本设计针对烧结工艺过程中产生的粉尘、SO2和NOx的高温废气进行设计。废气处理工艺的选择应根据废气的组分、排放标准要求和节约成本等诸多因素综合考虑。
本设计根据钢铁厂烧结工段8.25m2带烧炉，尾气排放量30000m3/h为例，执行《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB28662-2012）中大气污染物排放控制要求为标准。根据尾气特点，在原有设施，多管式除尘器前增设盘管式循环冷却水吸收热量，多管式除尘器后增设静电除尘器，多级喷淋系统，调配吸收液，吸收SO2和氮氧化物，经引风机进入烟囱放空，可以确保达到大气污染物排放标准。喷淋塔吸收液适时检测含量，适时调配吸收液，采用钠钙双碱法吸收，经过滤器过滤，分离硫酸盐，回收利用、降本增效。
关键词：烧结，粉尘，SO2，氮氧化物，除尘器，过滤机
一、绪论
1.设计目的
钢铁厂烧结工段现有尾气处理工艺不能满足《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB28662-2012）中大气污染物排放控制要求，要求改造后达到大气污染物排放标准。
2.设计内容
烧结尾气处理工艺改造。
3.废气处理工程处理内容
3.1设计处理量
钢铁厂烧结工段8.25M2带烧炉，尾气排放量30000m3/h
3.2设计处理尾气组分
颗粒物≤2000mg/m3
SO2 ≤1500mg/m3
氮氧化物（以NO2计）≤300mg/m3
3.3设计排放尾气
根据国家环境保护部和国家质量监督检查检疫总局 2012年06月27日发布《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB28662-2012）中大气污染物排放控制要求，其主要排放控制指标如下：
表1-1 新建企业大气污染物排放标准浓度限值（单位：mg/m3）
| 生产工序或设施 | 污染物项目 | 限值 | 污染物排放监控位置 |
| 烧结机机尾 带式焙烧机机尾及其他生产设备 | 颗粒物 | 30 | 车间或生产设施排放筒 |
| 二氧化硫 | 200 | ||
| 氮氧化物（以NO2计） | 300 |
3.4工艺设计大气污染物排放标准浓度
表1-2 工艺设计大气污染物排放标准浓度（单位：mg/m3）
| 颗粒物 | 二氧化硫 | 氮氧化物（以NO2计） | |
| 排放限值 | 30 | 200 | 300 |
| 改造新工艺 | 20 | 150 | 200 |
| 达标（是否） | 是 | 是 | 是 |
4.烧结尾气处理工艺改造
根据进出尾气污染物排放限值，尾气处理工艺，必须要有脱硫除氮装置，以及高效的颗粒物处理装置，颗粒物处理装置和脱硫装置是烧结尾气处理工艺的核心部分，颗粒物处理装置和脱硫装置的选择对整个烧结尾气的处理和运行成本上，起着举足轻重的作用。
工艺参数：温度范围60℃～150℃、压力范围0Kpa～20Kpa
根据进出尾气污染物排放限值，尾气处理工艺，必须要有脱硫装置，以及高效的颗粒物处理装置，颗粒物处理装置和脱硫装置是烧结尾气处理工艺的核心部分，颗粒物处理装置和脱硫装置的选择对整个烧结尾气的处理和运行成本上，起着举足轻重的作用。
4.1颗粒物处理方案比较
目前烧结尾气除尘设备有旋风除尘、重力除尘、多管式除尘、布袋除尘以及静电除尘等设备。
（1）旋风除尘器
工作原理：流体从进气管进入旋风筒后，由直线运动变为旋转运动，并在流体压力及筒体内壁形状影响下螺旋下行，朝锥体运动。含尘气体在旋转过程中产生离心力，使重度大于气体的粉尘颗粒克服气流阻力移向边壁。颗粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而在重力及旋转流体的带动下贴壁面向下滑落，最后从锥底排灰管排除旋风筒。旋转下降的气流到达锥体端部附近某一位置后，以同样的旋转方向在除尘器中由下折返向上，在下行气流内侧螺旋上行，最终连同一些未被分离的细小颗粒一同排出排气管。
优点：除尘效率在80%～85%、结构简单、操作方便、耐高温、阻力小、设备费用和 阻力较低，应用广泛。
缺点：微粒小于5微米的效率不高
（2）多管式除尘器
工作原理：主要由多个小旋风除尘器并联使用组成一体并共用进气室和排气室，以及共用灰斗，每个单体旋风子的直径不宜太小，含尘气体从开口进入，然后分别进入每个单体的旋风中，经导向器产生旋转运动，使灰尘沉降下来，进入旋风子下面的集灰斗中。净化后的气体经导气管汇集于上部空间，由侧面开口处排出。
