1、 平頂山工學院本科畢業(yè)設(shè)計 第 30 頁 循環(huán)流化床燒結(jié)煙氣工藝設(shè)計1 概述1.1 SO2的污染和控制現(xiàn)況1.1.1 SO2污染狀況20世紀60、70年代以來，隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展和礦物燃料消耗量的逐步增加，礦物燃料燃燒中排放的二氧化硫、氮氧化物等大氣污染物總量也不斷增加，導(dǎo)致了大范圍的酸雨的出現(xiàn)，酸雨中絕大部分物質(zhì)是硫酸和硝酸。我國酸雨中硫酸根和硝酸根的當量濃度之比約為64：1，這表明大量SO2的排放是降水成酸雨的主要原因。 污染最早發(fā)生在挪威、瑞典等北歐國家，直至幾乎覆蓋整個歐洲。美國和加拿大東部也是一大酸雨區(qū)，美國是世界上能源消費量最多的國家，消費了全世界近1/4的能源，美國每年燃燒的礦物

2、燃料排出的二氧化硫和氮氧化物也在世界前位。亞洲國家，尤其是中國，已成為全球SO2排放最多的國家和地區(qū)之一，1995年我國SO2排放量達2341萬噸，超過美國當年的2100萬噸，成為世界排放SO2第一大國。冶金行業(yè)是我國排放SO2的重點來源之一，約占全國SO2排放總量的5%6%，燒結(jié)工藝過程產(chǎn)生的SO2排放量約占鋼鐵企業(yè)年排放量40%60%，控制燒結(jié)機生產(chǎn)過程SO2的排放，是SO2污染控制的重點。1.1.2 SO2控制現(xiàn)狀為綜合控制SO2的污染，國際社會提倡包括煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)換和煙氣凈化各個方面技術(shù)在內(nèi)的清潔煤技術(shù)。這是解決二氧化硫排放的最為有效的一個途徑。美國能源部在20世紀80年代就把開

3、發(fā)清潔能源和解決酸雨問題列為中心任務(wù)，從1986年開始實施清潔煤計劃。日本、西歐國家則比較普遍的采用了煙氣脫硫技術(shù)。我國是發(fā)展中國家，隨著全國燃煤和燃油電廠的持續(xù)增長，SO2排放量的不斷增加。中國環(huán)境保護21世紀議程頒布后，對其中的固定源大氣污染的控制，建議采取如下以行動方案。（1）推廣應(yīng)用循環(huán)流化床燃燒脫硫成套技術(shù)和火電廠煙氣脫硫技術(shù)；（2）發(fā)展燃煤電站SO2控制技術(shù)，其中包括大型流化床；燃燒脫硫技術(shù)、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)、路內(nèi)噴鈣技術(shù)并建立示范工程；（3）綜合控制SO2面源污染（煙囪高度40m），相應(yīng)技術(shù)包括興煤燃燒成套技術(shù)、循環(huán)流化床燃燒技術(shù)、濕式脫硫除塵技術(shù)和顱內(nèi)噴鈣技術(shù)等。1.1.3

4、 中國控制SO2污染的政策從20世紀70年代以來，削減燃煤窯爐SO2排放量，一直是我國SO2污染控制技術(shù)研究的重點，國家“七五”、“八五”、“九五”科技攻關(guān)項目中，將燃煤SO2污染控制列為重點研究課題。1997年1月12日國務(wù)院批準了酸雨控制區(qū)和SO2污染控制區(qū)劃分方案，要求各污染企業(yè)“在2010年前分期分批建成脫硫設(shè)施或采取具有相應(yīng)效果的減排SO2的措施”。國家環(huán)保局全國環(huán)境保護工作（19982002）綱要中明確要求“集中優(yōu)勢力量，對煙氣脫硫、高濃度有機廢水處理和生態(tài)退化防治等技術(shù)進行攻關(guān)；加強環(huán)保科技成果篩選和推廣，開發(fā)污染防治的成套技術(shù)設(shè)備，建設(shè)一批示范工程”。2001年10月，國家經(jīng)濟

5、貿(mào)易委員會組織制定了環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十五”規(guī)劃，并對“十五”期間我國環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了具體規(guī)定:在大氣污染防治領(lǐng)域，“重點發(fā)展?jié)穹摿蚬に?，以滿足大容量、高參數(shù)火電機組煙氣脫硫的需要；適當發(fā)展煙氣循環(huán)流化床脫硫、噴霧干燥脫硫、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化脫硫、電子束脫硫等工藝，以適應(yīng)中小機組和老機組的煙氣脫硫。”1.2 煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展目前國內(nèi)外較為經(jīng)濟實用的脫硫途徑包括：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫即煙氣脫硫。各國研究的脫硫方法已經(jīng)超過一百多種，其中有的進行了中間試驗，有的還處于實驗室研究階段，已用于工業(yè)生產(chǎn)的只有十余種。目前應(yīng)用的煙氣脫硫方法大致上有三類：干法脫硫、半干法脫硫和濕法脫硫。根據(jù)

