淺談鍋爐煙氣脫硫噴淋塔的計算*

張永杰， 周　宇

(大峘集團有限公司， 江蘇 南京　211112)

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淺談鍋爐煙氣脫硫噴淋塔的計算*

張永杰， 周宇

(大峘集團有限公司， 江蘇 南京211112)

根據煙氣中二氧化硫的腐蝕特點、吸收劑的廉價性和來源廣泛性，借鑒了脫硫工藝的特性及在國內的實際應用，計算、設計了煙氣噴淋塔，實現石灰石濕法煙氣脫硫。

濕法煙氣脫硫; 噴淋塔; 石灰石

引言

為了治理日益惡化的大氣環境，控制SO2的排放勢在必行，中國已進行了多種脫硫技術的研究及應用。濕法脫硫是在煙道末端，采用噴淋塔內漿液劑洗滌煙氣，脫硫劑和脫硫產物均為濕態，脫硫反應在溶液中進行，鈣利用率高，脫硫效率可以達到90%以上，是目前國內外大型鍋爐首選的脫硫工藝。

1　設計參數計算

本文以陜西某鍋爐公司提供數據為例：煤的工業分析值相關參數：20 t/h鍋爐耗煤量為3000 kg/h，CY=66%(碳),HY=3.5%(氫),SY=2.5%(硫),OY=2.3%(氧),WY=7.7%(水分),AY=18%(灰分)均為質量分數。煙氣密度(標準狀態下)：1.34 kg/m3；空氣過剩系數：α=1.4

排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：18%；排煙溫度：160°

當地大氣壓力：97.86 kPa；冬季室外空氣溫度：-1℃

空氣的含水(標準狀態)按0.01293 kg/m3；煙氣其余性質按空氣計算

按鍋爐大氣污染物排放標準(GB13271-2001)中一類區標準執行：

煙塵濃度排放標準(標準狀態下)：80 mg/m3；二氧化硫排放標準(標準狀態下)：900 mg/m3

1.1鍋爐煙氣量計算

1.1.1標準狀態下理論空氣量

理論空氣量為

Qa′=4.76×(1.867CY+5.56HY+

0.7SY-0.7OY)(m3/kg)

式中CY，YY，SY，OY分別為煤中各元素所含的質量分數。

Qa′=4.76×(1.867×0.66+5.56×0.035+0.7×0.025-0.7×0.023)=6.80 m3/kg

1.1.2標準狀態下理論煙氣量

理論煙氣量為

Qs′=1.861(CY+0.375SY)+11.2HY+1.24WY+

0.016 Qa′+0.79 Qa′+0.8NY(m3/kg)

式中Qa′為標準狀態下理論空氣量(m3/kg)；WY為煤中水分的質量分數;NY為N元素在煤中的質量分數。

Qs′=1.861(0.66+0.375×0.025)+11.2×

0.035+1.24×0.077+0.016×6.80+

0.79×6.80+0.8×0=7.22m3/kg

1.1.3標準狀態下實際煙氣量

實際煙氣量為

式中α為空氣過量系數;Qs′為標準狀態下理論煙氣量(m3/kg);Qa′為標準狀態下理論煙氣量(m3/kg)。

Qs=7.22+1.016×(1.4-1)×6.80=

9.98m3/kg

Qs=9.98×3000=29951m3/kg

1.2標準狀態下煙氣污染物濃度的計算

1.2.1煙氣含塵濃度

煙氣含塵濃度為

式中dsh為排煙中飛灰占煤中不可燃成分的質量分數；AY為煤中不可燃成分的含量；QS為標準狀態下實際煙氣量(m3/kg)。

C=0.18×0.18/9.98=3.25×10-3kg/m3=

3.25×103mg/m3

1.2.2標準狀態下煙氣中二氧化硫濃度的計算

標準狀態下煙氣中二氧化硫濃度的計算公式為

CSO2=2SY×106/Qs(mg/m3)

式中SY為煤中硫的質量分數；Qs為標準狀態下燃煤產生的實際煙氣量(m3/kg)。

1.3脫硫除塵效率

1.3.1脫硫效率

脫硫效率為

式中CSO2為標準狀態下煙氣中二氧化硫濃度；Cs為排放標準中一類區允許二氧化硫排放最高標準，900 mg/m3。

η=1-900/4910=82%

1.3.2除塵效率

除塵效率為

式中C煙塵為標準狀態下煙氣中含塵濃度；Cs1為排放標準中一類區允許煙氣含塵排放最高標準，80 mg/m3。

η=1-80/3250=97.5%

2　噴淋塔的設計計算

噴淋塔通常采用鋼制立式圓筒塔槽一體結構，(如圖1所示)，其主體結構可分為煙氣入口、煙氣出口、吸收塔漿池。煙氣入口和煙氣出口之間的區域可稱為氣體區域，該區域又可分為噴淋區和除霧區。煙氣入口以下部分稱為吸收塔漿池，石灰石漿液在吸收塔漿池中可分為反應區、氧化區及晶體生長區。

圖1　噴霧吸收塔結構示意圖

2.1吸收塔殼體

吸收塔直徑尺寸主要由進入吸收塔的煙氣量和塔內的煙氣流速確定，一般認為吸收塔煙氣流速的合適范圍是2.6～3.4 m/s，大多取3 m/s。

2.2煙氣入口

煙氣入口為長方形，流速14～15 m/s(取14 m/s)。

2.3煙氣出口

3　噴淋系統設計

圓整取150 mm，反算，流速V2=2.4 m/s，符合要求。

圓整取95 mm，反算，流速V3=1.47 m/s，符合要求(如圖2所示)。

噴淋區選用空心錐噴嘴，材料為碳化硅，擴散角為90°，每層布置12個。

4　結束語

此次設計的目標是根據《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271-2001)對鍋爐煙氣進行脫硫除塵中的噴淋塔的計算與校核，從現有技術水平來看，完全可以達到要求，滿足排放標準的。為使各自系統互不影響，將脫硫與除塵兩個凈化過程分開進行。從成本來講，較脫硫除塵一體化設備高，但目前國家環保政策趨于嚴格，SO2排放收費增加勢在必行，脫硫除塵一體化設備要達到除塵脫硫“雙高”的要求有點勉為其難，而且由于脫硫與除塵放在一起進行，設備較易堵塞，運行維護困難。此次設計方案特別適合于集中供暖項目使用，容易控制成本，而且可以減少分散供熱帶來的嚴重的環境污染問題。設計過程中采用的治理技術都是目前先進、實用、成熟的技術，可以借鑒的實際經驗較多。

[1]陸耀慶.暖通風設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1987.

[2]黃學敏.氣污染控制工程實踐教程[M].北京：化學工業出版社，2005.

[3]姚雪龍.濕法煙氣脫硫噴霧吸收塔設計概要[J].硫磷設計與粉體工程，2007，(4)：19—22.

2015-10-30

張永杰(1987—)，男，助理工程師。電話：13512523255

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