优点：耐高温、耐腐蚀、可处理高浓度烟气、处理量大、阻力小、运行稳定
除尘效率在90%～95%
缺点：旋风子直径太小，容易堵塞，直径稍大，微粒小于5微米的效率低
（3）重力除尘器
工作原理：利用粉尘与气体的比重不同的原理，使扬尘靠本身的重力从气体中自然沉降下来的净化设备，通常称为沉降室。
优点：结构简单、体积大、阻力小、易维护、设备费用低
缺点：只能用于粗净化、效率低、占地大
（4）布袋除尘器
工作原理：利用纤维状织物的过滤作用对含尘气体进行过滤，当含尘气体进入布袋除尘器，颗粒大，比重大的粉尘，在重力作用下沉降下来，落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，使气体得到净化。一般新滤料的除尘效率是不够高的。滤料使用一段时间后，由于筛滤碰撞、扩散、静电等效应，滤袋表面积聚了一层粉尘，这层粉尘称为初层，在此以后的运动过程中，初层成了滤料的主要过滤层，依靠初层的作用，网孔较大的滤料也能获得较高的过滤效率。随着粉尘在滤料表面的积聚，除尘器的效率和阻力都相应的增加，当滤料两侧的压力差很大时，会把有些已附着在滤料上的细小尘粒挤压过去，使除尘器效率下降。另外，除尘器的阻力过高会使除尘系统的风量显著下降。因此，除尘器的阻力达到一定数值后，要及时清灰。清灰时不能破坏初层，以免效率下降。
优点：除尘效率高、可处理0.3微米以上的粉尘颗粒、设备简单、投资和操作要求较低
缺点：阻力大、布袋消耗大、对于高温气体，要采取降温措施
（5）静电除尘器
工作原理：主要是利用高压电场产生的静电力使粉尘颗粒从气流中分离出来的一种除尘装置。含有粉尘颗粒的气体，在接有高压直流电源的阴极线（又称电晕极）和接地的阳极板之间所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时，带负电荷的气体粒子，在电场力的作用下，向阳极运动，在运动中于粉尘颗粒相碰撞，则使粉尘荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，而到达净化的气体排出防尘器外。
优点：除尘效率高、处理量大、耐高温、阻力小、自动化、处理0.01微米以上的粉尘颗粒
缺点：占地面积较大、一次性投资大、设备复杂、操作程度要求高、烟气条件要求较高
4.2颗粒物处理方案的选择
根据带烧炉尾气排放量30000m3/h，温度范围60℃～150℃、压力范围0Kpa～20Kpa工艺设计大气污染物排放标准浓度，以上几种除尘器进行综合选择
表1-3 除尘器选择比较
| 效率 | 处理能力 | 操作 | 费用 | |
| 旋风除尘器 | 80%～85% | 5微米以上 | 简单 | 低 |
| 多管式除尘器 | 90%～95% | 5微米以上 | 简单 | 低 |
| 重力除尘器 | 低效 | 粗净化 | 简单 | 低 |
| 布袋除尘器 | 高效 | 0.3微米以上 | 调试复杂，运行简单 | 低 |
| 静电除尘器 | 高效 | 0.01微米以上 | 调试复杂，自动化运行 | 高 |
4.3脱硫工艺的比较
所谓烟气脱硫就是应用化学或者物理的方法将烟气中的SO2予以固定和脱除。按照脱硫方式和产物的处理形式划分，烟气脱硫一般可分为干法、半干法和湿法3类。
（1）干法烟气脱硫技术
电子束脱硫法：烟气经喷雾冷却塔后进入反应器，在高能量的电子束照射下，烟气中的各种气体分子如NO、O2和水蒸汽发生辐射反应，产生大量的离子自由基等活性物质。这些活性离子与SO2与氮氧化合物反应生成硫酸和，再与先加入的氨反应生成硫酸铵和铵。其优点是：工艺简单，并且可以同时高效脱硫、脱硝、脱硫率在95%以上，脱硝率在80%以上；脱硫过程不需要废水处理；反应副产品——硫酸铵和铵可作为化肥的原料；占地面积小，适用于旧厂改造。其缺点是：投资和运行费用非常高，技术含量高。
循环流化床脱硫技术：近几年来国内较为广泛应用的一种脱硫技术。其特点为：1、燃料适应性广，几乎可燃各种优、劣质燃料；2、燃烧效率高，对无烟煤可达97%。对其他煤可达98%～99.5%；3、脱硫效率高。脱硫效率可达85%～90%；4、两段低温燃烧，氮氧化物排放量小；5、负荷调节范围大，其负荷调节范围在25%～100%；6、飞灰和炉渣的含碳量低，通常低于4%～5%，有利于飞灰和炉渣的综合利用。该脱硫技术的原理是将烟气通入床为脱硫剂的循环流化床内，使烟气和脱硫剂在床内反应，从而达到脱硫的目的。采用石灰石（CaCO3）和白云石（CaCO3·MgCO3）作为脱硫剂。其反应为：
