氨法脱硫工艺

化工原理课程设计设计题目：氨法脱硫工艺路线设计指导教师：陈爱兵班级：制药112班组长：孙晓庆小组成员：刘利华、刘思佳、刘圆圆、齐贺军、石阔、樊世昊完成日期：2014年6月4日人员分工姓名学号负责领域刘利华110102219产品后处理、经济预算、制图刘思佳110102220烟囱与人梯的设置、制图、文字排版刘圆圆110102221经济预算、吸收塔尺寸及有关计算、设计 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 齐贺军110102222封头及裙座设计计算、制图、设计说明石阔110102223管道的选型及其计算、保温层设计孙晓庆110102224吸收塔尺寸及有关计算、制图、设计说明樊世昊110303103风机及泵计算与选型前言随着含硫燃料燃烧产生的SO2对环境的危害增大，氨法烟气脱硫工艺越来越受重视。本设计是采用氨做吸收剂除去烟气中的SO2，属于气液相反应，反应速率快，吸收剂利用率高，能保持脱硫效率95-99%，且无二次污染。氨在水中的溶解度超过20%。1995年氨法技术作为国家重点科技攻关项目列入“十五”863 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 。氨法脱硫副产品硫胺是一种性能优良的氮肥，适合我国农业大国的国情。氨回收法脱硫技术是拥有我国自主知识产权的脱硫技术，因而投资更少、从长远角度更有利于在我国长期和全面的推广。WithulfurfuelcombustionsincreaseresultinginSO2harmtotheenvironentserious,ammoniafluegasdesulfurizationprocessisbeingpayedmoreandmoreattention,.theprocessusesammoniainthefluegastoabsorbSO2,belongstothegasphasereaction,thereactionrateisfastandtheabsorbentutilizationishigh,95-99%desulfurizationefficiencycanbemaintained,andnosecondarypollution.Ammoniasolubilityinwaterismorethan20%.1995ammoniatechnologyasakeynationalscientificandtechnologicalprojectiscontainedinthe"15th"863plan.Thiamineammoniadesulfurizationbyproductisanexcellentnitrogenfertilizer,suitableforChina'snationalconditionsofagriculturalcountry.AmmoniaRecoveryActdesulfurizationtechnologyistohaveourownintellectualproperty,andthereforefactoriescanpaylessinvestmentandinlong-termperspective,itismoreconduciveandworthcomprehensivepromotion.目录前言....................................................I目录..................................................III第一章设计概论..........................................11.1产品现状.........................................11.2设计概况.........................................11.3编制依据.........................................11.4可行性分析.......................................2第二章脱硫技术介绍......................................42.1脱硫技术原理与工艺路线...........................42.1.1技术原理...................................42.1.2工艺路线...................................52.2喷淋塔概况.......................................52.2.1喷淋塔基本结构.............................52.2.2流向选择...................................72.2.3吸收剂的选择...............................72.3副产品后处理过程.................................7第三章塔设备计算说明....................................83.1物料衡算.........................................83.2塔内烟气流速....................................103.3塔内 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 