CN105426686A - 一种半干法烟气脱硫系统工艺的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半干法烟气脱硫系统工艺的设计方法，包括如下步骤：（1）建立半干法烟气脱硫系统中旋转喷雾干燥塔的塔体和袋式除尘器参数计算的数学模型；（2）通过测量仪器测量得到烟气中的SO₂的浓度信息、烟气的流量、流速和烟气的温度信息；（3）结合测量得到的信息和数学模型计算得出塔体和袋式除尘器的设计参数。本发明的数学模型设计合理，能够准确计算得到旋转喷雾干燥塔的塔径和塔高、以及袋式除尘器过滤面积等系统工艺的设计数值，为系统的设计提供了提供理论计算依据和参考。并且本发明设计方法能够提高中小型锅炉的脱硫效率，采用的袋式除尘器在提高脱硫效率的同时可以拦截烟气中的固体颗粒物和飞灰成分，减少粉尘污染。

Description

一种半干法烟气脱硫系统工艺的设计方法

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其是涉及采用“旋转喷雾干燥法(SDA)+袋式除尘器”组合的半干法烟气脱硫系统工艺的设计方法。

背景技术

半干法烟气脱硫工艺以旋转喷雾干燥法为代表。脱硫剂利用生石灰消化成熟石灰,或直接外购消石灰制成石灰乳液,通过雾化器进入旋转喷雾干燥塔,与烟气接触除去其中的SO₂、HCl、HF和SO₃等污染物。由于它相对于湿法FDG工艺,流程简单,技术成熟,系统可靠耗水量少,占地面积小,投资费用低,副产物呈干态,无废水排放,腐蚀较轻,可去除重金属等优点。

喷雾干燥脱硫系统尾部常常设置袋式除尘器，由于脱硫副产物固体颗粒与飞灰的物理性质相近，袋式除尘器用来收集经脱硫产生的固体颗粒物和烟气中的灰分。通常在“SDA+袋式除尘器”的工艺系统中，有10—20％的SO₂脱除率是在袋式除尘器内实现的。当对SO₂脱除率要求较高时，采用袋式除尘器是必要的，此时袋式除尘器肩负着二级吸收的作用。

发明内容

本发明目的在于提供一种半干法烟气脱硫系统工艺的设计方法，用以提高中小型锅炉的脱硫效率，采用的袋式除尘器在提高脱硫效率的同时可以拦截烟气中的固体颗粒物和飞灰成分，减少粉尘污染。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本方案采用的烟气脱硫设备包括旋转喷雾干燥塔和袋式除尘器，旋转喷雾干燥塔内完成喷入碱性浆液、浆液雾化、吸收剂与烟气混合、干态物质从烟气中分离四项工作；袋式除尘器内实现SO₂继续被碱性颗粒吸收，并与微小固体颗粒物和飞灰一起被滤料拦截。旋转喷雾干燥塔结构比较简单，采取“矮胖”原则，主要包括反应塔体、雾化器和烟气分布器，其中塔体(即塔径和塔高)的设计采用工程经验和实验的方式获得。