S+O2=SO2 （1-1）
CaCO3=CaO+CO2 （1-2）
2CaO+SO2+O2=2CaSO4 （1-3）
脱硫后的最终产物是硫酸钙。由于循环流化床技术投资小，运行费用低，脱硫效率较高，可以达到喷雾干燥法水平，因此近年来备受关注。
（2）半干法脱硫技术
喷雾干燥法：以石灰浆液作为吸收剂，利用高速旋转雾化器把吸收剂浆液雾化成细小液滴，喷入吸收塔与SO2进行反应，生成亚硫酸钙和部分硫酸钙，从而达到脱硫的目的。另外，烟气将热量传递给吸收剂使之不段干燥，所以废渣以干态排出。该法脱硫效率可达到80%～85%。其优点是：流程简单、占地面积小、投资费用少、运行费用不高，使用旧厂改造；脱硫产物为干态，无废水排放。缺点是技术要求高、维护复杂；反应生成物太细小、除尘不易；腐蚀问题是技术关键。
喷雾干燥法是工业中应用比较高的脱硫工艺。多年来国内外的学者一直不断进行该工艺的理论研究，来提高脱硫效率和脱硫剂的利用率。
（3）湿法脱硫技术
湿法烟气脱硫：是指液体或浆状吸收剂在湿状态下脱硫和处理脱硫产物。该法具有脱硫反应速度快、脱硫效率高等优点。但其存在的结垢及烟气降温等问题也亟待解决。在湿法烟气脱硫技术中比较成熟的工艺有：以石灰石为基础的钙法；以MgO为基础的镁法；双碱法；氨法和海水脱硫法等。
以石灰石为基础的钙法：采用石灰石或石灰作脱硫剂，石灰石经破碎磨细成粉状，与水混合搅拌成浆液，经过循环泵注入喷淋塔内，浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙，以及通过鼓风机鼓入喷淋塔内的氧化空气进行一系列的反应，最终反应产物为石膏。钙法脱硫技术是目前世界上最成熟的脱硫工艺之一，脱硫率在90%以上。该法效率高，运行可靠性好；但初期投资大，占地面积大，设备易结垢，有废水排放等缺点。
以MgO为基础的镁法：氧化镁法的化学反应过程和脱硫装置组成基本上类似与石灰/石灰石法。前半部是制造浆液和吸收二氧化硫，后半部是脱硫产物的处理。在副产物中主要是MgSO3水合物，也有少部分的MgSO4水合物。前者微溶于水，后者易溶于水。如果不能再生回收，可将直接排放部分加以氧化处理以满足污水纳管的要求，另一部分则返回吸收系统使用。如果要求在回收再生，则在系统中添加阻氧剂，尽量减少MgSO3的氧化，因为MgSO3的分解温度只有800℃，而MgSO4的分解温度是1124℃，同时还需投入还原剂。再生获得的MgO可以返回制浆系统，在脱硫塔循环使用。然而再生过程能耗和再生装置的一次投资是巨大的，一般考虑采用的方案是废水直接排放。
双碱法烟气脱硫技术：所谓双碱法，表示该工艺使用的脱硫剂是两种碱性物资。通常，第一碱为钠基碱，用于吸收过程；第二碱为钙基碱，用于再生过程。之所以这样做，为了避免吸收塔内结垢堵塞和减少钠碱消耗量，降低成本。常用的钠钙双碱法，在启动时以纯碱吸收SO2，吸收液再用石灰乳再生。Na2CO3溶液在启动后期中碳酸根基本被驱除；吸收液再生后循环使用。循环过程中的主要反应如下：
Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2 （1-4）
2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O （1-5）
Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3 （1-6）
2NaHSO3+Ca(OH)2=Na2SO3+CaSO3 （1-7）
Na2SO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaSO3 （1-8）
脱硫过程：“式（1-4）”为启动阶段Na2CO3溶液吸收SO2的反应；“式（1-5）”为再生液PH值较高时（高于9），溶液吸收的主要反应；“式（1-6）”为溶液PH值低于（5～9）时的反应。
再生过程（用石灰乳）：“式（1-7）”第一步再生反应；“式（1-8）”为再生至PH>9以后继续发生的主反应。所生成的CaSO3及副产物CaSO4以半水化合物形成同沉淀。