状态下烟气量............................103.4喷淋塔设计......................................113.4.1喷淋塔塔高................................113.4.2喷淋塔的壁厚..............................173.4.3喷淋塔的塔径..............................203.4.4喷淋塔喷淋层..............................203.5保温层的设计....................................213.6手孔、人孔的设计................................233.7吸收塔封头的选择跟计算..............................24第四章工艺附属设备计算及选型...........................264.1烟囱的计算及选型................................264.2管道管径的计算及选型............................284.3增压风机的计算及选型............................284.4氧化风机的计算及选型............................314.5氨水输送泵的计算及选型..........................314.6浆液循环泵的计算及选型..........................324.7侧进式搅拌器....................................334.8翅式换热器......................................334.9操作平台和梯子的设计............................34第五章硫酸铵的后处理设备...............................385.1离心泵的设计....................................385.1.1离心泵的结构..............................385.1.2气缚现象..................................395.1.3离心泵的选型..............................395.2旋流器..........................................415.3喷雾干燥器......................................435.4脱硫塔贮存罐....................................44第六章副产品的处理.....................................456.1生产硫酸铵的结晶原理............................456.2影响硫酸铵结晶颗粒大小的因素...................456.3硫酸铵的相关计算................................47第七章成本结算与利润空间...............................487.1设备费用........................................487.2年运行费用......................................49第八章工艺安全防护及优化...............................528.1氨泄漏的预防和应急措施..........................528.2避雷措施........................................538.3工艺优化........................................53第九章设计心得.........................................54参考文献.................................................56附录...................................................57第一章设计概论1.1产品现状随着我国经济的发展，工业化生产日益增加，SO2的排放也逐渐增多。据统计，我国SO2排放量目前居世界首位。大量二氧化硫的排放，使我国的酸雨污染面积迅速扩大，经济损失严重，每年仅酸雨污染给森林和农作物造成的直接经济损失达几百亿元。为了进一步响应国家“十二五规划”的政策，进一步提升我国环境的整体质量，加快国产脱硫技术和设备的研究、开发、推广和应用，实现酸雨和SO2污染控制目标成为了首要目标。因此研究开发适合我国国情的烟气脱硫技术和装置，吸收消化国外先进的脱硫技术是当前的迫切任务。1.2设计概况本设计中所需处理的二氧化硫来源于铜矿冶炼，由于环保的要求，需3要将尾气中二氧化硫脱除。已知烟气排放量20万m/h；其中二氧化硫含3量为3000mg/m。其中，烟气成分复杂，除含有硫化物以外，还含有大量的电尘、HCl、HF等其他杂质。现采用氨法吸收脱硫的工艺，将二氧化硫3的排放量降低到标准要求50mg/m。1.3编制依据※设计任务书提供的技术支持※GB/T13201-91《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》※HJ462-2009《工业锅炉及窑炉湿法烟气脱硫工程技术规范》※JB/T1620-1993《锅炉钢结构制造技术条件》※JB/T1621-1993《工业锅炉烟箱烟囱制造技术条件》※GB50273-1998《工业锅炉安装工程施工及验收规范》※GB13271-2001《锅炉大气污染物排放标准》※GB3095-1996《环境空气质量标准》※GB/T5117-1995《碳钢焊条》※GB50041-2008《锅炉房设计规范》※DB65/2154-2004《燃煤锅炉大气污染物排放标准》1.4可行性分析确定 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理、生产可行的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：●工艺分析氨法脱硫技术优势明显，在脱除烟气中的二氧化硫时，不产生二氧化碳(钙法每脱除1吨二氧化硫的同时产生0.7吨二氧化碳）、废水、废液和废渣。