30th燃煤蒸汽鍋爐煙氣除塵脫硫系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要本畢業(yè)設(shè)計(jì)針對(duì)30th燃煤蒸汽鍋爐的煙氣治理需求，進(jìn)行了除塵脫硫系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與論證。通過(guò)對(duì)當(dāng)前主流除塵脫硫技術(shù)的分析比較，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際工況與環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求，確定了高效、可靠且經(jīng)濟(jì)可行的工藝路線。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括除塵系統(tǒng)與脫硫系統(tǒng)的工藝選擇、主要設(shè)備選型計(jì)算、系統(tǒng)布置及輔助設(shè)施設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行控制及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了初步分析。本設(shè)計(jì)旨在為該鍋爐提供一套完整的煙氣凈化解決方案，以滿足國(guó)家及地方日益嚴(yán)格的大氣污染物排放控制要求，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；煙氣治理；除塵；脫硫；系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、引言（一）項(xiàng)目背景與意義隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，能源消耗持續(xù)增長(zhǎng)，其中煤炭作為主要能源之一，在電力、供熱等領(lǐng)域仍占據(jù)重要地位。燃煤鍋爐在提供能源的同時(shí)，也排放了大量的大氣污染物，其中以粉塵和二氧化硫（SO?）為主，這些污染物是造成霧霾、酸雨等環(huán)境問(wèn)題的重要誘因，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的環(huán)境挑戰(zhàn)，國(guó)家不斷修訂和收緊大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)燃煤鍋爐的煙氣排放提出了更高要求。在此背景下，對(duì)現(xiàn)役及新建燃煤鍋爐配套高效的除塵脫硫系統(tǒng)，已成為企業(yè)履行環(huán)保責(zé)任、實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)的必然選擇。本畢業(yè)設(shè)計(jì)以一臺(tái)30th燃煤蒸汽鍋爐為研究對(duì)象，進(jìn)行煙氣除塵脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。（二）設(shè)計(jì)目的與主要內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要目的是：根據(jù)給定的30th燃煤蒸汽鍋爐參數(shù)、燃煤特性及當(dāng)?shù)丨h(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)深入調(diào)研和技術(shù)分析，選擇適宜的除塵脫硫工藝，完成系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，確保煙氣排放指標(biāo)達(dá)標(biāo)，并兼顧技術(shù)先進(jìn)性、運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：1.分析鍋爐煙氣特性及污染物排放要求。2.除塵工藝方案的比選與確定。3.脫硫工藝方案的比選與確定。4.除塵系統(tǒng)主要設(shè)備的選型與計(jì)算。5.脫硫系統(tǒng)主要設(shè)備的選型與計(jì)算。6.除塵脫硫系統(tǒng)的整體布置與管道設(shè)計(jì)。7.系統(tǒng)運(yùn)行控制及輔助設(shè)施設(shè)計(jì)。8.對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性分析。