双碱法的工艺在理论上是相当完美的，但在实际运行中仍然存在两个问题需要关注：a、吸收过程的副反应产生少量的Na2SO4，在再生过程中十分困难，这是因为石膏有一定的溶解度，当溶液中含有相当量的亚硫酸根、氢氧根时，钙离子的浓度较低，CaSO4不能沉淀下来。b、再生后的清液虽然主要含NaOH，但毕竟还有很少量的钙离子，循环回用中会逐渐集聚，当局部条件有利于结晶时便可能产生垢，堵塞洗涤器。
(4)氨法
氨法是以氨基碱性物质为脱硫剂，既是用（NH4）2SO3-NH4HSO3溶液吸收净化烟气中的SO2，由于吸收液的处理方法不同而产生不同的工艺命名。氨法的化学原理与钠碱法基本类似。氨水溶液进入洗涤系统中立即产生（NH4）2SO3和NH4HSO3，（NH4）2SO3对SO2有更强的吸收能力，是氨法的主要吸收剂。随着吸收过程的进行，NH4HSO3浓度不断增大，吸收能力下降。必须补充加氨使NH4HSO3转化成（NH4）2SO3。因此（NH4）2SO3-NH4HSO3溶液体系中存在烟硫酸氢根、亚硫酸根和铵离子。当PH为4.2～7.0时，三者的关系可如“式（1-9）”中：
NH4+=HSO3-+SO32- （1-9）
氨法的化学过程比钠法更复杂，因为这里不仅有浓度因素，还有蒸汽化的因素。氨法系统无结垢问题，但是存在氨泄漏。氨法最大的优点是副产物有一定的价值，可充当一部分运行费用。缺点是：氨法受限于氨的来源，价格贵。
（5）生物脱硫技术
生物脱硫技术包括生物过滤法、生物吸附法和生物滴滤法，三种系统均属于开放系统，其微生物种群随环境改变而变化。
在生物脱硫过程中，氧化态的含硫污染物必须先经生物还原作用生产硫化物，再经生物氧化过程生成单质硫，才能除去。在大多数生物反应器中，微生物种类以细菌为主，真菌为次，极少有酵母菌。常用的细菌是硫杆菌属的氧化亚铁硫杆菌、脱硫杆菌以及排硫杆菌。最成功的代表是氧化亚铁硫杆菌，其生长的最佳PH值为2.0～2.2。
生物脱硫技术是20世纪80年代发展起来的常规脱硫替代新工艺，具有许多优点；不需要催化剂和氧化剂，不需处理化学污泥，产生很少生物污染，低能耗，回收硫，效率高，无臭味。缺点是过程不易控制，条件要求苛刻等。
（6）海水脱硫技术
海水烟气脱硫技术是由于雨水将陆地上岩层的碱性物质带到海中，海水通常呈碱性，PH值一般在8.0左右，易于烟气中的SO2反应，在海边的工厂可以直接用海水进行烟气脱硫。
海水脱硫工艺按是否添加其他化学物质作吸收剂可分为两大类：一类是不添加任何化学物质；另一类是向海水中添加一定量的石灰以调节吸收液的碱度。
海水脱硫系统工艺装置主要由烟气系统、供排海水系统、海水恢复系统等组成。海水脱硫工艺简单，无结垢、堵塞，且无固体废弃物排放，运行费用低，脱硫效率高，工艺成熟，系统简单等特点，而且使用天然海水作为脱硫剂，具有无添加物，无副产品，无二次污染等特点。
4.4脱硫技术的选择
在众多脱硫技术中，要根据本工艺设计的特点和具体实施的条件加以综合、分析和比较才能确定，在比较中，要本着因地制宜，因厂况，本着技术成熟可行，经济要合理，设备简单已操作的原则来选择合理的脱硫技术。
首先，对湿法、半干法以及干法脱硫技术进行比较选择。
表4 湿法、半干法以及干法脱硫技术比较
| 湿法脱硫 | 半干法脱硫 | 干法脱硫 | |
| 原理 | 采用液体或浆状吸收剂在湿状态下脱硫和处理脱硫产物 | 采用高速旋转雾化器把吸收剂浆液雾化脱硫 | 采用粉状或粒状吸收剂、吸附剂或催化剂来脱硫 |
| 技术要求 | 高 | 高 | 高 |
| 稳定性程度 | 高 | 低 | 低 |
| 运行费用 | 高 | 中 | 高 |
| 投资费用 | 高 | 中 | 高 |
| 副产品回收利用 | 可回收利用 | 不可回收利用 | 不可回收利用 |
| 备注 | 脱硫高效、技术成熟、适用范围广、占地面积大 | 脱硫效率一般、维护复杂、反应生成物太小，除尘不易、占地面积小 | 脱硫效率低、占地面积小、从业人员技术要求高 |
其次，在湿法烟气脱硫技术中比较成熟的工艺，还有好几种，针对这几种成熟的技术进行了以下的对比。
表5 湿法烟气脱硫技术的比较
| 脱硫方法 | 投资费用 | 运行费用 | 加药方式 | 结垢 | 副产品 | 备注 |
| 以石灰石为基础的钙法 | 中 | 低 | 泥浆 | 多 | 石膏 | 大型发电厂用最普遍；产生湿的废弃物 |