氨法技术脱硫的同时具有脱硝能力，目前很多烟气脱硫装置经检测脱硝率均在30％以上，如果今后环保排放标准提高，目前的氨法装置略加改进，脱硝率可达50％。氨法脱硫装置可以利用原锅炉引风机的潜力，大多无需新配增压风机；即便原风机无潜力，也可适当进行风机改造或增加小压头的风机即可。因此系统耗电量较常规脱硫技术减少50％以上。●经济分析应对市场情况作适当的综合分析，估计产品目前和将来的市场需求。设计应符合能量充分有效合理利用和节能原则，符合经常生产费用和设备投资费用的综合核算最经济原则，符合有用物料高回收率、低损耗率原则，也即近代所提出的“优构低耗高效”原则。具体来说，就是设备费用与操作费用应尽量低。设备费用主要包括塔体、附属设备、管材费用与加工、基建费用等，也是初投资的一次性费用。操作费用主要为电能的消耗，以及各种物料、材料的消耗。降低生产成本是各部门的经常性任务，因此在设计时，每种设备型号的选定、零部件的设计，每一个工艺参数的确定，是否合理利用热能，采用哪种加热方式，以及钙硫比和其他操作参数是否选得合适等，都需要进行考虑。而对这两种费用的影响又往往是矛盾的，所以确定设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 要全面考虑，力求总费用尽可能低一些。因此，在进行选择时要结合具体条件，选定最佳方案。●性能分析先进性，应对目前工厂生产上和设备上存在的问题提出改进方案和改进措施，并尽可能采用国内外最新技术成果。安全性，对易燃、易爆、有腐蚀的物料，在设计时应格外注意，都应采用相应的设备与操作参数以确保。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。可靠性和稳定性，现代化生产应优先考虑运行的安全可靠和操作的稳定易控这一原则。采用可靠性强，易于控制和易保证安全生产的技术和设备。第二章脱硫技术介绍2.1脱硫技术原理与工艺路线2.1.1技术原理[1]氨法脱硫工艺是用氨吸收剂吸收烟气中的二氧化硫，吸收液经压缩空气氧化生成硫酸铵，再经加热蒸发结晶析出硫酸铵，过滤干燥后得产品。主要包括吸收、氧化和结晶过程。（1）吸收过程：在吸收塔中，烟气中的SO2与氨吸收剂接触后，发生如下反应:在吸收过程中所生成的酸式盐NH4HSO3对SO2不具有吸收能力，随着吸收过程的进行，吸收液中的NH4HSO3数量增多，吸收液的吸收能力下降，因此需向吸收液中补充氨，使部分NH4HSO3转化为(NH4)2SO3，以保持吸收液的吸收能力。（2）氧化过程氧化过程实际上是用压缩空气将吸收液中的亚硫酸盐转变为硫酸盐，主要的氧化反应如下:氧化过程可在吸收塔内进行，也可在吸收塔后设置专门的氧化塔。而在氧化塔中发生的氧化反应仅有上面第二步反应，这是由于吸收液在进氧化塔前已经过加氨中和，使其中的NH4HSO3全部转变为(NH4)2SO3，以防止二氧化硫逸出。（3）结晶过程氧化后的吸收液经加热蒸发，形成过饱和溶液，硫酸铵从溶液中结晶析出，过滤干燥后得副产品硫酸铵。加热蒸发可利用烟气的余热，亦可用蒸汽。2.1.2工艺路线近年来我国发展了烟气氨法脱硫，使工艺技术得到完善和提高。目前工业化运行的几种氨法烟气脱硫,虽具体设备结构及布局有所不同，但工艺流程基本相似，脱硫装置大体可分为脱硫液浓缩、二氧化硫脱除、空气[2]氧化及副产品回收四个系统，见图2-1。图2-1氨法脱硫工艺流程图2.2喷淋塔概况2.2.1喷淋塔基本结构喷淋塔的主要特点是氨水通过循环泵的作用从上向下喷射。将塔体与滤浆池设计成一个整体，滤浆池既是塔体的基础，也是收集下落浆液的容器。●喷淋塔喷淋层喷淋层设计首先要满足脱硫效率的要求，目前对于系统脱硫效率不低于95%的吸收塔，喷淋层设计配置为3-5层，在满足吸收SO2所需的比表面积的同时，满足不同锅炉负荷和含硫量的要求，同时把喷淋造成的压力损失减少到最小，采用较多的喷淋层设计，一次性建设的投资成本相对较高，[3]但负荷适应性和调节性能较好，运行经济性较好。●除雾器喷淋塔内的除雾器，在正常运行状态下除雾器出口烟气中的雾滴浓度3应该不大于75mg/m。除雾器一般设置在吸收塔顶部（低流速烟气垂直布置）或出口烟道（高流速烟气水平布置),通常为二级除雾器。除雾器设置冲洗水，间歇冲洗除雾器。氨法脱硫采用的主要是折流板除雾器，其次是旋流板除雾器。●喷淋塔的选材及防腐塔本体：碳钢16MnR钢材塔内部螺栓；螺母类：6%Mo不锈钢材料；塔内壁：衬里施工前经表面预处理，喷砂除锈；内衬材料：丁基橡胶板；塔内件支撑：碳钢衬丁基橡胶。●保温层岩棉板是以玄武岩及其它天然矿石等为主要原料，岩棉板经高温熔融成纤，加入适量粘结剂，固化加工而制成的。岩棉板产品适用于工业设备、建筑、船舶的绝热、隔音等。建筑用岩棉板具有优良的防火、保温和吸音性能。它主要用于建筑墙体、屋顶的保温隔音；建筑隔墙、防火墙、防火门和电梯井的防火和降噪。●离心泵离心泵一般由电动机带动，在启动泵前，泵体及吸入管路内充满液体。当叶轮高速旋转时，叶轮带动叶片间的液体一道旋转，由于离心力的作用，液体从叶轮中心被甩向叶轮外缘（流速可增大至15～25m/s），动能也随之增加。当液体进入泵壳后，液体流速逐渐降低，一部分动能转变为静压能，于是液体以较高的压强沿排出口流出。与此同时，叶轮中心处由于液体被甩出而形成一定的真空，而液面处的压强Pa比叶轮中心处要高，因此，吸入管路的液体在压差作用下进入泵内。叶轮不停旋转，液体也连续不断的被吸入和压出。●喷雾干燥器喷雾干燥是用雾化器将原料液分散成雾滴，然后用热空气干燥雾滴，而制成产品的一种方法。原料液可以是溶液、乳浊液和悬浮液体，可以是膏状物体或熔融状态物质。喷雾干燥与其他干燥方法相比，其干燥过程很快，通常为15~30秒，甚至几秒钟。2.2.2流向选择逆流运行有利于烟气与吸收液充分接触，但阻力损失比逆流式大。而顺流又可增大了烟气与雾化液滴的接触时间。