本发明提供的一种半干法烟气脱硫系统工艺的设计方法，包括如下步骤：

(1)建立半干法烟气脱硫系统中旋转喷雾干燥塔的塔体和袋式除尘器参数计算的数学模型；

(2)通过测量仪器测量得到烟气中的SO₂的浓度信息、烟气的流量、流速和烟气的温度信息；

(3)结合测量得到的信息和数学模型计算得出塔体和袋式除尘器的设计参数；

所述干燥塔的塔体的计算数学模型包括塔直径和塔高的计算，其中塔直径的计算公式为：

$D=\mathrm{\α}\×\sqrt{\frac{Q(T_2+273.15)}{3600\mathrm{\π}u(T_1+273.15)}}$

式中，T₁为进口处温度，单位℃；T₂为工况下平均温度，单位℃；Q为温度为T₁下进口处烟气量，单位m³/h；u为烟气流速，单位m/s；α为修正系数，2＜α＜3；

塔高的计算公式为：

式中，D为干燥塔内径，单位m；β为圆筒部分高径比，0.5＜β＜1；θ为锥体部分与圆筒壁夹角，θ≤60°；γ为修正系数，2.0＜γ＜2.3；

所述袋式除尘器参数计算的数学模型中除尘器过滤面积的计算公式为：

$A={\mathrm{\μQ}}_n\frac{273.15+T}{60V_f\×273.15}$

式中，Q_n为除尘器入口烟气量，单位Nm³/h；T为除尘器设计温度，单位℃；V_f为过滤速度，单位m/min，μ为修正系数，1.1＜μ＜1.3。

进一步地，所述袋式除尘器参数计算的数学模型中还包括滤袋规格的设计，其中，

滤袋的长径比为：

L₀/d＝15V_i/V式中，V为过滤速度，单位m/s，V_i为除尘器烟气进口速度，单位m/s；12＜L₀/d＜60。

滤袋数目为：

$n=\frac{A\·{10}^6}{{\mathrm{\πdL}}_0}$

式中，A为过滤面积，单位m²；d为圆形滤袋直径，单位mm；L₀为滤袋长度，单位mm。

进一步地，所述滤袋的排列方式为纵横方向或圆形布置，滤袋径向间距为滤袋直径的1.5倍。

进一步地，所述袋式除尘器参数计算的数学模型中还包括烟气室大小的设计，其中，

烟气室的长度为：

l_y＝α×[n_l×d+(n_l-1)×(r_d-d)]

烟气室的宽度为：

w_y＝α×[n_w×d+(n_w-1)×(r_d-d)]

烟气室的高度为：

h_y＝βL₀

式中，r_d为滤袋排布的径向间距，单位mm；d为圆形滤袋直径，单位mm；n_l为纵向排列的滤袋个数；n_w为横向排列的滤袋个数；α、β为安装空间余量系数，1.1＜α＜1.2，1.4＜β＜1.5。

进一步地，所述袋式除尘器参数计算的数学模型中还包括净气室大小的设计，其中，

净气室长和宽分别为：

l_y＝α×[n_l×d+(n_l-1)×(r_d-d)]

w_y＝α×[n_w×d+(n_w-1)×(r_d-d)]

式中，r_d为滤袋排布的径向间距，单位mm；d为圆形滤袋直径，单位mm；n_l为纵向排列的滤袋个数；n_w为横向排列的滤袋个数；α为安装空间余量系数，1.1＜α＜1.2。

有益效果：本发明通过建立合理的“旋转喷雾干燥法(SDA)+袋式除尘器”半干法烟气脱硫系统中设备参数计算的数学模型，结合测量得到的烟气流量、温度等测量数据或系统设计指标要求，能够准确计算得到旋转喷雾干燥塔的塔径和塔高、以及袋式除尘器过滤面积等系统工艺的设计数值，为系统的设计提供了提供理论计算依据和参考。并且基于本发明设计方法中提出的数学模型设计得到的系统，能够提高中小型锅炉的脱硫效率，采用的袋式除尘器在提高脱硫效率的同时可以拦截烟气中的固体颗粒物和飞灰成分，减少粉尘污染。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种半干法烟气脱硫系统工艺的设计方法，主要包括：首先，建立半干法烟气脱硫系统中旋转喷雾干燥塔的塔体和袋式除尘器参数计算的数学模型；然后，通过测量仪器测量得到烟气中的SO₂的浓度信息、烟气的流量、流速和烟气的温度信息；最后结合测量得到的信息和数学模型计算得出塔体和袋式除尘器的设计参数。本发明的主要发明点在于基于长期的工程经验和实验对系统工艺设计建立了如下的数学模型，为工程设计提供了理论计算依据和参考。其中数学模型主要包括如下方面：

(一)旋转喷雾干燥塔的塔体设计

1.塔直径的计算

干燥塔截面为圆形，计算公式：

$D=\mathrm{\α}\×\sqrt{\frac{Q(T_2+273.15)}{3600\mathrm{\π}u(T_1+273.15)}}$

式中：Q—温度为T₁下进口烟气量，m³/h。(在进口处使用烟气流量计测量可得)