6、對脫硫生成物是否可以繼續(xù)使用，脫硫方法還可分為拋棄法和回收法兩種。根據(jù)凈化原理和流程來分類，煙氣脫硫又可分為下列三種。（1）用各種液體和固體物料吸收和吸附廢氣中的SO2；（2）將廢氣中的SO2在氣流中氧化為SO3，在冷凝吸收制成硫酸；（3）將廢氣中的SO2在氣流中還原為硫。1.2.1 國外研究動態(tài)為了防治SO2污染和酸雨污染，各國均致力于開發(fā)先進的煙氣脫硫技術(shù)。目前已形成工業(yè)化運行的煙氣脫硫技術(shù)主要有：以日本為代表的濕式石灰-石灰石法專利技術(shù)，以日本和意大利為代表的濕式氨法專利技術(shù)，以美國為代表的氧化鎂脫硫工藝技術(shù)，以英國為代表的堿式硫酸鋁法專利技術(shù)，以美國為代表的噴霧干燥法專利技術(shù)，以美國和

7、芬蘭為代表的噴鈣專利脫硫技術(shù)，以德國為代表的循環(huán)流化床脫硫?qū)＠夹g(shù)，以及以美國為代表達標的荷電干式吸收劑噴射脫硫技術(shù)專利技術(shù)等。后四種脫硫技術(shù)屬干法脫硫技術(shù)。開發(fā)的。該公司是世界上第一臺循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)者，現(xiàn)有把循環(huán)流化床技術(shù)引入煙氣脫硫領(lǐng)域，取得了良好的效果，德國的Wulff公司在該技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)了回流是循環(huán)流化床技術(shù)，丹麥FLS.Miljo公司開發(fā)的氣體懸浮吸收技術(shù)也得到了工程應(yīng)用。CFB 工藝是近年來新興起的具有世界先進水平的脫硫技術(shù)。具有干法脫硫的許多優(yōu)點，如投資少、占地面積小、流程簡單，而且可在較低的鈣硫比下達到于濕法脫硫技術(shù)相近的脫硫效率，并能同時達到除塵效果。國外循化床煙氣脫

8、硫(CFB)工藝技術(shù)是20世紀80年代末由德國魯奇公司研究開發(fā)的，該公司是世界上第一臺循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)者，現(xiàn)又把循環(huán)流化床技術(shù)引入煙氣脫硫領(lǐng)域，取得了良好的效果，德國 公司在該技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了回流式循環(huán)流化床技術(shù)，丹麥FLS.Miljo公司開發(fā)的氣體懸浮吸收技術(shù)也得到了工程應(yīng)用。CFB工藝是近年來新興起的具有世界先進水平的脫硫技術(shù)，具有干法脫硫的許多優(yōu)點，如投資少、占地面積小、流程簡單，而且可以在較低的鈣硫比下達到與濕法脫硫技術(shù)相近的脫硫效率，并能同時達到除塵效果。1.2.2 國內(nèi)研究動態(tài)CFB工藝技術(shù)在國際山已趨于成熟。目前國內(nèi)在這方面的基礎(chǔ)工作已經(jīng)起步。清華大學“煤的高效低污染燃燒”

9、國家重點實驗室作了約400m3/h煙氣量的機理實驗研究，東南大學熱能工程研究所也完成了模擬中試試驗研究，試驗規(guī)模200m3/h吸煙建筑科技大學1993年率先在國內(nèi)開展了CBF研究開發(fā)，并兩次獲原冶金工業(yè)部科學研究基金贊助，在完成300m3/h煙氣量的實驗室機理研究的基礎(chǔ)上，1997年與鞍山鋼鐵公司合作，在鞍鋼工業(yè)窯爐現(xiàn)場完成了5000m3/h煙氣量的半工業(yè)性試驗，取得了階段性研究成果，在CFB煙氣除塵脫硫技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域，居國內(nèi)領(lǐng)先水平。2002年又獲國家自然科學基金(50174042)贊助，重點研究循環(huán)流化床脫硫的工業(yè)運行參數(shù)。從煙氣脫硫技術(shù)看，目前國內(nèi)外的發(fā)展趨勢是：由濕法向干法、半干法發(fā)展，

10、由單一脫硫相同式除塵脫硫發(fā)展，由單一托流向同時脫硫脫硝發(fā)展。1.3 循環(huán)流化床脫硫工藝特點循環(huán)流化床煙氣脫硫工藝的吸收劑可以用生石灰在現(xiàn)場進行干消化所得到的氫氧化鈣細粉，也可用廢堿液或電石渣，從而節(jié)省費用，減少克能源消耗，是運行費用大為降低。該工藝是一種干法流程，所以不像濕法、半干法那樣需要有許多龐大的貯存罐、易磨損的漿液輸送泵等組成復(fù)雜的吸收劑制備、輸送系統(tǒng)，從而大大簡化了工藝流程。脫硫產(chǎn)物性質(zhì)穩(wěn)定，可以作為建筑材料使用，也可以進一步綜合利用。該工藝通過吸收劑的多次再循環(huán)，延長吸收劑于煙氣的接觸時間，提高了吸收劑的利用率，具有流程簡單、占地少、投資小等優(yōu)點，而且能在較低的鈣硫比 情況下接近或

