摘 要

本设计是根据中小企业的要求，而设计的烟气脱硫脱硝湿电除尘一体机。对我国烟气脱硫脱硝湿电除尘一体机的调查研究，首先是从二氧化硫、氮氧化物的产生机理研讨符合我国的国情并且可以广泛推广的烟气脱硫脱硝湿电除尘一体化技术，并简要介绍每种技术的应用现状。

此次毕业设计依据SO_2、NO_x等反应原理和工艺条件的要求，对脱硫脱硝湿电除尘一体化设备的系统和结构进行了设计计算，通过利用符合环保、无二次污染的湿式清灰和高压供电方式，不仅使脱硫脱硝湿电除尘一体化设备结构简单，减少了运转费用，并且操作更加简单，能够适合中小企业的需求。脱硫脱硝湿电除尘一体机作为一种理想的环保装备，不但可以环保和改善环境，况且可使烟气排放量符合国家相关标准等。它是一种可行的环保治理设备，性价比高，能够作为烟气治理的尾端关卡设备，能够实现对烟气的净化处理。

关键词：脱硫；脱硝；湿电除尘

Abstract

The design is based on the requirements of small and medium-sized enterprises, and the design of flue gas desulfurization and denitrification wet electrostatic precipitator. Investigation and Research on the integrated wet electrostatic precipitator for flue gas desulfurization and denitrification in China. Firstly, from the generation mechanism of sulfur dioxide and nitrogen oxides, the integrated wet electrostatic precipitation technology for flue gas desulfurization and denitrification, which conforms to China's national conditions and can be widely popularized, is discussed, and the application status of each technology is briefly introduced.

According to SO2, NOx and other reaction principles and technological requirements, this graduation project has designed and calculated the system and structure of the integrated equipment for desulfurization, denitrification and wet electrostatic precipitation. By utilizing the wet dust cleaning and high voltage power supply methods that meet the requirements of environmental protection and no secondary pollution, the integrated equipment for desulfurization, denitrification and wet electrostatic precipitation not only has simple structure, but also reduces the operation cost and makes the operation simpler. Single, can meet the needs of small and medium-sized enterprises. As an ideal environmental protection equipment, the wet electrostatic precipitator for desulfurization and denitrification can not only protect and improve the environment, but also make the flue gas emission meet the relevant national standards. It is a feasible environmental protection treatment equipment with high cost performance. It can be used as the tail-end checkpoint equipment for flue gas treatment and can realize the purification of flue gas.

Key words: desulfurization; denitrification; wet electrostatic precipitation

目 录

第一章 绪论 1

1.1 选题研究的目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 脱硫脱硝概述 2

1.2.2 烟气脱硫技术 2

1.2.3 SCR脱硝技术 2

第二章 脱硫脱硝湿电除尘一体化设备总体设计 3

2.1 湿式石灰石-石膏法脱硫技术 3

2.1.1 湿式石灰石-石膏法反应原理 3

2.1.2 湿式石灰石-石膏法工艺流程 3

2.1.3 湿式石灰石-石膏法主要特点 4

2.2 SCR脱硝法 4

2.2.1 SCR脱硝工艺原理 4

2.2.2 SCR脱硝系统 5

2.3 中小型湿式电除尘 6

2.3.1 湿式电除尘工艺参数 6

2.3.2 设计依据 6

2.3.3 脱硫脱硝湿电除尘一体化设备总体设计 6

第三章 脱硫脱硝湿电除尘一体化设备工艺计算 8

3.1 中小型湿式电除尘主要参数计算 8

3.2 中小型湿式电除尘器的总体设计计算 10

3.3 中小型湿式电除尘部件的设计和计算 12

3.3.1 气流分布装置 12

3.3.2 电除尘器壳体几何尺寸 12

3.3.3 壳体截面有效长度 12

3.3.4 壳体厚度 13

3.3.5 壳体高度 14

3.3.6 进气口面积 15

3.4 电除尘器载荷计算 15

3.4.1 质量载荷 15

3.4.2 风载荷 16

3.4.3 最大弯矩 17

3.5 脱硫系统的设计 17

3.5.1 脱硫系统设计的初始条件 17

3.5.2 脱硫系统的设计计算 17

第四章 脱硫脱硝湿电除尘一体化辅助系统设计 21

4.1 脱硫系统辅助系统设计 21

4.2 湿式电除尘器辅助系统设计 22

4.2.1 高压供电装置的选型 22

4.2.2 喷淋系统的设计选型 23

4.2.3 水泵与风机的选型 23

第五章 结论 25

结论 25

参考文献 27

第一章 绪论

1.1 选题研究的目的和意义

伴随着工业经济的快速进展，被众多工业排放的废气所导致的环境污燃敲响了世代警钟。中国是全球200多个国家中燃煤最多的国家，因此而导致的环境问题也引起各个国家的广泛关注。材料体现，1999年我国燃煤形成和排放到大气中的二氧化硫已经达到1800万吨以上，加大了大气污染压力，同时，导致庄稼酸化、建筑物腐化，恶化了人们赖以生存的环境，并且迫害着人类的健康。因而，治理烟尘、SO₂等有毒气体的大气污染已成为全世界当务之急。