| 以MgO为基础的镁法 | 低 | 高 | 溶液 | 无 | 硫酸，硫元素 | 高去除率，运行费用高 |
| 双碱法 | 中 | 低 | 溶液 | 无 | 有 | 去除率高，可靠性好 |
| 氨法 | 中 | 中 | 溶液 | 无 | 有 | 去除率高，运行费用高 |
| 海水脱硫 | 低 | 低 | 海水 | 无 | 无 | 适合沿海工厂，有局限性 |
故而，选择双碱法脱硫技术为本工艺改造设计的脱硫技术。
4.5新工艺定案
依照传统工艺设计：带烧炉产生的尾气，通过管道进入多管式除尘器（将粉尘颗粒物分离出来），净化后的尾气，在引风机的作用下（补偿压差，保证前段尾气系统不憋压，造成生产事故），进入烟囱，高空排放。
根据大气污染物排放控制要求，本设计的最终工艺改造方案为：带烧炉产生的尾气，通过伴有循环冷却水盘管的管道（吸收热量后的循环水，输送至其他工段利用），然后进入多管式除尘器（将粉尘颗粒物分离出来），净化后的尾气，进入静电除尘器（对粉尘颗粒物二次分离），净化后的尾气，在引风机的作用下（补偿压差，防止前端尾气系统憋压，造成生产事故），进入多级喷淋系统处理（利用钠钙双碱法吸收尾气中SO2和氮氧化物），多级喷淋系统喷淋液进入真空转鼓过滤器分离，清液继续循环利用，钙盐分离出来，处理后的尾气在引风机的作用下，进入烟囱，高空排放。
二、设计说明书
1.工艺设计采用的主要规范和标准
1.《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB28662-2012）
2.《除尘器手册》（张殿印，王纯·北京：化学工业出版社·2004.10）
3.《烟气脱硫脱硝技术手册》（蒋文举·北京：化学工业出版社·2006.11）
4.《塔器设计手册》（著译者：[美]Fractionaton Ressarch INC.编·中石化集团公司F·R·I精馏技术协作组译·中国石化出版社·2006.6.1）
5.《塔器设计技术规定》（CD130A4-85）
6.《环保设备设计手册·大气污染控制设备》（周兴求·北京：化学工业出版社·2003.12）
7.《烟囱设计规范》（GB50051-2002）
8.《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）
9.《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）
10.《2006版新编风机选型设计实用手册》（孔熠·中国知识出版社·2006.3）
11.《泵站设计规范》 (GB/T50265-97)
12.《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002)
13.《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)
14.《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)
15.《建筑设计防火规范》 (GBJ16-87)
16.《市政公用工程设计文件编制规定》（建设部2004年3月）
17.《10KV及以下变电所设计规范》 (GB50053-94)
18.《供配电系统设计规范》 (GB50052-95)
19.《低压配电装置及线路设计规范》(GB50054-95)
20.《通用用电设备配电设计规范》(GB50055-93)
21.《民用建筑电气设计规范》（GB50057-94）
其它相关的国家标准和设计规范
2.设计原则
（1）认真贯彻国家关于环境保护工作的方针和，符合国家有关法律、法规、标准。
（2）在符合城市发展思路的前提下，从环境保护要求的实际出发，尾气处理装置规模及服务范围的确定做到符合规划，逐步实施，突出重点，经济合理，全面优化地解决钢铁厂烧结炉尾气排放问题。
（3）采用适合自然条件，处理效率高、运行费用低、投资少、占地少、管理操作方便灵活的尾气颗粒物排放和尾气脱硫处理先进工艺及技术。同时充分考虑，脱硫装置，脱硫副产物，循环水的合理利用，逐步实现循环水、副产物的资源化。
（4）尾气处理工艺的选择，从实际情况出发，按照尾气排放量与尾气组分，排放标准，经技术经济比较，采用低能耗，低运行费用，低基建费用，操作管理简便的成熟工艺。
