表1-1
1. 理论需氧量=50.275+9.1+0.13-3.61=55.90mol/kg煤 2. 理论空气量=（空气成分为N2+O2）N2/O2=79％/21％=3.78 Va=（1+3.78）Vo2=4.78×55.90=267.20mol/kg 3. 理论烟气量=70.765+55.90×3.78=282.07mol/kg 4. 理论烟气体积=282.07×22.4=6.32mN3/kg煤 5. 理论产生烟气量=400×2×6.62×1000=5.30×106m 3/kg
6. 实际产生烟气量=70.765+55.90×（3.78+1）×1.2=391.41mol/L 7. 实际共产生烟气量=391.41×22.4×2×400×103×10-3=7.01×106m 3/ 8. 烟气中SO 2浓度：(假设煤燃烧时S 全部转化成SO 2）
m SO
C SO =
v
2
2
=
fg
0. 13⨯643
=949mg/mN8. 76
0. 1091⨯1000⨯10003
=12454mg/mN
8. 76
7. 气含尘浓度：C TSP =烟
X
8. 烟气中NO 的浓度：C NO
2
=1. 63B (βn +10⨯V g C
-6
) NO X
=1.63⨯1⨯（2.8×10-3+10-6⨯10.6⨯93.8） =6184mg/kg B——煤质量
β——燃料型氮向燃料型NO 转化率
n——含氮量
V
g
——烟气体积
9. 标准状态下烟气排放标准：
烟尘=10mg/m3 SO2=35 mg/m3 NO X =50mg/m3
2.1.2污染物浓度及去除率计算
表2-1
2.2工艺流程的选取论证 2.2.1超净排放技术路线
方案一：锅炉——SCR ——ESP ——海水FGD ——烟塔 方案二：锅炉——SCR ——布袋除尘——wFGD ——烟塔
2.2.2除尘装置的选择
2.2.2.1、除尘技术
利用两相流动的气固或液固分离原理捕集气体中固态或液态颗粒物。有机械除尘装置（重力降尘室，惯性除尘器，旋风除尘器。），湿式除尘器，袋式除尘器，电除尘器等。近些年火力发电厂应用较为成熟的除尘设备型式有静电除尘器、布袋除尘器、电袋复合除尘器，近年来又出现了低 （低） 温静电除尘器、旋转电极静电除尘器、以及清新-旋风耦合等新工艺、新技术。除尘设备的选择根据除尘器的性能选择，除尘器的性能可分为工作性能和经济性能，工作用性能包括流量Q ，压力损失P 和除尘效率；经济性能包括设备的耐用年限及
维修难易程度。
2.2.2.2、除尘器的比较和选择
（1）静电除尘：含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备
（2) 布袋除尘：含尘气流从下部孔板进入圆筒形滤袋内，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体由排出口排出
（3）工艺特点比较：
2.2.3脱硫工艺装置的选择
2.2.3.1、烟气脱硫（FGD ）
世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方法，是控制酸雨于二氧化硫污染最为有效和主要的技术手段。FGD 分为干法和湿法技术，干法FGD 技术的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行。该法具有无污染废酸排出，设备腐蚀程度较轻，净化后烟温高、利于烟囱排气排散等，但存在脱硫效率低，反应速度慢，设备庞大等问题。湿法FGD 脱硫技术是含有吸收剂的溶液或浆液，在湿状态下脱硫和处理脱硫产物。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。
2.2.3.2、脱硫工艺的比较与选择
（1）海水脱硫工艺：除尘后的烟气冷却后进入脱硫吸收塔在喷淋而下的海水洗涤过程中，烟气中的SO2被海水吸收，净烟气经除雾器排放