11、達到濕法工藝的脫硫效率。1.4循環(huán)流化床法的反應(yīng)機理 1.4.1固體流態(tài)化機理固體顆粒的流動性差，若采取某種措施使顆粒也像流體一樣成呈流動狀態(tài)，這種操作就成為固體流態(tài)化，進行流態(tài)化操作的設(shè)備交流化床。當氣體自下而上通過床層時，隨著床層物料顆粒的特征，床層幾何尺寸、氣流素等參數(shù)改變，其流態(tài)化狀態(tài)不同。當改變空床氣速時，固體流態(tài)化過程可大致分為固定床、流化床和氣力輸送三種情況。（1）固定床狀態(tài)：在一個床內(nèi)，當空床氣速較小時，固體顆粒靜止不懂，氣體從物料顆粒間的縫隙穿過。（2）流化床狀態(tài)：當床速增加到一定值后，固體顆粒開始松動，且顆粒位置也在一定區(qū)間進行調(diào)整，床層略有膨脹，床內(nèi)空隙率開始增加，但固體

12、顆粒仍保持接觸，開始進去流化狀態(tài)，此時的氣流速度稱為臨界流化速度umf，當空床氣速超過umf時，顆粒完全懸浮在向上的氣流中，并在床層上形成一明顯的上界面，即床層的密相段，這是床內(nèi)氣固兩項進行傳質(zhì)與傳熱的主要區(qū)域，在密相段中的固體看起來像沸騰著的液體，并且在很多方向具有液體的性質(zhì)。（3）氣力輸送狀態(tài)：當空床氣速升高到一定值后，流化床上界面消失，床層空隙率劇增，顆粒分散懸浮在氣流中，被氣流帶走，其相應(yīng)氣速成為最大氣速ut，或稱顆粒的終端速度。由上可知，要維持床層處于良好的流化床狀態(tài)和脫硫效果，氣流速度應(yīng)處于umf與ut之間，且保持足夠反應(yīng)時間和較小的壓力損失。1.5化學反應(yīng)機理（1）SO2被水吸收

13、的化學反應(yīng)機理 SO2溶于水，發(fā)生下列反應(yīng)SO2(g) + H2O = H-+HSO3- （2）CaO吸收劑的水合反應(yīng) 流化床內(nèi)此反應(yīng)吸收劑CaO與噴入的霧化水之間進行，反應(yīng)式為CaO(s) + H2O(l) = Ca(OH)2 + 273.21cal/g(1143.11J/g) 56.08 18.016 74.096 g/mol由上式知，每克CaO與0.321g H2O反應(yīng)生成1.3213g Ca(OH) ，放出273.21cal的熱量。CaO的水合反應(yīng)是一個劇烈放熱反應(yīng)。當CaO與水接觸，CaO對水產(chǎn)生劇烈親和反應(yīng)，把水吸進固體孔隙中，激發(fā)大量的熱，在粒子內(nèi)部產(chǎn)生強大的膨脹力，使顆粒迅速分

14、裂破碎，變?yōu)樾☆w粒。（3）CaO與SO2、O2的反應(yīng)CaO(s) + SO2(g) + O2 = CaSO4(s)G0 -144.4 -71.65 0 -315.68kal/mol(1320.8kJ/mol)由熱力學觀點來看，反應(yīng)速度受反應(yīng)條件（如溫度，濃度）的嚴格限制，在760以下時，CaO與SO2、O2的反應(yīng)緩慢，當溫度在760以上時，此反應(yīng)變得顯著，溫度不斷升高，反應(yīng)速度增加非常緩慢。（4）Ca(OH)2與SO2的反應(yīng)Ca(OH)2(s) + SO2(g) = CaSO3(s) + H2O(g)此反應(yīng)在590條件下，可以直接完全進行。對于以除去SO2來說，溫度應(yīng)保持在480650范圍內(nèi)，

15、若反應(yīng)溫度低于480時，反應(yīng)幾乎就無法進行。但是，當氣相中存在一定量水分時，即使反應(yīng)溫度小于120時，反應(yīng)也是可以進行的。KlingSper首先系統(tǒng)研究了溫度對脫硫效率的影響，并認為溫度是此反應(yīng)最為重要的影響因素。反應(yīng)在420以下進行時，脫硫效率受溫度影響不大，雖然Ca(OH)2與SO2的反應(yīng)隨溫度升高，反應(yīng)速率有所提高，但溫度不超過420時，影響不顯著。CaO、SO2的水合反應(yīng)是個極快的放熱反應(yīng)，只要溫度足夠，大多數(shù)CaO將迅速反應(yīng)生成Ca(OH)2。SO2在水中溶解受溫度限制，但在有堿離子存在時，其溶解度大大增加。在 CFB系統(tǒng)中，水直接吸收SO2的量遠遠低于Ca(OH)2在濕潤狀態(tài)下吸收

16、SO2的量。SO2與CaO反應(yīng)在高于800溫度下反應(yīng)劇烈，在較低溫度且沒有水分濕潤條件下，反應(yīng)不明顯。即使在較低溫度下（低于120）。只要存在足夠水分，Ca(OH)2與SO2的反應(yīng)充分。（5）循環(huán)流化床脫硫綜合反應(yīng)機理 綜上所述，在CFB系統(tǒng)中脫硫的主要化學反應(yīng)可表示為CaO(s) + H2 O (l) = Ca(OH)2(s)Ca(OH)2 (s) + SO2 (g) + H2 O (l) = CaSO3(s) + 2H2 O(g)CaSO3 + O2 = CaSO4由反應(yīng)式可以看出，直接影響脫硫效率的因素是氧化鈣和水分的含量。該流比較高時，反應(yīng)是氧化鈣過量，二氧化硫就能得到較高的去除率。水