（5）积极慎重地采用经实践证明是行之有效的新技术、新工艺、新材料和新设备。
（6）选择安全，可靠易操作的自动化控制及检测系统，提高尾气处理装置的自动化管理水平。
（7）积极在推广新的脱硫技术，提高脱硫效率。采取适当措施避免脱硫系统结垢、腐蚀和堵塞的发生。
（8）尾气处理装置设备旁路烟道、紧急排空管和检修通道，便于系统维护和检修。
（9）本设计目标符合《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB28662-2012）以及起它相关规范与标准。
(10) 尾气处理装置建筑风格力求统一，简洁明快、美观大方，并与厂区周围景观相协调。
(11) 积极创造一个良好的生产和生活环境，钢铁厂尾气处理装置设计成为现代化的尾气处理装置。
3.设计规模
本设计尾气处理工艺的设计范围为：烧结带烧炉，尾气排放量30000m3/h，尾气经除尘装置、脱硫装置至烟囱的整套尾气处理系统。包括多管除尘器、静电除尘器、脱硫剂贮存、制浆系统、脱硫塔以及吸收循环系统、烟气系统、脱硫产物的处置系统的整套设计。设计内容主要包括：
（1）颗粒物除尘方案比选确定
（2）脱硫工艺的比选确定
（3）尾气处理工艺改造方案的定案
（4）尾气处理装置主要工艺设备选型
（5）尾气处理装置主要建筑物、构筑物尺寸
（6）尾气处理装置主要工艺流程图纸
5.构、建筑物一览表
表2-1 构建筑物一览表
| 序号 | 构、建筑物名称 | 建筑尺寸（m） | 单位 | 数量 | 结构 |
| 1 | 多管式除尘器地基 | 4×3×0.5 | 座 | 1 | 钢混 |
| 2 | 静电除尘器地基 | 16×5×0.5 | 座 | 1 | 钢混 |
| 3 | 高压变压器地基 （除尘器专用） | 2×2×0.5 | 座 | 1 | 钢混 |
| 4 | 引风机房 | 12×6×6 | 座 | 1 | 砖混 |
| 5 | 烟囱 | 座 | 1 | 砖混 | |
| 6 | 脱硫碱池 | V=150 | 座 | 1 | 砖混 |
| 7 | 再生池 | V=150 | 座 | 1 | 砖混 |
| 8 | 过滤设备区 | 10×10×0.5 | 座 | 1 | 钢混 |
| 9 | 制浆池 | V=56 | 座 | 1 | 钢混 |
| 10 | 滤液罐 | D=3×3 | 座 | 1 | 钢混 |
| 11 | 喷淋塔地基 | D=2.5×0.5 | 座 | 1 | 钢混 |
| 12 | 副产品收集间 | S=200 | 座 | 1 | 砖混 |
| 13 | 沉淀池 | V=150 | 座 | 1 | 砖混 |
| 14 | 机修间 | S=300 | m2 | 1 | 钢混 |
| 15 | 综合楼 | S=900 | m2 | 1 | 钢混 |
| 16 | 总变电室 | S=300 | m2 | 1 | 钢混 |
| 17 | 总控制室 | S=200 | m2 | 1 | 钢混 |
| 18 | 其他生活设施 | S=800 | m2 | 1 | 钢混 |
| 19 | 绿化 | m2 |
本设计主要的生产构筑物有：多管除尘器及静电除尘器地基、脱硫碱池、再生池、喷淋塔地基、沉淀池、制浆池、引风机房、过滤设备区、烟囱等。
6.1多管式除尘器及静电除尘器地基
多管式除尘器及静电除尘器是用来处理烧结尾气中的颗粒物，经过除尘器联用，将颗粒物浓度降至排放标准以下，通过引风机将净化后的尾气，输送至脱硫装置，进行脱硫。
6.2引风机房
引风机房是用来安放二台引风机，其作用：一是补偿压差，防止前系统憋压，造成生产事故；二是用来将经过多管式除尘器和静电除尘器尾气输送至喷淋塔。
6.3脱硫碱池
脱硫碱池是用来配制吸收液，通过循环碱泵将碱液输送至喷淋塔内部，经过喷淋头喷射吸收尾气中的二氧化硫、氮氧化物，储存吸收液，保证喷淋塔正常运行的关键，要设置两台循环碱泵，一用一备。其主要反应过程为：
Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2 （2-1）
2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O （2-2）
Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3 （2-3）
6.4喷淋塔地基