为使过程具有最大的接触时间，吸收操作采用逆流吸收。另一方面使烟气逆时针方向进人脱硫塔，与通过雾化器以顺时针方向进人脱硫塔的浆液雾滴形成逆向运动，进一步保证雾滴与烟气气充分均匀接触反应。2.2.3吸收剂的选择吸收操作是气液两相之间的接触传质过程，吸收操作的成功与否在很大程度上决定于吸收剂的性质，特别是，吸收剂与气体混合物之间的相平衡关系。本课程设计设备选8%氨水作为吸收剂，易于获取，价格低廉，而且吸收效果较好。2.3副产品后处理过程塔内生成的亚硫酸铵溶液与氧化风机通入的空气进行氧化反应，亚硫酸铵全部被氧化成硫酸铵，氧化后的硫酸铵溶液通过离心泵流出浆液池，经旋流器脱水后的浆液经过离心机进一步脱水，此时，硫酸铵浆液质量分数为74%。含有水分200kg/h由喷雾干燥器进一步干燥（干燥后的产硫酸铵含水分<2%）,成品硫酸铵由自动包装机包装入库。第三章塔设备计算说明3.1物料衡算1、烟气含硫量3根据已知条件，通入的烟气量：G=20万m/h，含二氧化硫量3000mg/3m,则可计算出烟气中所含二氧化硫量为200000×3000=6×108mg/h=600kg/h。含硫量为600÷2=300kg/h。2、二氧化硫产生量按年8000工作小时计，二氧化硫的年产生量为4.8×106kg。3、脱硫量则湿法氨水脱硫年脱除二氧化硫量为4.72×106kg。4、硫平衡表3-1硫平衡进出烟气带入的硫量300kg/h净烟气中的含硫量5kg/h脱硫效率98.3%氨水吸收的SO2590kg/h进脱硫塔总的SO2600kg/h出脱硫塔（NH4）2SO41237.5kg/h5、配氨用水量依据热量守恒得：Cpm水T0-tm水Cpm烟气烟气V烟气T0-T1式中Cpm水—配氨用水在t下的比热容，2.22kjkg℃；t—配氨用水的初始温度，20℃；T0—烟气的进口温度100℃；kg/hm水—配氨用水量，；Cpm烟气—在操作温度下的烟气的比热容，1.02kjkg℃；3烟气—在操作温度下烟气的密度，1.29kgm；3V烟气—烟气的实际体20000mh；T1—出口烟气的温度，50℃。求得：1.021.2920000010050m水＝7.41th2.22100206、喷淋塔内的压降雷诺数Re=du=1660000>2000则液体在塔内呈湍流流动，相对摩擦系数=0.0008d图3-1摩擦系数与雷诺系数R的关系ee及相关粗糙的d由上图可知，摩擦系数λ=0.02塔内阻力:2lu’h=+4*hf=727.3Pa+4*100Pa=1127.3Pafλd2式中：—摩擦阻力系数，无量纲；v—塔内液体平均流速，m/s；—液体密度，Kg/m3；l—塔高，m；d—塔直径，’hf—每层喷淋塔阻力所以塔内压降的为1127.3Pa3.2塔内烟气流速高的烟气流速还可适当减少吸收塔和塔内件的几何尺寸，提高吸收塔的性价比。在吸收塔中，烟气流常为3～4.5m/s。许多工程实践表明，3.5m/s≤烟气流速（110%过负荷）≤4.2m/s是性价比较高的流速区域。综合考量，本设计塔内烟气流速取3.5m/s。。3.3塔内标准状态下烟气量3（1）吸收塔进口烟气量Va(m/s)计算根据标准状况下理想气体状态方程PV=nRT,将操作条件下的处理量换算成标准状况的处理量：273.15PVaV代入数据得：273.15T101.33烟气进口量为：81.33(m/s)故在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为3m=35.863000mg/m=244.0g/sSO2×244.0g/s3VSO=22.4L/mol=85.4L/s≈0.0854m/s264g/mol3（2）蒸发水分流量V2(m/s)的计算烟气在喷淋塔内被氨液直接淋洗，温度降低，吸收液蒸发，烟气流速3迅速达到饱和状态，烟气水分由6%增至13%，则增加水分的体积流量V2(m/s)为：33V2=0.07×81.33(m/s)=5.7(m/s)（标准状态下）（3）氧化空气剩余氮气量V3(m3/s)在喷淋塔内部氨液池中鼓入空气，使得亚硫酸铵氧化成硫酸铵，这部分空气对于喷淋塔内气体流速的影响是不能够忽略的，因此应该将这部分空气计算在内。假设空气通过氧化风机进入喷淋塔后，当中的氧气完全用于氧化亚硫酸氨或亚硫酸氢氨，即最终这部分空气仅仅剩下氮气、惰性气体组分和水汽。理论上氧化1摩尔亚硫酸氨或亚硫酸氢氨需要0.5摩尔的氧气。(假设空气中每千克含有0.23千克的氧气)3又VSO2=0.0854m/s质量流率GSO2=0.0854*1000/22.4*64g/s=0.244kg/s根据物料守蘅,总共需要的氧气质量流量GO2=0.244×0.5kg/s=0.122Kg/s该质量流量的氧气总共需要的空气流量为G空气=GO2/0.23=0.53Kg/s3标准状态下的空气密度为1.293kg/m33故V空气=0.53/1.293(m/s)=0.410(m/s)33V3=(1-0.23)×V空气=0.77×0.410m/s=0.316m/s综上所述，喷淋塔内实际运行条件下塔内气体流量33Vg=Va+V2+V3=81.33+5.7+0.316(m/s)=87.35(m/s)3.4喷淋塔设计3.4.1喷淋塔塔高喷淋塔塔高分为：除雾区高度、吸收区高度、浆液池高度以及烟气进出口塔高。1、喷淋塔除雾区（h1）设计（含除雾器的计算和选型）除雾器的选型折流板除雾器折流板除雾器是利用液滴与某种固体表面相撞击而将液滴凝聚并捕集的，气体通过曲折的挡板，流线多次偏转，液滴则由于惯性而撞击在挡板被捕集下来。通常，折流板除雾器中两板之间的距离为20-30mm，对于垂直安置，气体平均流速为2－3m/s；对于水平放置，气体流速一般为6－10m/s。气体流速过高会引起二次夹带。1）数量：2套2）类型：V型级数：2级3）作用：除去吸收塔出口烟气中的水滴，以便减少烟囱出烟口灰尘量。4）选材：外壳：碳钢内衬玻璃鳞片；除雾元件：阻燃聚丙烯材料（PP）；冲洗管道：FRP；冲洗喷嘴：PP。②除雾器的冲洗覆盖率冲洗覆盖率是指冲洗水对除雾器断面的覆盖程度。冲洗覆盖率一般可以选在100%～300%之间。