主要化学方程死如下：
12-SO 2+H 2O +O 2=SO 4+2H +;
2
HCO 3-+H +=CO 2(气＋溶于海水）+H 2O
(2)湿法脱硫工艺：除尘后的烟气在吸收塔内与浆液混合，其中
SO 2与浆液中的CaCO 3反应生成CaSO 3, CaSO 3被鼓入氧化空气中的O 2
氧化最终生成石膏晶体CaSO 4. 2H 2O
主要化学方程死如下：
吸收过程：SO 2+H 2O →H 2SO 3←→HSO 3-+H +;
CaCO 3+2H +→Ca 2++CO 2+H 2O
氧化过程：HSO 3+O 2→SO 42-+H +;
2-
Ca 2++SO 4+2H 2O →CaSO 4. 2H 2O
1
2
(3)工艺参数和技术特点比较
1
2.2.4工艺选择综述
由于北疆电厂属于且机组较大、燃用中低硫煤，用静电除尘及海水脱硫适宜，处理量大、无脱硫废水、脱硫成本低，所以采用方案一较适宜。
2.2.5工艺流程
锅炉——SCR ——ESP ——海水FGD ——烟塔
1
第三章 工艺设计计算
3.1 SCR脱硝技术的设计 3.1.1设计参数
（1）烟气进口NO X 浓度：6184mg/m3 排放NO X 浓度50mg/mN3
（2）处理气量q=7.01×106m 3/h （3）氨逃逸率：=13.58%
3.1.2 设计计算
（1）SCR 反应器尺寸计算 A.催化剂横截面积：A =
3. 51⨯1062A ==97. 5m 3600⨯10
q
取V=10m/s 360⨯V
B.SCR反应器横截面积A SCR =1. 15A =1. 15⨯97. 5=112. 13m 3m 2 设反应器的宽为0.6m ，则反应器长L = C.催化剂体积
-q ln （1-V =
0. 9142
1-））-3. 51⨯106ln （
=356. 63m 3 =
k A 40⨯502
X
SCR
W
=
112. 13
=9. 3m 12
η D.催化剂层数计算
n =
V 356. 63==3. 02≈4层 hA 1⨯118
催化剂总层数：n=4+1=5层（一备一用） E.SCR反应器的高度
h
SCR
=n （C 1+h ）+C 2=5⨯(2. 1+1) +2. 7=18. 2m
1
(2)SCR塔的设计 ①塔高计算
H=h scr +h 1=23. 2 ②塔长、宽的计算
为方便安装和调试在反应器两个方向共留2m, 则长宽分别为l=13m，b=11m ③塔体壁厚计算
塔体外部设有加固肋，余用横向加固方式，即塔体若干水平加固圈组成
H=h scr =18. 2m
H 1=0. 31H =5.64m H 2=0.21H=3.82m
H 3=0. 18H =3. 28m H 4=0. 16H =2. 91m H 5=0.14H=2.55m
1
h1=H1=5.64m h2=H1+H2=9.46m
h3=H2+H3=3.82+3.28=7.1m h4=H3+H4=3.28+2.91=6.19m h5=H=18.2m 第一段壁厚：ξ1=l 则ξ1=14. 5
3α1ρg
[σ]t
3⨯0. 005⨯7. 8⨯9. 8⨯5. 64
=3. 97mm
86
第i 段壁厚：ξi =l
6α1ρg (h i -1+h i )
[σ]t
1
3.2电除尘器计算 3.2.1设计参数
烟气流量Q=3.51×106m 3/h 烟尘含量：12454mg/m3
预计去除率η=99.92％ 电除尘器进口风速：10-20m/s 电场风速：0.7-1.4m/s取1.0m/s 驱进速度：0.04-0.2m/s取0.15m/s
集尘极板间距设计为400mm 电晕极间距为200mm
3.2.2设计计算
（1）集尘极板总面积
-Q ln(1-η) -3. 51⨯⨯ln(1-99. 9）A ===33675.3m2
We 0. 2⨯3600
6
Q 3. 51⨯10632
=99. 15 比表面积：f ==m /hm