二、設(shè)計(jì)參數(shù)與原始資料（一）鍋爐基本參數(shù)*鍋爐型號(hào)：待定（根據(jù)常見(jiàn)30th燃煤蒸汽鍋爐型號(hào)選取，如SHL30-1.25-AⅡ等）*額定蒸發(fā)量：30t/h*額定蒸汽壓力：1.25MPa(表壓)*額定蒸汽溫度：飽和溫度*鍋爐效率：約80%~85%*燃料種類：煙煤（具體煤質(zhì)成分見(jiàn)表2-1）*燃燒方式：層燃（鏈條爐排）*設(shè)計(jì)耗煤量：根據(jù)煤的低位發(fā)熱量計(jì)算得出*爐膛出口煙氣溫度：約150~180℃（二）燃煤特性表2-1燃煤收到基成分（示例）成分Car(%)Har(%)Oar(%)Nar(%)Sar(%)Aar(%)Mar(%)Qnet,ar(MJ/kg):---------:------:------:------:------:------:-------:------:---------------設(shè)計(jì)煤種55.003.006.001.001.5025.008.5020.00校核煤種50.002.805.500.902.0030.008.8018.00（注：Sar為收到基硫分，是計(jì)算SO?生成量的關(guān)鍵參數(shù)；Aar為收到基灰分，影響煙塵排放量。）（三）煙氣參數(shù)及排放要求*設(shè)計(jì)煙氣量（標(biāo)態(tài)，干基，6%O?）：根據(jù)耗煤量、煤質(zhì)成分及燃燒反應(yīng)計(jì)算得出，約XX,XXXNm3/h(此處避免具體大數(shù)字，設(shè)計(jì)中需精確計(jì)算)。*入口煙塵濃度（鍋爐出口，未凈化前）：根據(jù)煤中灰分、鍋爐效率及飛灰份額估算，約XXg/Nm3。*入口SO?濃度（鍋爐出口，未凈化前）：根據(jù)煤中硫分含量及燃燒反應(yīng)計(jì)算得出，約XXXmg/Nm3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O?)。*出口污染物排放濃度要求（執(zhí)行《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB____特別排放限值或地方更嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)）：*煙塵：≤10mg/Nm3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O?)*SO?：≤35mg/Nm3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O?)*煙氣黑度：林格曼黑度1級(jí)三、除塵工藝方案選擇與論證（一）常見(jiàn)除塵技術(shù)簡(jiǎn)介燃煤鍋爐常用的除塵技術(shù)主要包括：1.旋風(fēng)除塵器：利用離心力分離煙氣中的粉塵，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，阻力中等，除塵效率中等（對(duì)粗顆粒粉塵效率較高，對(duì)細(xì)粉塵效率較低，一般50%~85%），常用于多級(jí)除塵的預(yù)處理或小型鍋爐。2.袋式除塵器：利用濾袋的過(guò)濾作用捕集粉塵，除塵效率高（可達(dá)99.9%以上），能有效去除細(xì)顆粒物，對(duì)煤種適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，便于維護(hù)，但濾袋易受高溫、高濕、腐蝕性氣體影響，阻力相對(duì)較高，初期投資較大。3.電除塵器：利用高壓電場(chǎng)使粉塵荷電并吸附到極板上，除塵效率高（可達(dá)99%以上），處理煙氣量大，阻力小，運(yùn)行費(fèi)用較低，但對(duì)粉塵比電阻敏感，投資高，占地面積大，對(duì)細(xì)粉塵（PM2.5）的捕集效率相對(duì)袋式除塵器略低。（二）除塵工藝方案比選結(jié)合本設(shè)計(jì)的鍋爐容量（30t/h）、燃煤特性、以及嚴(yán)格的排放要求（煙塵≤10mg/Nm3），對(duì)上述除塵技術(shù)進(jìn)行比選：*旋風(fēng)除塵器：效率無(wú)法滿足本設(shè)計(jì)的超低排放要求，單獨(dú)使用不可行，可作為預(yù)處理設(shè)備。*電除塵器：效率能滿足要求，但考慮到本鍋爐規(guī)模相對(duì)不大，電除塵器的初期投資較高，且對(duì)安裝、調(diào)試及運(yùn)維管理要求也較高。對(duì)于硫分不特別高的煙煤，若煙氣未經(jīng)脫硫直接進(jìn)入電除塵器，可能存在比電阻問(wèn)題。*袋式除塵器：能穩(wěn)定達(dá)到99.9%以上的除塵效率，確保出口煙塵濃度遠(yuǎn)低于10mg/Nm3的要求。其對(duì)煤種適應(yīng)性廣，不受粉塵比電阻影響，占地面積相對(duì)電除塵器小，運(yùn)維技術(shù)成熟。雖然初期投資較旋風(fēng)除塵高，但其高效性和可靠性更符合當(dāng)前環(huán)保要求趨嚴(yán)的趨勢(shì)。