冲洗覆盖率%=(n^∏*h^2tg^2α)/A*100%式中：n—喷嘴数量，23个，α—为喷射扩散角，902A—除雾器有效通流面积，20mH—冲洗喷嘴距除雾器表面的垂直距离，0.05m冲洗覆盖率%=(n^∏*h^2tg^2α)/A*100%=23^∏*0.05^2/15*100%=237%③为了使除雾器的雾滴去除率达到99.75%以上，根据吸收塔出口端（即除雾器入口端）雾滴颗粒直径的实际分布状况，直径大于17m的雾滴颗粒必须100％完全去除。综上所述，除雾区的最终高度确定为4.5m，即h1=4.5m2、喷淋塔吸收区的高度（h2）的计算[3]吸收区高度是最主要的，计算过程也最复杂，次部分高度设计需将许多的影响因素考虑在内。而计算喷淋塔吸收区高度主要有两种方法：达到一定的吸收目标需要一定的塔高。吸收区高度的理论计算式为h1=HOG×NOG(1)其中：HOG为传质单元高度：HOG=Gm/(Kya)（Kya为污染物气相摩尔差推动力的总传质系数，a为塔内单位体积中有效的传质面积。）NOG为传质单元数，近似数值为NOG=(y1-y2)/△ym，即气相总的浓度变化除于平均推动力△ym=（△y1-△y2）/ln(△y1/△y2)(NOG是表征吸收困难程度的量，NOG越大，则达到吸收目标所需要的塔高随之增大)。根据（1）可知：Gmy1y2Gmy1y2H=HOG×NOG=****kyaymkya(y1y1)(y2y2)*y1y1ln(*)y2y240.70.25kya=kYa=9.81×10GW（2）其中：y1,y2为脱硫塔内烟气进塔出塔气体中SO2组分的摩尔比，kmol(A)/kmol(B)**y1,y2为与喷淋塔进塔和出塔液体平衡的气相浓度，kmol(A)/kmol(B)3kya为气相总体积吸收系数，kmol/(m.h﹒kpa)x2，x1为喷淋塔浆液进出塔时的SO2组分摩尔比，kmol(A)/kmol(B)2Gm气相空塔质量流速，kg/(m﹒h)2W液相空塔质量流速，kg/(m﹒h)**y1,=mx1,y2=mx2(m为相平衡常数，或称分配系数，无量纲)2kYa为气体膜体积吸收系数，kg/(m﹒h﹒kPa)23kLa为液体膜体积吸收系数，kg/(m﹒h﹒kmol/m)式（2）中为常数，其数值根据表3-2。表3-2温度与值的关系温度/10152025300.00930.01020.01160.01280.0143含有二氧化硫的烟气通过喷淋塔将此过程中塔内总的二氧化硫吸收量平均到吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收塔的平均容积负荷――平均容积吸收率，以表示。首先给出定义，喷淋塔内总的二氧化硫吸收量除于吸收容积，得到单位时间单位体积内的二氧化硫吸收量。QC＝K0(3)Vh3式中：C—标准状态下进口烟气的质量浓度，kg/m—给定的二氧化硫吸收率，％；本设计方案为98.3％H—吸收塔内吸收区高度，mK0—常数，其数值取决于烟气流速u(m/s)和操作温度(℃)；K0=3600u×273/(273+t)[4]由于传质方程可得喷淋塔内单位横截面面积上吸收二氧化硫的量为：G（y1-y2）=kya×H×ym式中：G—载气流量（SO2浓度比较低，可以近似看作烟气流量）kmol/(m2.s)Y1,y2—进塔出塔气体中SO2的摩尔分数（标准状态下的体积分数）3Ky—单位体积内SO2以气相摩尔差为推动力的总传质系数，kg/(m﹒s)23a—单位体积内的有效传质面积，m/m.ym—平均推动力，即塔底推动力，△ym=（△y1-△y2）/ln(△y1/△y2)=G(y1-y2)/h1（5）吸收效率=1-y2/y1，按照排放标准，要求脱硫效率至少98%。二氧3化硫质量浓度应该低于mg/m（标状态）=G(y1-y2)/H=G*y1*/h1（6）64273又因为G=3600×**u22.4273t2将式子（5）的单位换算成kg/(m.s),可以写成64273=3600×*u*y1/h1（7）22.4273t10050在喷淋塔操作温度75C下、烟气流速为u=3.5m/s、脱硫效2率=0.9833前面已经求得原来烟气二氧化硫SO2质量浓度为a(mg/m)且3a=3000mg/m3已知标准状态时烟气进口量为Va为81.33(m/s)，在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为3m=81.333000mg/m=244gSO2×244g3VSO=22.4L/mol=85.4L/s=≈0.0854m/s264g/mol则根据理想气体状态方程，在标准状况下，体积分数和摩尔分数比值相等0.0854故y1=100%0.105%81.33烟气流速u=3.5m/s，y1=0.105%,0.983，t75C3[4]总结已经有的经验，容积吸收率范围在5.5-6.5Kg/（m﹒s）之间，3取=6kg/（m﹒s）代入（7）式可得642736.5=（36003.50.105%0.98）/h122.427375故吸收区高度h2=11.2m3、喷淋塔浆液池高度（h3）计算本设计中的液气比L/G是指吸收剂氨液循环量与烟气流量之比值3（L/m）。如果增大液气比L/G，则推动力增大，传质单元数减少，气液传质面积就增大，从而使得体积吸收系数增大，可以降低塔高，在一定的吸收高度内液气比L/G增大，则脱硫效率增大。但是，液气比L/G增大，氨液停留时间减少，而且循环泵氨液循环量增大，塔内的气体流动阻力增大使得风机的功率增大，运行成本增大。在实际的设计中应该尽量使液气比L/G减少到合适的数值同时有保证了脱硫效率满足运行工况的要求。湿法脱硫工艺的液气比的选择是关键的因素，对于喷淋塔，根据相关3文献资料可知液气比选择2.3L/m是最佳的数值。浆液池容量V1按照液气比L/G和浆液停留时间来确定，计算式子如下：3V1=(L/G)V×N×t1=2.3×87.35×480=96.5m式中：L/G—液气比，液气比是指吸收剂氨液浆循环量与烟气流量的比值（L/m3）。