A 3. 54⨯104
实际集尘板面积考虑到处理烟气量温度，压力，供热系统可靠性等因素的影响，取储备系数k=1.5-2.0，则所需集尘板面积：取k=1.5
A s =1.5A=148.725m取集尘极板总面积200m
’
2
2
Q 3. 51⨯32 则实际比面积f ' ===17550=17.55m/hm
A S 200
6
（2）除尘效率校核
η=1-e=1-e
-fw
1
104⨯0. 2
=99.99％
（3）电场断面面积
Q 3. 51⨯ Ac ===975m2(电场风速V=1.0m/s） V 3600⨯1
6
（4）极板高度
1
H=
A c 975==31. 22m V 1
（5）电场断面高度 B=
A c 975==31. 22m H 31. 22
（6）集尘极 集尘极排数n=
n =
B
+1∆B 为集尘极间距 取400mm ∆B
31. 22
+1=79. 05排 取80排 0. 4
集尘极长度L=
A 33675. 3
==6. 66m 取L=7m
2(n -1）⨯H 2⨯（80-1）⨯31. 22
（7）电场设计，设计4个电场实际安装集尘板个数为320个 安装后集尘极总面积A 0=n⨯l ⨯H=320⨯7⨯32=71680m2 A：停留时间：t=L/V=7/1=7s 取t=7s B：工作电压：U=E∆B=250⨯400=100kV C：工作电流：取单细流常数为i=0.005A/m2 则I=Ai=33675.3⨯0.005=168.377（A ）
D：电除尘器阳极线的个数：N=L/∆L ⨯80×4=11200个
∆L ——电晕极间距去200mm
（8）电极选择
A.阳极系统：阳极板作用是捕集荷电粉尘 形式：二鱼鳞形波纹状，棒锥形，Z 型，C 型
C型板由两部分组成，中间是凹凸条槽较小，平直部分较大，两边做弯钩 型称其为防风沟，防风沟能防止气流的 到极板表面可减少粉尘的二次粉尘，提高除尘效率，板面电性能好，有足够刚度，
1
故本次实际采用C 型板。
B.阴极系统：电晕放电，形成大量的电子和正负离子为尘粒荷电创造条件
形式：管型芒刺线，晕形线，锯齿线，龟骨针刺线，螺旋线，鱼钢芒刺线，由于新型管型芒刺线起晕电压低，极线强度好，对烟气变化适应性强，且极线制造容易，质量轻，成本低，不会形成电流死区，能够提高除尘效率。故本次设计选用新型管型芒刺线。 （9）静电除尘器总体尺寸的确定 A.宽度方向上的尺寸 a.内壁宽 B=Z ∆B +2σ
B=400⨯4+2⨯400=2400mm=2.4m B——除尘器内壁厚
∆B ——集尘板间距：400mm
Z——电场通道数：4 b.柱间距 Lk =B+2σ+e
Lk ——除尘器宽度方向上的柱间距：mm 2σ——收尘器板钢板的厚度mm
'
e ——柱的宽度mm
根据经验取σ=5mm e =200mm Lk =2400+2⨯5+200=2610mm=2.61m
1'
'
B.长度方向上的尺寸计算
a.电除尘器长度L H =2le1+2nle2+（n-1）C LH ——电除尘器长度mm
Le1——电晕线极吊杆至进水箱大端面的距离mm Le2——集尘极侧距电晕线吊杆的距离mm C——两电极框架吊杆间距离mm
根据经验取2e 1=500mm le2=470mm C=400 LH =2⨯500+2⨯5⨯470+(80-1）×400=37300mm=37.3m 取L H =37.5m b.长度方向上柱间距 Ld =l +2l e 2+
C 2
400
=8100mm 2
则L d =7000+2⨯470+
将收尘极板安装在顶梁底面，每电场的荷重电两根梁和柱承担高柱的形等距
C.高度方向上的尺寸计算
从收尘器顶梁底面到阳极板上端的距离（mm ）H 1=h+h1+h2+h3 h1——从收尘器顶梁底面到阳极 板上的距离mm h2——除尘器下端至抨击杆的中心距离mm h3——抨击杆中心至灰斗上端的距离mm 根据经验取h 1=200mm h 2=40mm h3=200mm H=h+h1+h2+h3=32000+200+40+200=320440mm 取H=32.5m