17、含量有利于氫氧化鈣生成，能促進二氧化硫吸收。由小試試驗結(jié)果可知，CFB反應(yīng)其中噴入的水使氧化鈣表面CFB形成氫氧化鈣，煙氣因為水的蒸發(fā)而冷卻，氧化鈣與水反應(yīng)很快，床內(nèi)固體主要是氫氧化鈣和脫硫或的產(chǎn)物，氣固反應(yīng)開始發(fā)生在吸收劑粒子外表， 隨著反應(yīng)進行，反應(yīng)向內(nèi)部移動。由于磨損（特別是在濕潤條件下），小粒子不斷被煙氣帶出床外，床中不斷發(fā)生變化。維持床中的恒定，是CFB反應(yīng)器正常運行的基礎(chǔ)。在噴水條件下，粒子的磨損機理對CFB反應(yīng)器正常運行具有重要意義，而噴水量對粒子磨損破碎機脫硫效率有重要影響。2 設(shè)計方案2.1設(shè)計目的本設(shè)計著眼于燒結(jié)煙氣排放二氧化硫的總量控制，力求實現(xiàn)技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理，設(shè)

18、計出適合我國國情的燒結(jié)機和其他工業(yè)窯爐的煙氣脫硫新工藝和新裝備。2.2設(shè)計參數(shù)裝置容量：處理燒結(jié)煙氣量10000m3/h煙氣溫度：100200 （本設(shè)計按160工況設(shè)計）煙氣壓力：8000Pa煙氣中二氧化硫濃度：300500mg/m3煙氣中含塵濃度：3.65g/m3煙氣中粉塵真密度：4.21 g/m3表2 粉塵粒徑分布表 粒徑/m>4040303020201010551<1質(zhì)量分數(shù)/%58.5當?shù)貧庀髼l件如下。冬季室外采暖計算溫度：18；冬季室外通風計算溫度：10；冬季室外空氣相對濕度：61%；冬季當?shù)卮髿鈮毫Γ?.1MPa；冬季室外平均風速：

19、3.5m/s；夏季室外通風計算溫度：28；夏季室外相對濕度：76%；夏季當?shù)卮髿鈮毫Γ?.099 MPa；夏季室外平均風速：3.1m/s；2.3系統(tǒng)方案確定本設(shè)計是在鋼鐵廠燒結(jié)機煙氣抽出一部分以后，形成獨立的工業(yè)性示范子系統(tǒng)，其工藝流程為：燒結(jié)煙氣 預(yù)除塵器 風機 循環(huán)流化床 旋風分離器 去除塵器設(shè)備本次設(shè)計，充分考慮占地面積的合理性和充分利用性。通過初步計算，試驗基地的占地面積為140m2。 設(shè)計內(nèi)容的主體為循環(huán)流化床系統(tǒng)，主要包括預(yù)旋風除塵器，風機，電動機，流化床，進料裝置，控制裝置（噴霧嘴等），測試裝置（壓力，溫度，濕度等），氣流分布板，視孔，旋風除塵器等，還包括在實驗過程中要用到的其他

20、必備裝置。2.4預(yù)期目標本次設(shè)計通過對二氧化硫的濃度的控制使二氧化硫總量達標，設(shè)計脫硫效率90%以上；在控制二氧化硫達標的同時，也使粉塵排放達到國家標準。3設(shè)計計算3.1流化床系統(tǒng)3.1.1空塔氣速的確定臨界流化氣速的計算公式為（m/s） （3 1）式中 umf 臨界流化氣速，m/s dp 顆粒平均直徑，m s 固體顆粒密度，kg/m3 v 氣體運動黏度，m2/s上式的使用界定條件是雷諾數(shù)Re必須小于10，即 （3 2）當計算出umf的帶入式（3 1），計算得Re10 ，則必須進行修正。修正方法是，先計算出Re，代入式 ，則 （3 3）計算出F值后，再將式（3 1）計算出的umf乘以F ，記得

21、所求得臨界流化氣速。用生石灰作為吸收劑，其主要成分是CaO 。加入流化床的生石灰粒徑為23m，可取為2.5m，堆積密度s= 2666.2kg/m3 。在溫度為160時，煙氣（近似取空氣）的密度為f=0.815 kg/m3，黏度 。將上述數(shù)據(jù)代入式（3 1），得(m/s)此時 所以需要修正。所以，(m/s)對于球形顆粒，Cd與Re的關(guān)系及ut的表達式如下。當2<Re<500時 ， （3 4）其中，Cd為與雷諾數(shù)有關(guān)的曳力系數(shù)。則 (m/s)最大流化速度與臨界流化速度的比值ut/umf=14.80，根據(jù)umf<uf<ut，并且uf=(1052.5) umf則uf=2.0 u

22、mf=2×1.53=3(m/s)3.1.2 流化床直徑的計算將 （3 5）得D=1.09m圓整為D=1.10m，用式（3 6）重新核算空塔氣速。 (m/s) （3 6）代入數(shù)據(jù)，得uf=2.93m/s3.1.3 流化床高度的計算流化床高度L指從氣體分布板到氣體出口的高度，由流化床高Lf，穩(wěn)定段高度Ld以及分離高度TDH確定，即（1）臨界流化床高度L0根據(jù)試驗研究結(jié)果，確定本設(shè)計得流化床內(nèi)的物料質(zhì)量ms=272.22kg。由公式(m)上式中c為吸收劑的堆積密度，單位kg/m3。其計算過程如下：生石灰的真密度為2408.9 kg/m3，由試驗知，其空隙率大致上為0.49，則其堆積密度為