喷淋塔地基是用来建造喷淋塔基础，也是整个脱硫装置的核心部分，尾气中的二氧化硫、氮氧化物的主要处理场所。需要设置除雾器，捕捉脱硫后洁净烟气中的水分，尽可能地保护其后的管路及设备不受腐蚀。
6.5再生池
再生池主要起到两个作用：一是接受喷淋塔底部溢流出来的吸收液及残渣；二是吸收液吸收二氧化硫后，碳酸根后期基本被驱除，吸收效果降低，通过加入石灰乳，再生为吸收液，同时生产大量的副产物，需要设置泥浆泵一台，碱泵一台，泥浆泵将副产物输送至沉淀池，碱泵将再生液输送至脱硫碱池，其主要反应过程为：
2NaHSO3+Ca(OH)2=Na2SO3+CaSO3 （2-4）
Na2SO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaSO3 （2-5）
6.6沉淀池
沉淀池是用来接收再生池中的副产物，也是真空转鼓过滤机专用泵的缓冲池，需要设置一台碱泵，将沉淀池的清液输送至再生池。
6.7过滤设备区
过滤设备有两个方案可以选择：一个是带式浓缩压滤机，另一个是真空转鼓过滤机。带式浓缩压滤机集污泥浓缩脱水于一体，在国内应用较多，具有成熟的运行、管理经验，价格便宜，但卫生条件差，耗水量大；真空转鼓过滤机其优点是不需要高压冲洗泵，设备维护管理简单、方便。系统在全封闭状态下操作，避免二次污染，固液分离效果好，能全天连续运行，其缺点是一次性投资高。考虑本设计远期规模较大，设计选用真空转鼓过滤机。
7.构、建筑物工艺设计
7.1除尘器地基
按照本设计烧结尾气排放量30000m3/h规模，土建按照尾气排放量50000m3/h设计规模一次性建成，设备按尾气排放量30000m3/h规模安装。
A多管式除尘器
功能：除去烧结尾气中粒径大于5微米的颗粒物
设计处理量：按长远尾气排放量Qmax=50000m3/h
设计工艺温度：60℃～150℃
设计工艺压力：0Kpa～20Kpa
推荐厂家：山东省淄博市博山宝刚机械厂，XID-15陶瓷多管式除尘器（处理量Qmax=45000m3/h），XID-20陶瓷多管式除尘器（处理量Qmax=60000m3/h）
B静电除尘器
功能：除去烧结尾气中粒径小于5微米的颗粒物
设计处理量：按长远尾气排放量Qmax=50000m3/h
设计工艺温度：60℃～150℃
设计工艺压力：0Kpa～20Kpa
推荐厂家：泊头市新润环保设备有限公司，CDPK-10/2单室两电场静电除尘器（处理量Qmax=26000m3/h～36000m3/h），CDPK-15/3单室三电场静电除尘器（处理量Qmax=39000m3/h～56000m3/h）
7.2引风机房
功能：防止前系统憋压，将烧结尾气输送至喷淋塔内
设计处理量：按近期尾气排放量Qmax=30000m3/h
推荐使用：Y4-68No 12.5D离心通引风机两台，一用一备。参数：转速960r/min，风量426～76106m3/h，电动机型号Y280S-6，功率45KW，
7.3脱硫碱池
功能：配制吸收液，吸收液储存
设计参数：按近期尾气排放量Qmax=30000m3/h
设计流量：
（2-4）
以“式（2-4）”为设计依据，结合实际情况，设计脱硫碱池体积为：150m3
再生池与沉淀池均以此为标准，设计体积为：150m3。
7.4喷淋塔地基
设计参数：按近期尾气排放量Qmax=30000m3/h
设计直径：
D=2×=2.30m （2-5）
以“式（2-5）”为设计依据地基直径取2.5m。
7.5过滤设备区
功能：将再生池和沉淀池中产生的副产物进行过滤分离，滤液循环利用，滤渣进行后期处理使其商品化，抵消运行费用。
设计参数：按远期尾气排放量Qmax=60000m3/h
设计副产物：
W副产物=163.32Kg/h×24h=3919.68Kg/d （2-6）
以“式（2-6）”为设计副产物每天为3919.68Kg。
7.6烟囱
功能：排出净化后的烟气
设计要求：根据《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）中4.6烟囱高度：①最低允许高度为15m；②要高出烟囱半径200m内建筑物3m以上；③除执行上述两项外，还应符合环境影响报告书规定。
8.辅助建筑物设计
烧结尾气处理装置建筑物按远期60000m3/h规模设计。考虑到本设计工程的实际情况，确定各主要附属建筑物建筑面积如下：
8.1综合楼