T₂—工况下平均温度，℃；

T₁—进口温度，℃；(温度测量仪测量可得)

u—烟气流速，m/s；(可通过烟气流量计测量得到)

α—修正系数，2＜α＜3(考虑烟气含尘量和气液混合程度)

2.塔塔高计算

塔总高分成三个部分：圆筒部分高度、下部椎体部分高度和进出口烟道高度。

式中：D—干燥塔内径，m；

β—圆筒部分高径比，0.5＜β＜1；

θ—锥体部分与圆筒壁夹角，θ≤60°；

u—烟气流速，m/s；

Q—温度为T₁下进口烟气量，m³/h。

γ—修正系数，2.0＜γ＜2.3。(考虑烟气流速过高或过低)

(二)袋式除尘器的设计

1.袋式除尘器的过滤面积A(m²)

$A={\mathrm{\μQ}}_n\frac{273.15+T}{60V_f\×273.15}$

式中：Q_n—除尘器入口烟气量，Nm³/h；(烟气流量计测量可得)

T—除尘器设计温度，℃。

A—过滤面积，m²；

V_f—过滤速度，m/min；(为保证除尘器的粉尘拦截效率，过滤速度不宜过快(0.5～2m/min)，该数据可通过风速测量仪测量获取，当速度不在此范围时可使用风机进行控制。)

μ—修正系数，1.1＜μ＜1.3(考虑烟道漏风量)

2.滤袋规格

滤袋形状可根据除尘器的类型选择,如低压脉冲式通常采用圆形。滤袋规格与烟气进口速度V_i(m/s)有关(一般V_i不大于2m/s)。若烟气进口速度V_i过快，会引起二次扬尘影响清灰效率，也会加剧粉尘与滤袋摩擦，造成磨损，减少滤袋的使用寿命。

滤袋的长径比(L₀/d)

L₀/d＝15V_i/V

式中：V—过滤速度，m/s。

滤袋数目n(条)

$n=\frac{A\·{10}^6}{{\mathrm{\πdL}}_0}$

式中:A—过滤面积，m²；d—圆形滤袋直径，mm；L₀—滤袋长度，mm。

3.滤袋的排列和间距

滤袋的排列：包括纵横方向、圆形布置等。

滤袋间距：滤袋径向间距(rd)一般是滤袋直径(d)的1.5倍。

r_d＝1.5×d

4.除尘单元数与分室数目

由于使用滤袋的数量比较大，为了便于滤袋的更换，通常把除尘器分成若干个单独且尺寸大小和形状等同的分室。这些分室是由尺寸相同、数量等同的除尘单元构成。

$n_i=\frac{n}{n_{dy}}$

式中：n_i—除尘单元内滤袋数；n—滤袋条数；n_dy—除尘单元总数。

5.烟气室大小

烟气室的长度(ly)：

l_y＝α×[n_l×d+(n_l-1)×(r_d-d)]

烟气室的宽度(wy):

w_y＝α×[n_w×d+(n_w-1)×(r_d-d)]

烟气室高度(hy)：

h_y＝βL₀

式中：rd—滤袋排布的径向间距，mm；d—圆形滤袋直径，mm；n_l—纵向排列的滤袋个数，个；nw—横向排列的滤袋个数，个；h_y—烟气室的高度，mm；L₀—滤袋长度，mm；α、β为安装空间余量系数，1.1＜α＜1.2，1.4＜β＜1.5。6.净气室大小

净气室在烟气室上方，中间由花板隔开，和烟气室一样，净气室同样由相互独立的小净气室组成。

净气室数目：等于分室数目。

净气室长、宽为：

l_y＝α×[n_l×d+(n_l-1)×(r_d-d)](19)

w_y＝α×[n_w×d+(n_w-1)×(r_d-d)](20)

式中：rd—滤袋排布的径向间距，mm；d—圆形滤袋直径，mm；α为安装空间余量，1.1＜α＜1.2。

下面以某危险废物焚烧处理设施30t/d锅炉脱硫工程的工艺系统设计为例，说明本发明数学模型在实际工程设计中的应用效果。设计初始参数如表1所示。

表1计算初始参数

根据本发明实施例中建立的数学模型，和测得的数据参数进行计算，可以得到喷雾干燥吸收塔塔径8.5m，塔高17.86m，袋式除尘器过滤面积738.54m²，滤袋条数402条，烟气室和净气室的长为3064mm，烟气室和净气室宽为2167mm，烟气室高6345mm，与实际运行的工程实例数据相符。因此本发明的数学模型对工程实际的设计具备理论计算和参考的作用。