23、(kg/m3)通過試驗知沙子的堆積密度c砂子=1370.1 kg/m3 。所以吸收劑（生石灰與沙子的混合物）堆積密度為 (kg/m3)根據(jù)式 （3 7） 式中 dp 固體顆粒的平均直徑，m L0 臨界流化床高度，m DT 流化床直徑，muf 膨脹比為1.5時的表觀氣速，m/sf ，p 分別為氣體和顆粒的密度，kg/m3 氣體的黏度，kg/ms將各數(shù)據(jù)代入，得因為DT=1.100m，所以， (m)，即在靜止床高為0.77m以內(nèi)時，流化床都可以操作。所以，L0=0.22m符合要求，本設(shè)計中取L0=0.25m，就是流化床的靜止高度，即臨界流化床高度。（2）流化床高Lf根據(jù)流化床的特性，選取適當?shù)呐蛎?/p>

24、比R=1.5，所以，Lf = R×L0=1.5×0.25=0.38 (m ) 。（3）穩(wěn)定段高度在流化床設(shè)計中，一般考慮在稀相段高度之上增加一段高度，是床層穩(wěn)定操作，穩(wěn)定段高度取決于床層的穩(wěn)定性以及密相床層的高度變化等，一般由經(jīng)驗來定，本設(shè)計中取Ld= 1m 。（4）分離高度TDHTDH的計算式為 （3 8）式中 u 流化床操作速度，m/s代入數(shù)據(jù)得， (m) 如果床體太高，會增加相當大的基礎(chǔ)投資，且消耗很大的動力，在本設(shè)計中去近似TDH的高度的一半，即TDH=7.12m。為防止粉塵隨氣流流出流化床，特在流化床的出口處設(shè)置擋板。（5） 流化床總高綜上所述，流化床總高為 L=

25、Lf+Ld+TDH=0.38+1+7.12=8.50 (m)3.1.4 床重計算（1）流化床出口揚析量的確定 本設(shè)計采用揚析量與床重的比例為0.15。由流化床靜止床高為0.25m，可計算出床重為 (kg)所以，流化床出口揚析量為303.08×15% =45.46 (kg/h)。（2）補充新料量與回料量的確定 根據(jù)所選除塵器的除塵效率為85%，除塵器的排放速率為 (kg/h)二氧化硫在150時，密度為1.8719g/L，在200時，密度為1.6755g/L。用內(nèi)差法，計算160時二氧化硫密度為 (kg/m3)按脫硫效率為95%來計算，裝置進口煙氣濃度最高為500mg/m3，在T=160

26、下，將體積濃度換算為質(zhì)量濃度，則C=500×10-6×1.8326×0.95×10000=8.705 (kg/h)設(shè)CaO的濃度為x，由主要反應(yīng)方程CaO(s) + H2 O (l) = Ca(OH)2(s)Ca(OH)2 (s) + SO2 (g) + H2 O (l) = CaSO3(s) + 2H2 O(g)即CaO(s) SO2 (g) CaSO3(s)56 64 120x 8.705 y所以 (kg/h)( kg/h)CaO的濃度為7.62kg/h 試驗用生石灰成分見下表，可知CaO在生石灰成分中占的比例是71.83%，所以所需生石灰的質(zhì)量為

27、(kg/h)表2 生石灰成分分析表 吸收劑名稱粒徑/mCaO/%MgO/%CaSO4/CaCO3真密度/gcm生石灰020071.332.500.693.782.4098試驗中沙子加入比例為砂子質(zhì)量：活性石灰=1：2，所以固體物料加入總量為 (kg/h)假設(shè)在流化床里面有20%的CaSO3被氧化為CaSO4，則根據(jù)反應(yīng)方程式，生成量CaSO3 + O2 = CaSO4 120 136 16.41 所以CaSO4的生成量為 (kg/h)亦即在流化床中反應(yīng)1h以后生成的CaSO3質(zhì)量為m1=16.41×0.8=13.13(kg/h)產(chǎn)生的CaSO4的質(zhì)量為m2=3.72(kg/h)所以反

28、應(yīng)的增量為 m1+m2-x=13.13+3.72-7.62=9.23(kg/h)綜上所述，可知所需要的新物料量為16(kg/h)，流化床揚析量為45.46(kg/h)；回料量為20.3(kg/h)3.2 流化床系統(tǒng)的其他構(gòu)件3.2.1 氣流分布板氣流分布板的作用是保證流化床具有良好而穩(wěn)定地流化床狀態(tài)。氣流分布板應(yīng)滿足以下四個條件：（1）均布氣流，壓降小，不產(chǎn)生“溝流” ；（2）必須使流化床有一個好的初始流化狀態(tài)，消除“死角” ；（3）在長期的操作中不堵塞和磨蝕；（4）停運時固體物料不大量下漏。流化床氣流分布板的型式和開孔率對流態(tài)化效果影響很大，當開孔率較小時，床層氣相密度較為均勻，氣泡較小，氣