33VN—烟气标准状态湿态容积，m/h；VN=Vg=87.35m/st1—浆液停留时间，t1=2-8min取t1=8min=480s.选取浆液池内径略大于吸收区内径V1=0.25×3.14×D2×D2×h2=0.25×3.14×5.5×5.5×h2所以h3=6.5m4、喷淋塔烟气进出口高度（h4）设计根据工艺要求，进出口流速（一般为12m/s-30m/s）确定进出口面积，一般希望进气在塔内能够分布均匀，且烟道呈正方形，故高度尺寸取得较小，但宽度不宜过大，否则影响稳定性，因此取进口烟气流速为20m/s，而烟323气流量为87.35m/s，可得h4*20m/s=87.35m/s，所以h4=1.34m，2×1.34=2.68m(包括进口烟气和净化烟气进出口烟道高度)综上所述，喷淋塔的总高（设为H，单位m）等于喷淋塔的除雾区高度h1(单位m)、喷淋塔吸收区高度h2(单位m)、浆液池高度h3（单位m）和喷淋塔烟气进口高度h4（单位m）相加。因此喷淋塔最终的高度为H=h1+h2+h3+h4=4.5+11.2+6.5+2.68=24.9取整25m3.4.2喷淋塔的壁厚操作压力为2*101.325kPa=202.65kPa。由于操作压力不大，假设计算壁厚小于16毫米，根据课本《过程装备机械基础》附表12-1可知16MnR钢板在此操作温度下的许用应力为=170Mpa。对于浆液池部分由于浆液会对塔壁产生压力，因此计算时还要这部分压力考虑在内，同时假设塔内的计算压力取0.207MPa（2个标准大气压）32PC’=0.207+pgh（p为浆液密度1045kg/m，g=10m/s，h浆液池高度8.8m）所以PC’=0.207+（1045×10×8.8）/1000000=0.3MPa吸收塔（喷淋塔）的计算壁厚公式为：式中：Pc—计算压力，对于浆液池以上部分取2倍大气压，0.207MPaPC’=0.3MPaDi—圆筒或者球壳内径，为5500mm焊接接头系数，取=1.00C—壁厚附加量，取C=C1+C2C1—钢板厚度负偏差，mmC2—腐蚀裕量，mm1、对于喷淋塔顶部以下浆液池以上的部分（简称上部分）PcDiS=d=3.27mm2Pc根据取腐蚀裕量C2=1.00mm,查资料可得C1=0.25mm则C=C1+C2=0.25+1=1.25mm3.27+C=3.27+1.25=4.52mm圆整后取S=5.00mm因此脱硫塔上部分应该选用的壁厚为5.00mm的16MnR钢材，与上面的假设相符5.00mm〈16.00mm2、对于喷淋塔浆液池部分（简称下部分）Pc"DiS’=d=4.862Pc"根据取腐蚀裕量C2=1.00mm，查资料可得C1=0.5mm则C1+C2=0.5+1=1.5mm4.86+C=4.86+1.5=6.34mm圆整后取S’=7.0mm因此脱硫塔下部分应该选用的壁厚为7.0mm的16MnR钢材，与上面的假设相符7.0mm〈16.00mm3、喷淋塔计算壁厚的液压试验校核上部分：T=PT（Di+Se）/2Se(设计实验温度为200度，170Mpa)Ρ=1.25*P*P*[σ]/[σ]t=1.25*0.202Mpa*170Mpa/170Mpa=0.253MpaSe=Sn-C=5-1.25=3.75Di=5500mm故σΤ=ΡΤ（Di+Se）/2Se=0.253*（5500+3.75）/2*3.75=185.7Mpa而0.9φσs(σ0.2)=0.9*1*274=246.6Mpa因为185.7Mpa<246.6Mpa所以符合要求。下部分：σ1Τ=Ρ’Τ（Di+S’e）/2S’e《0.9φσs(σ0.2)Ρ=1.25*P*P*[σ]/[σ]t=1.15*0.292Mpa*170Mpa/170Mpa=0.365MpaSe=Sn-C=7-1.5=5.5Di=5500mmσ1Τ=Ρ’Τ（Di+S’e）/2S’e=0.365*（5500+5.5）/(2*5.5)=182.7Mpa0.8φσs(σ0.2)=0.8*1*274=219.2Mpa因为182.7Mpa<219.2Mpa所以符合要求。综上所述，设计的材料选择，壁厚计算数值和实验强度均符合实际操作要求。3.4.3喷淋塔的塔径根据锅炉排放的烟气，计算运行工况下的塔内烟气体积流量，此时要考虑以下几种引起烟气体体积流量变化的情况：塔内操作温度低于进口烟气温度，烟气容积变小；氨液在塔内蒸发水分以及塔下部送入空气的剩余3氮气使得烟气体积流量增大。本方案将氨液蒸发水分V2(m/s)和氧化风机3鼓入空气氧化后剩余空气流量V3(m/s)均计算在内，以上均表示换算成标3准准状态时候的流量为87.35m/s。假设喷淋塔截面为圆形，将上述的因素考虑进去以后，可以得到实际运行状态下烟气体积流量Vg，从而选取烟速u，则塔径计算公式为：3其中：Vg—实际运行状态下烟气体积流量，87.351m/sU—烟气速度，3.5m/s4Vg487.351因此喷淋塔的内径为Di5.64m取整到5.7mv3.143.53.4.4喷淋塔喷淋层湿法脱硫反应是在气体、液体、固体三相中进行的，反应条件比较理想，脱硫效率为98%以上时，氨硫比(NH3/S)一般略微大于2，最佳状态为2.2-2.5，而比较理想的氨硫比(NH3/S)为2.3-2.6.，因此本设计方案选择的氨硫比(NH3/S)为2.5。由上述得到的二氧化硫的量按1:2.5的比例可得吸收时所需的NH3为392kg/h。NH3H2O为807kg/h。8%的氨水密度为3970kg/m，所以8%氨水需用量为1.0083×104kg/h。根据液气比可得所需浆液量为200.9L/s。喷嘴系统管道采用FRP材质钢管，喷嘴采用反应连接碳化硅材料,是一种防腐防锈性能优良的陶瓷材料，最典型的应用是用来制造螺旋形喷嘴，本设计采用螺旋喷嘴。1、喷嘴喷管的计算则每层喷淋塔所用的浆液量为Q1=50.23L/s而单个喷嘴流量Qs65L/min50.23n6046个65所以喷嘴总个数为N=4×46=184个单喷管最大流量单喷淋层主喷管数D式中：max—为单喷淋管可选最大管径，0.04m；V—喷淋管内最大流速，6m/s23.140.040.046所以Qmax,sDmaxV7.536L/s44Nint(Q1Qmax,s)1int(423100036007.536)117个2、喷淋层在塔内覆盖率的确定喷淋层在脱硫塔内覆盖率为：3式中：AEFF—单层喷嘴在脱硫塔内的有效覆盖面积,取20mA—脱硫塔面积。