浅谈锅炉烟气脱硫喷淋塔的计算*

张永杰， 周　宇

(大峘集团有限公司， 江苏 南京　211112)



浅谈锅炉烟气脱硫喷淋塔的计算*

张永杰， 周宇

(大峘集团有限公司， 江苏 南京211112)

根据烟气中二氧化硫的腐蚀特点、吸收剂的廉价性和来源广泛性，借鉴了脱硫工艺的特性及在国内的实际应用，计算、设计了烟气喷淋塔，实现石灰石湿法烟气脱硫。

湿法烟气脱硫; 喷淋塔; 石灰石

引言

为了治理日益恶化的大气环境，控制SO2的排放势在必行，中国已进行了多种脱硫技术的研究及应用。湿法脱硫是在烟道末端，采用喷淋塔内浆液剂洗涤烟气，脱硫剂和脱硫产物均为湿态，脱硫反应在溶液中进行，钙利用率高，脱硫效率可以达到90%以上，是目前国内外大型锅炉首选的脱硫工艺。

1　设计参数计算

本文以陕西某锅炉公司提供数据为例：煤的工业分析值相关参数：20 t/h锅炉耗煤量为3000 kg/h，CY=66%(碳),HY=3.5%(氢),SY=2.5%(硫),OY=2.3%(氧),WY=7.7%(水分),AY=18%(灰分)均为质量分数。烟气密度(标准状态下)：1.34 kg/m3；空气过剩系数：α=1.4

排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：18%；排烟温度：160°

当地大气压力：97.86 kPa；冬季室外空气温度：-1℃

空气的含水(标准状态)按0.01293 kg/m3；烟气其余性质按空气计算

按锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2001)中一类区标准执行：

烟尘浓度排放标准(标准状态下)：80 mg/m3；二氧化硫排放标准(标准状态下)：900 mg/m3

1.1锅炉烟气量计算

1.1.1标准状态下理论空气量

理论空气量为

Qa′=4.76×(1.867CY+5.56HY+

0.7SY-0.7OY)(m3/kg)

式中CY，YY，SY，OY分别为煤中各元素所含的质量分数。

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标准状态下理论烟气量

理论烟气量为

Qs′=1.861(CY+0.375SY)+11.2HY+1.24WY+

0.016 Qa′+0.79 Qa′+0.8NY(m3/kg)

式中Qa′为标准状态下理论空气量(m3/kg)；WY为煤中水分的质量分数;NY为N元素在煤中的质量分数。

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标准状态下实际烟气量

实际烟气量为

式中α为空气过量系数;Qs′为标准状态下理论烟气量(m3/kg);Qa′为标准状态下理论烟气量(m3/kg)。

Qs=7.22+1.016×(1.4-1)×6.80=

9.98m3/kg

Qs=9.98×3000=29951m3/kg

1.2标准状态下烟气污染物浓度的计算

1.2.1烟气含尘浓度

烟气含尘浓度为

式中dsh为排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；AY为煤中不可燃成分的含量；QS为标准状态下实际烟气量(m3/kg)。

C=0.18×0.18/9.98=3.25×10-3kg/m3=

3.25×103mg/m3

1.2.2标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算公式为

CSO2=2SY×106/Qs(mg/m3)

式中SY为煤中硫的质量分数；Qs为标准状态下燃煤产生的实际烟气量(m3/kg)。

1.3脱硫除尘效率

1.3.1脱硫效率

脱硫效率为

式中CSO2为标准状态下烟气中二氧化硫浓度；Cs为排放标准中一类区允许二氧化硫排放最高标准，900 mg/m3。

η=1-900/4910=82%

1.3.2除尘效率

除尘效率为

式中C烟尘为标准状态下烟气中含尘浓度；Cs1为排放标准中一类区允许烟气含尘排放最高标准，80 mg/m3。

η=1-80/3250=97.5%

2　喷淋塔的设计计算

喷淋塔通常采用钢制立式圆筒塔槽一体结构，(如图1所示)，其主体结构可分为烟气入口、烟气出口、吸收塔浆池。烟气入口和烟气出口之间的区域可称为气体区域，该区域又可分为喷淋区和除雾区。烟气入口以下部分称为吸收塔浆池，石灰石浆液在吸收塔浆池中可分为反应区、氧化区及晶体生长区。

图1　喷雾吸收塔结构示意图

2.1吸收塔壳体

吸收塔直径尺寸主要由进入吸收塔的烟气量和塔内的烟气流速确定，一般认为吸收塔烟气流速的合适范围是2.6～3.4 m/s，大多取3 m/s。

2.2烟气入口

烟气入口为长方形，流速14～15 m/s(取14 m/s)。

2.3烟气出口

3　喷淋系统设计

圆整取150 mm，反算，流速V2=2.4 m/s，符合要求。

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

喷淋区选用空心锥喷嘴，材料为碳化硅，扩散角为90°，每层布置12个。

4　结束语

此次设计的目标是根据《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2001)对锅炉烟气进行脱硫除尘中的喷淋塔的计算与校核，从现有技术水平来看，完全可以达到要求，满足排放标准的。为使各自系统互不影响，将脱硫与除尘两个净化过程分开进行。从成本来讲，较脱硫除尘一体化设备高，但目前国家环保政策趋于严格，SO2排放收费增加势在必行，脱硫除尘一体化设备要达到除尘脱硫“双高”的要求有点勉为其难，而且由于脱硫与除尘放在一起进行，设备较易堵塞，运行维护困难。此次设计方案特别适合于集中供暖项目使用，容易控制成本，而且可以减少分散供热带来的严重的环境污染问题。设计过程中采用的治理技术都是目前先进、实用、成熟的技术，可以借鉴的实际经验较多。

[1]陆耀庆.暖通风设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1987.

[2]黄学敏.气污染控制工程实践教程[M].北京：化学工业出版社，2005.

[3]姚雪龙.湿法烟气脱硫喷雾吸收塔设计概要[J].硫磷设计与粉体工程，2007，(4)：19—22.

2015-10-30

张永杰(1987—)，男，助理工程师。电话：13512523255

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