29、固相接觸較為密切而氣體溝流較小，但阻力較大?？紤]到系統(tǒng)許用壓降的情況下，選用單層多孔板形式，其上加一層金屬絲網(wǎng)，以減少物料的漏失。由流化床的半徑得氣流分布板的面積為代入數(shù)據(jù)得 (m2)3.2.2 螺旋進料器的選型螺旋輸送機由螺旋機本體、進出料口及驅(qū)動裝置三大部分組成。螺旋機本體由頭部軸承、尾部軸承、懸掛軸承、螺旋、機殼、蓋板、及底座等組成。驅(qū)動裝置由電動機、減速器、聯(lián)軸器及底座組成。本次設(shè)計選用GX型螺旋輸送機。它是定型產(chǎn)品，螺旋直徑有150、200、250、300、400、500、600mm七種，機長370m，級差為0.5m，可在環(huán)境溫度為2050的條件下，以小于20°的傾角單項輸

30、送溫度低于200的物料。 型螺旋輸送機按結(jié)構(gòu)可分為頭節(jié)、中間節(jié)和尾節(jié)三部分。每一部分又有幾種不同的長度，依不同的輸送長度可組成一臺完整的螺旋機。GX型螺旋輸送機按使用場合要求的不同，分為S制法和D制法兩種。S制法帶有實體螺旋面的螺旋，其螺距等于直徑的0.8倍;D制法帶有帶式螺旋面的螺旋，其螺距等于直徑。GX型螺旋輸送機按驅(qū)動裝置裝配方法不同，分為右裝和左裝兩種。右裝站在電動機尾部向前看，減速器低速軸在電動機右側(cè)；左裝站在電動機尾部向前看，減速器低速軸在電動機左側(cè)本次設(shè)計采用S制法，右裝。（1）螺旋直徑的計算 螺旋直徑為 （3 9)式中 D 螺旋直徑，mQ 輸送能力，根據(jù)前面所計算得的數(shù)據(jù)，在這

31、里考慮最大輸送量，即假設(shè)氣流全部把物料從床體內(nèi)吹出。Q=305.2×94.4%=288.11 (kg)K物料特征系數(shù)，取0.0645填充系數(shù)，取值范圍為0.200.25。計算時取0.20C傾角系數(shù)，由于是水平放置，C=1.0物料真密度，經(jīng)旋風除塵器收集下來的物料有三部分組成，即未反應(yīng)完成的生石灰，砂子和反應(yīng)生成的CaSO3。取=1t/m3計算出的D值應(yīng)圓整到下列直徑：150、200、250、300、400、500、600mm。代入數(shù)據(jù)到式（9）中可得到結(jié)果為 (m)將直徑圓整到150 mm，即所選螺旋機輸送機為“GX150”型。參照“GX150”長度組合取螺旋輸送機長度L=3m，無中

32、間節(jié)。螺旋質(zhì)量2.66kg，進料口質(zhì)量為2.84kg，出料口質(zhì)量為2.66kg。（2）螺旋軸轉(zhuǎn)速的計算 螺旋軸轉(zhuǎn)速在滿足輸送能力的條件下不宜過高，以免物料受過大的切向力而被拋起，以致無法向前輸送。因此，螺旋軸轉(zhuǎn)速n不能超過某一極限轉(zhuǎn)速nj 。 (r/min) （3 10）式中 A物料綜合系數(shù)，與K值對應(yīng)，A=25按上式計算的轉(zhuǎn)速應(yīng)圓整為下列轉(zhuǎn)速：20、30、35、45、60、75、90、120、150、190r/min。也可選用YTC型電動機的輸出轉(zhuǎn)速。可得計算結(jié)果為： (r/min)計算出來的轉(zhuǎn)速圓整為60r/min。對填充系數(shù)進行核算。 （3 11）式中 t螺旋節(jié)距，m，按S制法為0.8&

33、#215;150=120(mm) 。若算出的值在推薦的取值范圍0.200.25內(nèi)，則圓整D及n是適當?shù)?；若高于?shù)值范圍上限，則應(yīng)加大螺旋直徑；若低于數(shù)值范圍下限，則應(yīng)降低螺旋軸轉(zhuǎn)速?？沈炈闳缦碌陀谕扑]值很多，應(yīng)降低螺旋軸轉(zhuǎn)速。取最低轉(zhuǎn)速n=20r/min再次計算，所的結(jié)果基本上符合要求。故螺旋軸的轉(zhuǎn)速為20 r/min。3.2.3 氣固分離裝置氣固分離裝置的作用是捕集固體物料并部分或全部返回床中，在循環(huán)流化床的實際操作中往往采用比理論大得多的操作氣速。如果不設(shè)置顆粒捕集裝置，由于細顆粒的帶出，將破壞床層原有的粒徑分布，降低流化質(zhì)量。對于非催化反應(yīng)來說，許多未反應(yīng)的物料被氣流帶出，增加了物料消耗