A144.44则EFF100100566%A25.5满足喷淋要求的覆盖率需求。3.5保温层的设计1、设备的热损失计算式中：r1，r2—设备的内、外径（m）t1，t2—设备的内、外表面温度(度)1—设备材料的传热系数（w/(m.C)）H—设备筒体高度(m)2*3.14*14.81*13*407可得Q7.9*105.505ln5.52、设备的热损失价值设备的年正常运行小时数若为m，每单位热量的价值为b元，查资料为120元，则设备的年热损失价值为：W1=Q*m*b=7.5*10133、设备保温投资的年折旧费a、保温层的体积和投资22体积Vh(r3r2)''22投资Wh(r3r2)S13式中：S1—保温材料的价格(元/m)。经查资料可知岩棉为90.0元/平方米B—保护层的表面积和投资表面积F=2*3.14*r3*h投资W””=F*S23式中：S2—保护层的价格(元/m)，查资料为12元每平米c.设备保温的安装费用W”””=K1*W”+K2*W””式中：K1—保温层的安装费用系数。根据保温层的厚度选取，K1一般取0.5-1.1K2—保护层的安装费用系数根据保护层材料的不同，K2选取值也不同，白铁皮一般选取0.2。d.设备保温总投资W=W”+W””+W”””设备的保侃层使用年限若为X年则设备保温投资的年折旧费为为W2WX式中：X—保温层的使用年限，一般选取7-10年。4、设备保温的年损耗值设备保温的年损耗值为设备的热损失价值与设备保温投资年折旧费之和，即W3=W1+W2求W3最小值时的r3的值，则为设备保温层的最经济的半径。其保温层的厚度由下式算出：d=r3-r2r0.5553m5553mm可得3d=5553-5505=48mmd=5553-5507=46mm所以保温层应该买厚度为50mm的岩棉，保温层外包一层白铁皮做保温层的保护层。3.6手孔、人孔的设计1、手孔的设计手孔是手和手提灯能伸入得设备孔口，用于不便进入或不必进入设备便能清洗，检查，维修。可采用HG21514标准和HG21594标准（衬不锈钢），依据设计手册，本设计手孔采用165×4.5。2.人孔的设计人孔是安装或检修人员进出塔的唯一通道。人孔一般设在气液进出口处，另外在塔顶、塔釜也需要设人口。本设计在每层喷淋层处设置一个人孔，另外在塔釜处单设一个人孔，故一共要设置5个人孔。在设置操作平台的地方，人孔中心高度比操作平台高0.7m-1m。因为人孔开在立面，故在塔釜内部应设把手。把手一般以18～22mm的圆钢制造。人孔采用HG21514标准，该标准的压力范围0.6-6.4MPa，公称直径为400-600mm。衬不锈钢人孔，可采用HG21594标准。3.7吸收塔封头的选择跟计算封头是压力容器的重要组成部分，椭圆型封头由半个椭球壳和一个短圆筒（直边段）组成，因为封头的椭球部分经线曲率变化连续，所以应力分布比较均匀，易成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一，而蝶形封头的边缘应力远高于其他部位，受力不均匀，故在此塔体设计中塔体上部选择标准椭圆型封头。由于塔体较高，不用设计裙座，直接由水泥面支承，故下部用平板封头。封头靠双面焊接与塔体相连，并需要探伤。标准椭圆型封头的长轴长度跟短轴长度之比为2：1，形状系数K=1；操作压力为两个大气压，即0.203MPa故计算压力Pc=2Pa=0.203MPa椭圆型封头厚度计算公式：δ=Pc*Di/（2*[η]^t*Φ-0.5*Pc）由《过程装备机械基础》中表12-1可查，16MnR型钢板在此温度下的许用应力[η]^t为170MPa;采用双面焊接，接头系数Φ=1.00；封头直径Di=5.5m将以上数值带入厚度计算公式得：δ=4.92mm由于GB150规定，标准椭圆封头的有效厚度不得小于封头内直径的0.15%即8.25mm，故有效厚度δ1应为8.25厚度附加量：δ+C2=11.25C1=0δ+C1+C2=11.25圆整后：δn=12δe=δn-C=9椭圆型封头的最大允许工作压力[Pw]=2*δe*[η]^t*Φ/(0.5δe+Di)计算得Pw=0.556MPa>0.203MPa故脱硫塔的椭圆型强度足够，厚度为12mm。第四章工艺附属设备计算及选型4.1烟囱的计算及选型1、烟囱高度的计算具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量,且温度高于周围气温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。这相对增加了烟囱的几何高度，中国国家标准中规定：我国的《制定地方大气污染物排放标准技术》GB/T13201-91中对烟气抬升高度计算公式作如下规定：烟囱的有效高度H=烟囱的几何高度Hs+抬升高度H因此烟囱的有效高度为：HHsH式中：H—烟囱的有效高度，m；Hs—烟囱的几何高度，m；H—烟囱抬升高度，m。