1
3.3海水脱硫系统设计 3.3.1设计参数
C SO
Q
=949mg/m3
2
=1.75⨯106⨯(1-10％)=1.66×106m 3/h
逆流喷淋塔内设计流速=2.5-5m/s 取V=5m/s
3.3.2设计计算 （1）吸收塔直径
Q 1. 66⨯106
=92. 22m 3 吸收塔截面积：A ==
V 5⨯3600
吸收塔直径：D =
4A 4⨯92. 22==10. 8m 圆整D N =11m ∏3. 14
（2）吸收浆液量：原烟气与吸收液中吸收塔内反应时间2-5s 取5s
吸收区高度h 1=vt =25m
液气比：一般在8-25L/m3 取20L/m3 所需吸收浆液量为 V=1. 66⨯106⨯20=3. 32⨯104m 3/h （3）氧化塘：吸收液在氧化槽内停留时间取5min
3. 32⨯104⨯53
=2766.67m 则氧化槽容积为V =
60
设计氧化槽直径为D=12m 则氧化槽高度H =
（4）喷淋层：设计中喷嘴选择螺旋喷嘴流量为36-80m 3/h
24V ∏D
2
=
4⨯2766. 67
=23. 7m , 取24m 2
3. 14⨯12
设计每个喷嘴流量为80m 3/h
3. 22⨯104
=415个 则吸收塔内喷嘴个数：n =
40
每平米安装1个，则每层需装93个，则吸收塔内喷淋层数n =
415
=5层 93
（5）氧化系统 氧化空气量计算：
Q η⨯0. 25C V =
2
O ⨯0. 21
2
(ρ
O 2
=1.429kg/m3）
12-
SO +O 2→SO 4
2
CO 32-+H +→HCO 3-
2-3
实际理论空气量
949⨯1. 66⨯106⨯0. 96⨯0. 253
V ==1259. 89m 3/h m /h
1. 429⨯0. 21
实际氧化空气量的利用率为25％-30％， 则实际空气量为1259.89/25％=4195.2m3/h （6）除雾器：折流板式除雾器
第一级板距：30-75mm 第二级板距：20-30mm 两者间距：1.5m
一级距喷淋母管间距：2m 二级背面距烟道截面为1m （7）循环浆液泵：每台循环浆液泵对应一层喷淋层，共需6台，5用1备
型号：FWPF800-933离心泵 （8）氧化风机：型号TSC-80罗茨风机 （9）除雾器冲洗系统
第一级除雾器设计上下两层冲洗水 第二级除雾器只设逆风面冲洗水 第一级逆风面的冲洗水量为1.0L/sm2
第一级背面和第二级逆风面的冲洗水量为0.34L/sm2 （10）吸收塔尺寸 1.塔径：
吸收区D N =1.2m 氧化槽D N =12m
2.吸收塔高度:
吸收区高度：h 1=25m 除雾器高度：h 2=4m 塔底氧化槽高度：h 3=2m
第四章 系统阻力的计算
4.1系统阻力损失
沿程阻力损失：∆P L ρv 2
1=λ2d
(P a ) 局部阻力损失：∆P 2=ξρv 2
2
(P a )
4.1.1沿程阻力损失：
参数选择：λ=0. 02（金属管）
ρ
33
烟=1.37kg/mρ空气
=1.293kg/m锅炉-SCR ：Q=3.51×106m 3/h D=3000mm L=10m
=Q Q 3. 51⨯106V /3600A ==3. 142=138m /s
4D 24
⨯320⨯1. 5⨯1382
∆P 1=0. 02⨯2⨯3
=2105. 4Pa pa
SCR-ESP: Q=3.51⨯106×（1-10%）=3.16×106m 3/h D=3000mm L=60m
6
V =Q A
=3. 16⨯3. /360014=130.6m/s
24
⨯32
∆P 60⨯1. 5⨯1=0. 02⨯2⨯3
=5116. 9Pa
ESP-FGD: Q=1.75×106×（1-15%）=1.49×106m 3/h D=3000mm L=30m