34、。因此，顆粒捕集裝置成為流化床的重要組成部分。本設(shè)計選用了晨曉牌XCY-4-2型兩筒高效旋風除塵器，其除塵效率>85%，除塵阻力Pa ( 200°)。3.2.4 檢測系統(tǒng) 煙氣循環(huán)流化床運行需要測量風量、溫度、壓力以及煙氣成分等參數(shù)，需要合理布置測點。煙氣循環(huán)流化床應(yīng)設(shè)置三個控制回路來控制系統(tǒng)的正常運行。（1）根據(jù)流化床進口煙氣量和煙氣中二氧化硫濃度控制消石灰粉的給料量，以保證脫硫效率。（2）根據(jù)流化床出口的煙氣溫度直接控制流化床底部的噴水量，以保證煙氣出口溫度的t盡可能的?。唬?）根據(jù)進料量、揚析量和回料量控制流化床床重穩(wěn)定。本次設(shè)計中，主要的檢測系統(tǒng)如下。（1）溫度自動檢測

35、系統(tǒng) 流化床內(nèi)溫度計采用WZPBA2型熱電偶三個和DBW-120熱電阻溫度變送器三個，分別設(shè)在流化床底部、中部和頂部測孔處，自動檢測煙氣從進口到出口的溫度變化。在顯示屏上顯示任一時刻煙氣的溫度。（2）二氧化硫自動采集監(jiān)測系統(tǒng) 本試驗系統(tǒng)流化床進出口煙氣中二氧化硫濃度采用KW9106自動測定儀監(jiān)測，該儀表精度為1mg/m3。在試驗過程中，連續(xù)監(jiān)測、自動打印紀錄。（3）壓力檢測系統(tǒng) 沿流化床高分別設(shè)置16個壓力檢測孔，回料器立管上設(shè)置兩個測孔，用皮管將其與U形管壓力計相連，定時讀數(shù)，連續(xù)監(jiān)測記錄流化床內(nèi)的壓力分布情況。（4）煙氣參數(shù)檢測系統(tǒng) 循環(huán)流化床煙氣脫硫管道系統(tǒng)設(shè)有五個測點，其測點位置分別為

36、：預(yù)除塵進口管道、預(yù)除塵出口管道、流化床進口管道、流化床出口管道和氣固分離器出口管道。這五個測點將進行煙氣溫度、粉塵濃度、二氧化硫濃度、煙氣濕度、煙氣壓力和流速、氣量等煙氣參數(shù)的測試。3.2.5 噴水量的確定和噴嘴的選擇噴水機理噴水量不僅是脫硫反應(yīng)發(fā)生的前提條件，也是CFB反應(yīng)器利用濕法原理實現(xiàn)干法操作的關(guān)鍵所在。在Ca/S一定的條件下，系統(tǒng)的脫硫效率隨著噴水量的增加而上升。噴水量較低時，由于流化床內(nèi)的高度混合作用使水分一進入流化床床體就很快被蒸發(fā)，來不及在脫硫劑表面形成液膜，這時噴水的作用僅僅是增加了煙氣濕度，對提高煙氣脫硫效果有一定的效果，但不很明顯。隨著噴水量的增加，煙氣溫

37、度降低，使噴入的水政法時間延長，從而在脫硫劑表面形成一定厚度的穩(wěn)定的液膜，使氫氧化鈣與水的反應(yīng)從速率較慢的氣固反應(yīng)變成快速的離子反應(yīng)，脫硫效果得以大幅度提高。但隨著噴水量的增加，脫硫效率上升的幅度漸漸變小。噴水量的確定（1）水量平衡和熱量平衡 流化床工藝屬于干法脫硫，所以噴入的水與干的生石灰反應(yīng)，還要用來冷卻熱的煙氣，本身完全蒸發(fā)?？偟膩碚f，水的噴入量和蒸發(fā)量是相等的。循環(huán)流化床內(nèi)生石灰與水反應(yīng)放出的熱與煙氣冷卻時放出的熱要喝水蒸發(fā)時需要的熱量相等。（2）最大噴水量的計算 最大噴水量L由兩個方面的因素決定，一是系統(tǒng)放熱決定的噴水量L1。系統(tǒng)放熱包括物理放熱和化學放熱；另一個是氧化

38、鈣過量決定的水量L2 。L1和L2之和即為系統(tǒng)所能容納的最大噴水量 。計算L1 熱量平衡方程式如式（12）所示 （3 12）式中 G 煙氣質(zhì)量流量，kg/hL1 水氣質(zhì)量流量，kg/hH1 、H2 煙氣在t1 、t2溫度下的焓值，h1、 h1 水在t1 、t2溫度的焓值，且h1=4.19 t1，h2=1.84t1+2500q CaO與水反應(yīng)時放熱量，q=1142kJ/kgCaO煙氣起始溫度為t0，由原始資料可知t0 為200。水的起始溫度是t1，取4。為系統(tǒng)飽和溫度，根據(jù)處理要求，200下煙氣的密度是0.7445 kg/h，則 得L1=330.32 kg/h ，即L1=330.32 L/h 計

39、算L2 （3 13）式中 m 氧化鈣質(zhì)量，kg/hm1 二氧化硫質(zhì)量，kg/h1 物料真密度，kg/m3將m=6.3 kg/h，m1=4kg/h，=1000kg/m3，代入式（3 13），得計算LL=L1+L2=330.32+0.9=331.22 (L/h)=5.52 ( L/min)噴嘴的選擇采用兩相流噴嘴，兩相流噴嘴于氣流分布板上方400m處，其作用是保證床內(nèi)處于流化態(tài)狀態(tài)的吸收劑粒子表面充分濕潤。選用HPZ系列氣水霧化噴嘴，它的特點如下：（1）冷卻均勻，水不會在小區(qū)與局部集中，而是在整個噴射面內(nèi)均勻分布；（2）水量的調(diào)節(jié)范圍大，最小水量與最大水量之比一般噴嘴可達1：10，特