Claims (5)

1.一种半干法烟气脱硫系统工艺的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)建立半干法烟气脱硫系统中旋转喷雾干燥塔的塔体和袋式除尘器参数计算的数学模型；

(2)通过测量仪器测量得到烟气中的SO₂的浓度信息、烟气的流量、流速和烟气的温度信息；

(3)结合测量得到的信息和数学模型计算得出塔体和袋式除尘器的设计参数；

所述干燥塔的塔体的计算数学模型包括塔直径和塔高的计算，其中塔直径的计算公式为：

$D=\mathrm{\α}\×\sqrt{\frac{Q(T_2+273.15)}{3600\mathrm{\π}u(T_1+273.15)}}$

式中，T₁为进口处温度，单位℃；T₂为工况下平均温度，单位℃；Q为温度为T₁下进口处烟气量，单位m³/h；u为烟气流速，单位m/s；α为修正系数，2＜α＜3；

塔高的计算公式为：

式中，D为干燥塔内径，单位m；β为圆筒部分高径比，0.5＜β＜1；θ为锥体部分与圆筒壁夹角，θ≤60°；γ为修正系数，2.0＜γ＜2.3；

所述袋式除尘器参数计算的数学模型中除尘器过滤面积的计算公式为：

$A={\mathrm{\μQ}}_n\frac{273.15+T}{60V_f\×273.15}$

式中，Q_n为除尘器入口烟气量，单位Nm³/h；T为除尘器设计温度，单位℃；V_f为过滤速度，单位m/min，μ为修正系数，1.1＜μ＜1.3。

2.根据权利要求1所述的一种半干法烟气脱硫系统工艺的设计方法，其特征在于，所述袋式除尘器参数计算的数学模型中还包括滤袋规格的设计，其中，

滤袋的长径比为：

L₀/d＝15V_i/V

式中，V为过滤速度，单位m/s，V_i为除尘器烟气进口速度，单位m/s；12＜L₀/d＜60

滤袋数目为：

$n=\frac{A\·{10}^6}{{\mathrm{\πdL}}_0}$

式中，A为过滤面积，单位m²；d为圆形滤袋直径，单位mm；L₀为滤袋长度，单位mm。

3.根据权利要求2所述的一种半干法烟气脱硫系统工艺的设计方法，其特征在于，所述滤袋的排列方式为纵横方向或圆形布置，滤袋径向间距为滤袋直径的1.5倍。

4.根据权利要求2所述的一种半干法烟气脱硫系统工艺的设计方法，其特征在于，所述袋式除尘器参数计算的数学模型中还包括烟气室大小的设计，其中，

烟气室的长度为：

l_y＝α×[n_l×d+(n_l-1)×(r_d-d)]

烟气室的宽度为：

w_y＝α×[n_w×d+(n_w-1)×(r_d-d)]

烟气室的高度为：

h_y＝βL₀式中，r_d为滤袋排布的径向间距，单位mm；d为圆形滤袋直径，单位mm；n_l为纵向排列的滤袋个数；n_w为横向排列的滤袋个数；α、β为安装空间余量系数，1.1＜α＜1.2，1.4＜β＜1.5。

5.根据权利要求2所述的一种半干法烟气脱硫系统工艺的设计方法，其特征在于，所述袋式除尘器参数计算的数学模型中还包括净气室大小的设计，其中，

净气室长和宽分别为：

l_y＝α×[n_l×d+(n_l-1)×(r_d-d)]

w_y＝α×[n_w×d+(n_w-1)×(r_d-d)]

式中，r_d为滤袋排布的径向间距，单位mm；d为圆形滤袋直径，单位mm；n_l为纵向排列的滤袋个数；n_w为横向排列的滤袋个数；α为安装空间余量系数，1.1＜α＜1.2。