Q 1. 49⨯106/3600V ===58. 75m /s
2A ⨯43
9⨯1. 5⨯∆P 1=0. 02⨯=517. 73Pa pa
2⨯3
2
4.1.2局部阻力损失
参数选择：弯头ε=0.23 T型三通ε=0.55 V=6.41m/s 锅炉-SCR: 一个弯头（90°）
∆P 2=ε
ρ2
2
1. 5⨯145. 12
=0.23⨯=3631.82pa
2⨯3
SCR-ESP:两个弯头（90°）
∆P 2=2⨯ε
ρ2
2
1. 5⨯130. 62
=0.23⨯=5884.44pa
2
ESP-FGD:两个弯头（90°）一个T 型三通
∆P 2=2⨯ε
ρ2
2
+ε
ρV 2
21. 5⨯58. 7521. 5⨯58. 752
=2×0.23×+0.55×
22
=2614.56pa
4.2各单体设备的阻力损失
（1）SCR:∆P =830pa （2）电除尘：∆P =1200pa （3）FGD:∆P =2000pa
4.3系统总阻力损失
∑h
=2105.4+5116.9+517.73+3631.82+5884.44+2614.56+2×
830+2×1200+4×2000=33kpa
4.4风机和风量的计算
4.4.1风机风量计算
273⨯P 101. 3253
（m /h） t P =20℃ =(1+) Q ⨯⨯Q y k 1
273P
Q
y
=（1+0. 1）⨯7. 01⨯106⨯
273+203
⨯1=8. 28⨯106m /h 273
4.4.2风机风压的计算
∆P y =（1+k 2）（ε∆h -s y
ρ0
ρ
=（1+k 2)(ε∆h -s y )
T 0P
T 0
s y =0. 0342H （
11
-）P
273+t k 273+t p
11
-) ⨯1.01⨯105=83.32pa 273+10273+20
=0.342⨯200⨯(
3
=101.3kpa =25℃ =0.745kg/m ρP 0T 00
P =101.3kpa T=25℃ ρ=1.29kg/m3
55
∆P y
=(1+0.2）⨯（33000-84）⨯
(273+25) ⨯1. 01⨯(273+25) ⨯101⨯10
=3. 70⨯103kpa
4.4.3风机选型
选择南通中南鼓风机有限公司：Y8-39 4D-40P型风机 风量：2500-145533m ³/h 全压：100-4000kPa 功率：6-280KW
结语
通过这次的电厂烟气处理课程设计，对电厂烟气处理流程有了进一步的了解和认知，尤其是现有的超净排放技术路线。
从基础数据收集到初步计算巩固了煤质分析方法、烟气量及成分浓度的计算方法。本次设计排放标准为超净排放标准，所以该设计是对超净排放技术路线的选择。在工艺流程选择时，工艺流程中各单体设备有各种类型或形式可供选择，例如脱硫工艺选择：有两种工艺（海水脱硫和湿法脱硫）可供选择，要选择一种既经济又能达排放标准的工艺尤为重要，因此工艺选择要考虑两方面因素：技术性能和经济指标，技术性要考虑到各设备的处理量、效率、损失等，经济指标要考虑设备的费用、运行费用、占地面积。要完成此项工作需要查阅资料来了解各设备的性能，结合基础数据经过方案论证从而确定一个合理的工艺路线。
在设备的设计计算我组遇到了问题，通过分析与解决问题，我们对各单体设备的结构有了更详细的认知，然后根据设计计算结果进行绘图，巩固了对CAD 软件的应用同时加深了对该设备的外形结构及内部构造的认识。
参考文献
（1）郝吉明，马广大主编《大气污染控制工程》，高等教育出版社；
（2）童志权主编《工业废气净化与利用》，化学工业出版社； （3）罗辉主编《环保设备设计与应用》，高等教育出版社； （4）黄学敏，张承中主编《大气污染控制工程实践教程》； （5）张殿印，王纯主编《除尘工程设计手册》，化学工业出版社； （6）黄里江，施云芬主编《市政环境课程设计指导与案例》；