（三）推薦除塵工藝方案綜合考慮除塵效率、技術(shù)成熟度、運(yùn)行可靠性、占地面積、運(yùn)維成本及滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的能力，本設(shè)計(jì)推薦采用“脈沖噴吹類袋式除塵器”作為主要除塵設(shè)備。該類型除塵器清灰效果好，濾袋壽命較長(zhǎng)，運(yùn)行穩(wěn)定，在中小型燃煤鍋爐煙氣治理中應(yīng)用廣泛。四、脫硫工藝方案選擇與論證（一）常見(jiàn)脫硫技術(shù)簡(jiǎn)介燃煤鍋爐常用的脫硫技術(shù)按脫硫劑狀態(tài)可分為干法、半干法和濕法三大類：1.干法脫硫：如爐內(nèi)噴鈣尾部增濕活化法（LIFAC），利用石灰石粉作為脫硫劑，在爐膛或尾部煙道噴射，與SO?反應(yīng)生成CaSO?和CaSO?。優(yōu)點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單，投資低，無(wú)廢水產(chǎn)生；缺點(diǎn)是脫硫效率較低（一般60%~80%），鈣硫比高，副產(chǎn)物為干粉混合物，利用難度大。2.半干法脫硫：如循環(huán)流化床脫硫（CFB-FGD）、噴霧干燥法（SDA）。以循環(huán)流化床為例，脫硫劑（石灰石粉）與水在反應(yīng)器內(nèi)與煙氣充分混合、反應(yīng)、干燥，生成干態(tài)脫硫產(chǎn)物。優(yōu)點(diǎn)是脫硫效率較高（一般80%~90%），無(wú)廢水排放或少量廢水，副產(chǎn)物可綜合利用或填埋；缺點(diǎn)是對(duì)操作控制要求較高，投資和運(yùn)行成本介于干法和濕法之間。3.濕法脫硫：主要有石灰石-石膏法、氨法、鎂法等，其中石灰石-石膏法應(yīng)用最為廣泛。該方法以石灰石（CaCO?）漿液作為脫硫劑，在吸收塔內(nèi)與煙氣中的SO?反應(yīng)，生成亞硫酸鈣，再經(jīng)氧化生成石膏（CaSO?·2H?O）。優(yōu)點(diǎn)是脫硫效率高（可達(dá)95%以上），技術(shù)成熟可靠，吸收劑來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，副產(chǎn)物石膏可綜合利用；缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜，投資較高，有廢水產(chǎn)生，煙氣需再熱（或設(shè)置GGH）以避免白煙問(wèn)題（或根據(jù)地方環(huán)保要求）。（二）脫硫工藝方案比選針對(duì)本設(shè)計(jì)30t/h鍋爐及SO?排放濃度需≤35mg/Nm3的要求（假設(shè)入口SO?濃度較高），對(duì)主要脫硫技術(shù)進(jìn)行比選：*干法脫硫：效率難以滿足如此嚴(yán)格的排放要求，除非入口SO?濃度極低，故不推薦。*半干法脫硫：對(duì)于入口SO?濃度較高的情況，要達(dá)到95%以上的脫硫效率（以滿足出口≤35mg/Nm3）有一定難度，且對(duì)工藝控制和脫硫劑品質(zhì)要求極高。*石灰石-石膏濕法脫硫：能穩(wěn)定達(dá)到95%以上的脫硫效率，技術(shù)成熟，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，可確保在各種工況下滿足超低排放要求。雖然初期投資和運(yùn)行成本相對(duì)較高，但其高效性和可靠性是實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的有力保障。（三）推薦脫硫工藝方案考慮到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性運(yùn)行的需求，本設(shè)計(jì)推薦采用“石灰石-石膏濕法脫硫工藝”。具體為噴淋塔空塔噴淋技術(shù)，該技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳質(zhì)效率高，操作維護(hù)方便，在中小型鍋爐脫硫改造中應(yīng)用成熟。五、除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算（一）袋式除塵器設(shè)計(jì)參數(shù)確定1.處理煙氣量（Q）：根據(jù)鍋爐熱力計(jì)算及燃燒產(chǎn)物分析，確定除塵器進(jìn)口的實(shí)際煙氣量（考慮漏風(fēng)系數(shù)）。*標(biāo)態(tài)煙氣量（Q_Nm3/h）：已計(jì)算得出。*實(shí)際工況煙氣量（Q_actual）：Q_Nm3/h*(t+273.15)/273.15/P(考慮壓力影響，近似取1)。*除塵器設(shè)計(jì)處理煙氣量：Q_design=Q_actual*1.1(考慮10%的裕量)。2.