40、殊噴嘴可達1：25；（3）噴霧水滴的直徑小，在Rwa=35以下時，平均體面積直徑均在100m以下，大大提高了冷卻效率，故在相同的冷卻條件下可節(jié)水30%50%；（4）噴嘴不易堵塞，使用壽命長，在相同的條件下，可減少噴嘴的數(shù)量和現(xiàn)場維修量。考慮到噴嘴的噴射面的形狀對流化床的影響，不選用噴淋形式為扁平狀的噴嘴而選用噴淋形式為圓形噴嘴。又考慮到噴射角度和覆蓋面積的因素，本次設(shè)計選用三個噴嘴，安裝時排成正三角形。則每個噴嘴的最大噴水量為 (L/min)選定的噴嘴型號為：HPZ2.0-80QZ2，噴射角度為80°，性能參數(shù)見表（3）。表3 HPZ2.0-80QZ2型噴嘴性能參數(shù)氣壓/MPa0.1

41、水壓/MPa水量/Lmin-1氣量/m3h-1水壓/MPa水量/Lmin-氣量/m3h-1水壓/MPa水量/Lmin-氣量/m3h-1水壓/MPa水量/Lmin-氣量/m3h-0.22.09.00.54.311.64 系統(tǒng)阻力計算與風機的選擇4.1阻力計算4.1.1 管道阻力計算 （1）直管的阻力計算對圓形風管的單位摩擦阻力 (Pa/m) （4 1）式中 R0 比摩阻，Pa/m 摩擦阻力系數(shù)d 圓形風管

42、直徑，m 煙氣密度，kg/m3u 管道中氣流速度，m/s 動壓，Pa沿程阻力損失計算公式 （4 2）式中 沿程阻力損失，PaL 風管長度，m本次設(shè)計風量為10000m3/h，管道內(nèi)風速應(yīng)控制在1525m/s范圍內(nèi)。本次設(shè)計的管道直徑主要為400mm，直管長度為50.684m，管道內(nèi)風速為22.12m/s；流化床進口直徑為300mm，直管長度為1.220m，管道內(nèi)風速為39.32m/s（特殊要求）。管道材質(zhì)選用普通鋼材，則=0.02。 (Pa) (Pa)所以 (Pa)（2）局部阻力損失的計算局部阻力損失計算公式為 (Pa) （4 3）式中 局部阻力損失，Pa 局部阻力系數(shù)u 管道中氣流速度，m/

43、s 90°彎頭的阻力查供暖通風設(shè)計手冊， 圓形彎頭（共六個）的局部阻力系數(shù)，當 時，代入式（4 3），得 (Pa) 天圓地方的阻力 該阻力可視為變徑管的阻力。查供暖通風設(shè)計手冊的圓形風道錐形擴散管的阻力。本設(shè)計中天圓地方有四個。B×L=540×540，DN=400，A1/A0=2.3，角度為16°，用內(nèi)插法可得0=0.16 ，u取其平均速度16.0m/s。代入式（4 3），得 (Pa)總局部阻力損失為 (Pa)4.1.2設(shè)備阻力計算（1）旋風除塵器的阻力由西安市未央?yún)^(qū)秦川環(huán)保設(shè)備廠提供的曉晨牌XCY-4-2型兩筒旋風除塵器的阻力。所以，兩個旋風除塵器的總

44、阻力為： (Pa)（2）流化床主體的阻力由試驗得知流化床的總壓力損失為3000Pa。 (Pa)本設(shè)計中系統(tǒng)總阻力損失為 (Pa)4.2風機型號的選擇根據(jù)阻力計算結(jié)果，總壓力為5849.2Pa，所選風機的壓頭應(yīng)為 (Pa)風量為Q=10000×1.1=11000 (m3/h)故風機可選用9-266.3型，與其配套的電動機型號為Y225M-2，功率為45kw。5除塵設(shè)備5.1確定除塵設(shè)備根據(jù)設(shè)計要求，不僅脫硫效率要達到90%，粉塵排放也應(yīng)達到規(guī)定標準，查工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準(GB9078-1996)，知標準狀態(tài)下，排放標準規(guī)定值為C=100 mg/m3。從旋風除塵器排放出的煙氣含塵濃度為：(mg/m3)高于標準，因此需要再設(shè)置除塵裝置。比較幾種除塵設(shè)備，選用電除塵器。5.2電除塵器的選型（1）工況下煙氣流量 (m3/h)式中 Q 標準狀態(tài)下煙氣流量，m3/hT 工況下煙氣溫度，KT 標準狀態(tài)下溫度，273K代入數(shù)據(jù)得 (m3/h)則煙氣流速為 (m3/s)（2）除塵效率式中 C 入口處煙氣含塵濃度，mg/m3CS 標準狀態(tài)下煙氣排標準規(guī)定值，mg/m3入口處煙氣含塵濃度即從旋風除塵器排放出的煙氣含塵濃度為100(mg/m3)則 根據(jù)工況下的煙氣量、煙氣溫度及要達到的除塵效率確定除塵器，選用GD-7.5B型管極式電除塵器，