[5]参照国家标准，烟囱几何高度为Hs=60m2、烟气释放热计算根据GB/3480-1991计算公式，烟气释放热式中：QH—烟气热释放率，kw；Pa—大气压力，取邻近气象站年平均值；3Qv—实际排烟量，msTs—烟囱出口处的烟气温度，353K；Ta—环境大气温度，K；取环境大气温度Ta=293K，大气压力Pa=101.325kPaTQH0.35PaQv=0.35*101.325*87.346*60/353=526.507Kw.Ts3、烟囱直径的计算设烟气在烟囱内的流速为v20m/s，则烟囱平均截面积为：A=87.346/20=4.37m2则烟囱的平均直径d为：2.359m=2359mm取烟囱直径为DN2400mm，校核流速v得：v19.32m/s.4、烟气抬升高度计算当QH1700kw，烟气的抬升高度式中：Vs—烟囱出口处烟气排除速度，m/sD—烟囱出口直径QH—烟气热释放率，kw；Va—烟囱出口处环境平均风速，m/s由石家庄环保局查数据的Va=3m/s则求出抬升高度为49.87m则烟囱有效高度：HHsH=60+49.87=109.87m5、烟囱阻力计算烟囱亦采用钢管，其阻力可按下式计算：式中：——摩擦阻力系数，无量纲；取摩擦阻力系数0.02；v——管内烟气平均流速，m/s；——烟气密度，Kg/m3；取烟气的密度：1.29kg/m3；l——管道长度，m；d——管道直径，m2lvpm=0.02*109.87*19.32*1.29/(2.4*2)=220.43Pad24.2管道管径的计算及选型（1）管内烟气流速为vo20m/s，则管道直径d为：3式中：Q——烟气流量，m/h；v0——烟气流速，m/s；1.2——修正系数代入相关值得：d=2060mm（2）氨水输送泵的管道直径的计算3氨水输送泵的循环量10083kg/h氨水密度为970kg/m3所以氨水输送泵的循环量为Q0=10.39m/h，取为3310.39m/h=0.0029m/s。取喷头流速ui=3m/s所以取35mm的管道。（3）浆液循环泵的管道直径的计算每台浆液循环泵的循环量为50.23L/s。所以141mm的管道。（4）管道的选型管道采用碳钢钢管，选用型号为DN40。4.3增压风机的计算及选型[6]增压风机的工作任务是将原烟气引入脱硫系统，以稳定的出口压力通过管道进去输送。根据实际需要，增压风机的位置选在进入喷淋塔之前，一方面可以防止防腐不过关的问题，一方面可以大大降低初期投资。增压风机主要作用是克服烟气阻力。增压风机的主要参数包括流量（风量）Q、全压（风压）P、功率N及效率η。湿法脱硫系统中可按烟风道的流量Q和阻力(全压)两个参数选择合适的风机型号。增压风机选择计算原则：增压风机的风量应为设备满负荷工况下的烟气量的110％；增压风机的压头应为脱硫装置在设备满负荷工况下阻力的120％（并考虑10℃温度裕量下）。增压风机的主要形式：离心式、动叶可调轴流式、静叶可调轴流式三种形式。增压风机选型计算：⑴流量计算3风机入口处湿烟气流量为20万m/h；风机入口处烟气表压为大气压，风机入口处烟气温度为100℃。273.15Tin101325那么，QoQin273.15PinPk33即Qo=31.6万m/h=87.8m/s33增压风机的风量Q=1.1Qo=96.6m/s=347760m/h（2）全压计算通风机的风压与气体的密度成正比。增压风机的设计压力是基于所需压力值，并考虑20％裕量。要注意总压降△P加上脱硫系统后烟道与烟囱由于烟温下降而造成的压力损失，由此即可求出增压风机的压头P。增压风机的压头P为总压降△P和压力算损失之和。取管道流速u=3m/s。计算所需要的全压，可对通风机入口截面和塔出口截面做能量衡算3（以1m气体为基准），则有：阻力的计算雷诺数Re=du=1660000>2000则烟气在管道内呈湍流流动=0.0008相对摩擦系数d图4-1摩擦系数与雷诺系数R的关系ee及相关粗糙的d由上图可知，摩擦系数λ=0.02lu2进口烟道阻力hfλ=140Pad2lu2出口烟道阻力hfλ=151Pad2lu2烟囱阻力hfλ=258.14Pad2式中：——摩擦阻力系数，无量纲；v——管内烟气平均流速，m/s；3——烟气密度，Kg/m；l——管道长度，m；d——管道直径，从喷淋塔入口处至增压风机烟道、增压风机出口至吸收塔入口烟道、吸收塔（包括除雾器）、吸收塔出口至出口处烟道的阻力，求出湿法脱硫系统的总压降△P。Pzghf=1411Pa即P=(140+151+258.14+1411)×1.2=2352.17Pa增压风机的风压为2352.17Pa(3)电功率式中，Ne—电机功率，kW；3Q—风机的总风量，m/h；1--通风机全压效率，一般取0.5～0.7；2--机械传动效率，对于直联传动为0.95；—电动机备用系数，对引风机，=1.3；代入数据得：QPdNe=3477601.32319.8/(360010000.60.95)=3600100012511.09kw3则需使用型号为Y4-73-1ⅡNo29.5F（流量440874m/h，全压：4000pa，轴功率：585KW，效率：82%）的两台风机，一备一用。4.4氧化风机的计算及选型[7]氧化风机的作用是为吸收塔浆池中的浆液提供充足的空气。鼓风机主要有3类：离心鼓风机、轴流鼓风机和罗茨鼓风机。鼓风机的选用方法与离心通风机相同。亚硫酸铵与氧气摩尔比1:2。则所需氧气量V1=590103/3222.4/1000/=413m3/h则所需空气量V2=413/0.2=2065m3/h选用2台APF-3OO的罗茨风机，参数如下表，一台备用。4.5氨水输送泵的计算及选型本装置中，用含量8﹪的氨水，因此氨水循环量为10.4m3/h。根据装置的需要，氨水输送泵距离喷淋塔的水平距离为3m。那么可求出泵所需扬程为其水平距离与最高喷淋层的垂直距离及所有局部阻力之和。考虑富余情况，泵的扬程要超过最少需要扬程的20﹪。取氨水在管道的流速为u=3m/s.（1）阻力计算阻力∑Hf=直管阻力+弯管阻力2luHf=3.2md2g式中：——摩擦阻力系数；u——管内氨水平均流速，m/s；——局部阻力系数；l——管道长度，m；d——管道直径，m.（2）扬程P泵的扬程HHfZ1.2g则H=41m那么，由泵的参数表可以得出选用的泵为DF40#G×4。4.6浆液循环泵的计算及选型浆液循环泵（吸收塔再循环泵）用于吸收塔内氨水的再循环。浆液循环量为1691m3/h，又因为需要四台循环泵，即每台循环泵的循环量为422.75m3/h。（1）阻力计算阻力∑Hf=直管阻力+弯管阻力2luHf=2.1md2g式中：——摩擦阻力系数；u——管内氨水平均流速，m/s；——局部阻力系数；l——管道长度，m；d——管道直径，m.（2）扬程P泵的扬程HHfZ1.2g则H=38.6m那么，由泵的参数表可以得出选用的泵为DF40#G×4。4.7侧进式搅拌器工业搅拌器是非标设备，它的选型是要根据物料特性，工艺要求，罐体尺寸，然后确定搅拌的电