入口含塵濃度（C_in）：根據(jù)燃煤灰分、鍋爐飛灰份額及煙氣量計(jì)算得出。*理論煙塵產(chǎn)生量=耗煤量*Aar%。*飛灰占灰分比例（η_fly）：鏈條爐排爐一般為15%~25%。*C_in(mg/Nm3,干基)=(理論煙塵產(chǎn)生量*η_fly*10^9)/Q_Nm3/h。3.出口含塵濃度（C_out）：≤10mg/Nm3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O?)。4.除塵效率（η）：η=(C_in-C_out)/C_in*100%。根據(jù)C_in和C_out計(jì)算，應(yīng)在99.5%以上。（二）袋式除塵器主要尺寸計(jì)算1.過(guò)濾面積（A）：*選擇過(guò)濾速度（v_f）：對(duì)于脈沖噴吹袋式除塵器，清潔濾料過(guò)濾風(fēng)速一般取1.0~1.5m/min（根據(jù)煙氣特性、粉塵性質(zhì)、濾料材質(zhì)選取，此處取v_f=1.2m/min）。*A(m2)=Q_design(m3/h)/(v_f(m/min)*60min/h)。2.濾袋數(shù)量（n）：*選用濾袋規(guī)格：直徑（φ）=130mm或160mm，長(zhǎng)度（L）=2~6m（此處取φ130mm，L=4m）。*單條濾袋面積（a）：a=π*φ*L=3.14*0.13m*4m≈1.63m2。*n=A/a(向上取整)。3.濾袋室（倉(cāng)室）數(shù)量（m）：*為便于檢修和維護(hù)，通常將濾袋分為若干倉(cāng)室，一般每個(gè)倉(cāng)室濾袋數(shù)量為偶數(shù)。假設(shè)分為m個(gè)倉(cāng)室，則每個(gè)倉(cāng)室濾袋數(shù)為n/m。*此處取m=4個(gè)倉(cāng)室（可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）。4.除塵器本體尺寸估算：*濾袋布置：采用矩陣式排列，考慮濾袋間距（一般為濾袋直徑的1.2~1.5倍）。*倉(cāng)室尺寸：根據(jù)每倉(cāng)濾袋數(shù)量及排列方式，計(jì)算每個(gè)倉(cāng)室的長(zhǎng)寬。*除塵器總長(zhǎng)度/寬度：根據(jù)倉(cāng)室數(shù)量及單個(gè)倉(cāng)室尺寸確定。*高度：濾袋長(zhǎng)度+上部噴吹裝置高度+下部灰斗高度。（三）主要部件選型1.濾袋材質(zhì)：考慮到鍋爐排煙溫度（約150~180℃，經(jīng)降溫后進(jìn)入除塵器，需控制在濾袋允許溫度以下）及煙氣成分（可能含有少量SO?、水汽等），選用滌綸針刺氈（PPS或亞克力材質(zhì)，根據(jù)煙氣溫度和腐蝕性調(diào)整），表面可做PTFE覆膜處理，以提高過(guò)濾效率和清灰效果，延長(zhǎng)使用壽命。2.骨架：采用冷拔低碳鋼絲焊接而成，表面經(jīng)有機(jī)硅噴涂處理，防止腐蝕和濾袋磨損。3.清灰裝置：采用脈沖噴吹清灰，包括脈沖閥、噴吹管、氣包等。*脈沖閥：選用淹沒(méi)式電磁脈沖閥，動(dòng)作迅速，清灰效果好。數(shù)量與濾袋行數(shù)對(duì)應(yīng)。*噴吹壓力：一般為0.2~0.4MPa。*清灰控制方式：定時(shí)或定壓差控制。4.灰斗及排灰裝置：每個(gè)倉(cāng)室下設(shè)獨(dú)立灰斗，灰斗斜壁角度應(yīng)≥60°，防止積灰。排灰裝置選用星形卸灰閥或螺旋輸送機(jī)。5.進(jìn)出口煙道：采用切向或垂直進(jìn)入方式，確保氣流分布均勻。（四）阻力計(jì)算袋式除塵器的總阻力（ΔP）主要包括濾料本身的阻力（ΔP0）、粉塵層阻力（ΔP1）、結(jié)構(gòu)阻力（ΔP2）。ΔP=ΔP0+ΔP1+ΔP2一般估算總阻力在1200~1800Pa左右，設(shè)計(jì)時(shí)需預(yù)留足夠的引風(fēng)機(jī)壓頭。六、脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算（一）石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)組成主要由以下子系統(tǒng)組成：1.煙氣系統(tǒng)：包括原煙氣擋板門、凈煙氣擋板門、旁路擋板門、吸收塔、煙道等。2.吸收劑制備與供應(yīng)系統(tǒng)：石灰石粉倉(cāng)、石灰石漿液制備（濕式球磨機(jī)或石灰石粉加水?dāng)嚢瑁?、漿液泵等。3.吸收塔系統(tǒng)：噴淋層、除霧器、氧化風(fēng)機(jī)、攪拌器等。4.石膏脫水系統(tǒng)：石膏漿液排出泵、水力旋流器、真空皮帶脫水機(jī)、石膏倉(cāng)等。5.廢水處理系統(tǒng)（簡(jiǎn)易處理或接入廠內(nèi)廢水處理站）。6.工藝水系統(tǒng)：提供各系統(tǒng)用水。7.壓縮空氣系統(tǒng)：提供儀