与此同时，随着社会的进步、经济的发展，人们对自身身心健康和子孙后代生存的环境提出了更高要求，也因此对大气质量环境越来越关注。1992年联合国提出了可持续发展的战略与模式，我国作为发展中的大国，要实行可持续发展战略，经济发展和环境保护必需协调一致，如此以来对解决污染，保护环境有了更高的要求^[1]。

解决污染除了必需具备严格的规章制度与符合时代需求的工艺技术以外，还必需具备卓效、节能、功能牢靠、价廉耐用的系统性的装置设备^[2]。为了实现对酸雨和二氧化硫、氮氧化物的控制，各国均加快了对工业脱硫脱销技术和除尘设备的研发，并取得了一定的成效。

1.2 国内外研究现状

我国的煤炭出产量位居世界首位, 为了连续减少燃煤烟气对大气环境的浸染, 采取适宜的燃煤烟气脱硫脱硝湿电除尘技术是工作的重中之重。近年以来, 因为工业企业的迅速进展, 燃煤量也在持续增多,由此导致燃煤烟气当中的SO₂与NO_x被大量排放到环境, 因而环境质量成日益下降的趋势。燃煤烟气脱硫脱硝湿电除尘技术可以把烟气当中的硫化物有效的祛除,可以在很大程度减少燃煤烟气对人类生态环境的污染。烟气脱硫脱硝技术日渐成熟，引起全球各国此领域探索者的广泛关注，此项技术不仅可以改进燃烧技术并抑制污染物的生成,而且可以加强对排烟中SO_2、以及N_OX的烟气净化处理。不同于新型的烟气脱硫脱硝技术，传统的技术系统相对复杂,用两套装配分别实行脱硫、脱硝，不仅占用空间，投资、操作费用高,并且脱硫和脱硝不能够在同一个时间内被处理,这导致了脱硫脱硝效率的降低^[3]。为了保障燃煤烟气脱硫脱硝效果, 研究人员可采取先进的脱硫脱硝湿电除尘一体化技能,其简化了系统架构，况且占地的面积小，投资和运转低费用、高效率。除此之外，脱硫脱硝湿电除尘一体化技术能够在同一时间处理硫、硝，净化空气， 满足工业生产需求的基础，有利于提高企业的经济效益。

1.2.1 脱硫脱硝概述

对于脱硫技术的探索研究可以追踪到20世纪初期，现在，世界各国已经开发、研制、利用的关于控制SO₂技术种类已突破200种。通过持续地改进与改善后，目前技术相对成熟，脱硫效率也已经高达到（90%～98％），而且该项技术系统容量大，能够对各种煤种适宜，且容易达到回收副产品等优点。目前最多推行的有燃烧前、中、后脱硫与煤的转化采用技术。 烟气脱硫技术核心是经过采用吸收剂或者吸附剂的效用来吸收除去烟气中的SO₂，并且使其转化为可以使用的硫化物或者硫。烟气脱硫法以脱硫方法与脱硫所产生的产物的形式可以大体归类为三大类，分别是湿法脱硫、干法脱硫、半干法脱硫。烟气脱去氮氧化物可分为以下几种:电子束氨法、活性炭吸附法、液体吸收法、微生物烟气法、选择性非催化法(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)等^[4]。

1.2.2 烟气脱硫技术

石灰石—石膏法是石灰石浆液吸收塔内的SO₂，与烟气充分接触混合并对烟气进行程序化洗涤，烟气当中的SO₂和石灰石浆液当中的GaCO₃以及被氧化风机鼓入的空气进行充分的氧化反应产生硫酸钙，经过物理化学反应祛除烟气中的SO₂，脱硫后的烟气再通过除尘器除尘最后从烟囱排放出去^[5]。这项工艺技能是目前世界上最成熟并且引用最广泛的脱硫工艺技术,已经有三十年之久的实践经验，同时也有着更好的发展空间。

1.2.3 SCR脱硝技术

SCR即选择性催化还原技术，因其系统结构紧凑，运行稳定，且便于维护，以及脱硫效率高、不形成二次污染等优点^[6]。在西欧和日本等众多国家得到了广泛的应用，得以迅速发展，成为目前应用最多、最普遍的技术。

SCR是指在有氧气存在的理想状态为前提，同时催化剂起催化效用, 氨优先与NO_X发生还原脱除反应，生成N₂和H₂O，而且烟气当中的氧并未参与氧化反应。

加入催化剂时可以使反应的温度保持在无催化剂时的1/3反应温度下发生反应，这一温度条件刚好相当于钢炉省煤器和空气预热器之间的反应温度，这就能够节省开支，简化操作方式。

第二章 脱硫脱硝湿电除尘一体化设备总体设计

2.1 湿式石灰石-石膏法脱硫技术

2.1.1 湿式石灰石-石膏法反应原理

1. 吸收剂的反应

购买回来石灰石粉（CaCO₃）由石灰石粉仓投加到制浆池，石灰石粉与水结合生成脱硫浆液。

1. 吸收反应

烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触,循环浆液吸收大分SO₂，反应如下：

SO₂₍气) H₂O→H₂SO₃(吸收)

H₂SO₃→H HSO₃^－

H CaCO₃→ Ca² HCO₃^－（溶解）

Ca² HSO₃^－ 2H₂O→ CaSO₃·2H₂O H (结晶)

H HCO₃^－→H₂CO₃(中和)

H₂CO₃→CO₂ H₂O

总反应式：SO₂＋CaCO₃ 2H₂O→CaSO₃·2H₂O CO₂ (2-1)

（3） 氧化反应

一部分 HSO₃^－在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其它的HSO₃^－在反应池中被氧化空气完全氧化并结晶，反应如下：

CaSO₃＋1/2O₂→CaSO₄(氧化)

CaSO₄ 2H₂O→CaSO₄·2H₂O(结晶) (2-2)

1. 其他污染物

烟气中的其他污染物如 SO₃、Cl^－、F^－和尘都被循环浆液吸收和捕集SO₃、HCl 和 HF 与悬浮液中的石灰石，按以下反应式发生反应：

SO₂＋H₂O→2H^＋＋SO₃^2－

CaCO₃ 2HCl→CaCl₂ H₂O CO₂ (2-3)

CaCO₃ 2HF →CaF₂ H₂O CO₂

2.1.2 湿式石灰石-石膏法工艺流程

图2.1 湿法脱硫工艺流程

2.1.3 湿式石灰石-石膏法主要特点

（1）脱硫效率高，脱硫后烟气中二氧化硫、烟尘大大减少，脱硫效率高达 95％以上。

（2）技术成熟，运行可靠性高。国外火电厂湿法脱硫装置的投资效率一般可达 98％ 以上，特别是新建的大机组采用湿法脱硫工艺，使用寿命长，可取得良好的投资效益。

（3）对燃料变化的适应范围宽，煤种适应性强。无论是含硫量大于3％的高硫燃料，还是含硫量小于1％的低硫燃料，湿法脱硫工艺都能适应。

（4）吸收剂资源丰富，价格便宜。石灰石资源丰富，分布很广，价格也比其它吸收剂便宜。

（5）脱硫副产物便于综合利用。副产物石膏的纯度可达到 90％，是很好的建材原料。

（6）技术进步快。近年来国外对石灰石-石膏湿法工艺进行了深入的研究与不断改进，可望使该工艺占地面积较大、造价较高的问题逐步得到妥善解决。

（7）占地面积大，一次性建设投资相对较大。

2.2 SCR脱硝法

2.2.1 SCR脱硝工艺原理

反应通常可在温度280-420 ℃下进行，其化学反应如:

4NO 4NH₃ O₂→4N₂ 6H₂O (2-4)

6NO 4NH₃→5N₂ 6H₂O

6NO₂ 8NH₃→7NO₂ 12H₂O

2NO₂ 4NH₃ 0₂→3N₂ 6H₂O

图2.2 SCR脱硝工艺流程图

SCR脱硝工艺简化流程:还原剂(氮) 以液体形态储存于氨罐中，并且用封闭的罐装卡车输送，液态氨先由安装在液氨储存槽口的蒸发器蒸发气化然后再灌入SCR系统；参与反应后气化的氨与系统内稀薄空气均匀混合，最终经过安装在末端的喷氨格栅一并喷入SCR反应器上游的烟气中；在催化剂的催化效用下混合均匀后的还原剂再与系统内的烟气在SCR反应器中发生充足的还原反应，驱除烟气中的Nox^[7]。

2.2.2 SCR脱硝系统