综合楼：建筑面积900 m2。 内设生产管理、行政管理、控制、化验室等。
8.2机修间、总控制室、总变电室
a. 机修间：建筑面积300m2，主要负责厂内设备和零配件修理，并设机电、仪表和泥、木工间等。
b. 总控制室：建筑面积200m2
c. 总变电室：建筑面积300m2
8.3其他生活设施
食堂：建筑面积300 m2
浴室：建筑面积300 m2
值班宿舍：建筑面积200 m2
9.建筑设计
本设计建筑设计内容包括生产区总体规划布置、综合楼、食堂宿舍、机修、配电室、循环碱池、再生池、沉淀池等构建筑物设计。便于生产和管理。依据尾气处理工艺流程及长期规模的要求，确定装置的用地面积、功能分区及各单体的设计指标，建筑设计准循经济、美观、实用的原则，生产区根据工艺流程需要布置生产性构筑物，用地特点，力求简洁合理，节约用地，保护周边环境。
三、设计计算书
1.概述
1.1设计说明
原有烧结尾气处理工艺不能满足《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB28662-2012）中大气污染物排放控制要求，要求改造后达到大气污染物排放标准。
1.2烧结炉尾气组分
颗粒物≤2000mg/m3
SO2 ≤1500mg/m3
氮氧化物（以NO2计）≤300mg/m3
1.3改造处理后排放组分
经改造尾气处理装置处理后，达到《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB28662-2012）中大气污染物排放控制要求限值以下。其主要排放控制指标如下
表3-1工艺设计大气污染物排放标准浓度（单位：mg/m3）
| 颗粒物 | 二氧化硫 | 氮氧化物（以NO2计） | |
| 排放限值 | 30 | 200 | 300 |
| 设计要求 | 20 | 150 | 200 |
（1）颗粒物PM的去除率：
（3-1）
（2）二氧化硫的去除率：
（3-2）
（3）氮氧化物（以NO2计）的去除率：
（3-3）
2.处理工艺的选择
2.1尾气处理工艺流程
烧结尾气 多管式除尘器 静电除尘器 引风机 喷淋塔 烟囱
2.2脱硫工艺流程
循环碱池 循环碱泵 喷淋塔 再生池 沉淀池 过滤设备 副产品
工艺流程图：详见图001《双碱法脱硫工艺流程图》
3.处理构筑物设计计算
3.1尾气处理部分
3.1.1多管式除尘器的选型推荐
功能：多管式除尘器主要是用来处理烧结尾气中的粒径大于5.0微米的颗粒物，也是颗粒物集中处理的地方，粒径小于5.0微米的颗粒物，在引风机的作用下，进入静电除尘器处理。
设计计算：多管式除尘器地基按远期烧结尾气排放60000m3/h规模设计，除尘器按近期排放量Qmax=30000m3/h规模设计。
设计尾气处理量：Qmax=30000m3/h
（1）入口直径D
（3-4）
式（3-4）中，D — 除尘器入口直径，m
Qmax — 需要处理的尾气气体量，m3/s
ν — 除尘器筒体净空截面平均流速（查阅除尘器手册P95根据需要处理气体量算出除尘器进口气体流速一般12～25m/s，故v=15m/s）,m/s
故除尘器入口直径为0.84m，取0.85m
（2）除尘器处理能力Q处理
（3-5）
式（3-5）中，Q处理 — 除尘器处理能力，m3/h；
D — 除尘器入口直径，m；
ν — 除尘器筒体净空截面平均流速（查阅除尘器手册P95根据需要处理气体量算出除尘器进口气体流速一般12～25m/s，故ν=15m/s）,m/s；
（3）处理后排放浓度C排放
（3-6）
式（3-6）中，C排放 — 经多管式除尘器处理后尾气中颗粒物浓度，mg/m3
η — 除尘器的除尘效率（山东省淄博市博山宝刚机械厂提供XID-15陶瓷多管式除尘器除尘效率：85%～95%，故选85%）,%
C进口 — 烧结尾气中颗粒物浓度，mg/m3
（4）粉尘回收量G
（3-7）
式（3-7）中，G — 粉尘回收量，kg/h
C排放 — 经多管式除尘器处理后尾气中颗粒物浓度，mg/m3
C进口 — 烧结尾气中颗粒物浓度，mg/m3
故，根据以上计算，烧结尾气处理量按近期考虑，推荐使用山东省淄博市博山宝刚机械厂提供XID-15陶瓷多管式除尘器；若按远期考虑使用XID-20陶瓷多管式除尘器，其设备主要参数如下：
表3-2 XID型陶瓷多管式除尘器
| 型号 | 处理量（m3/h） | 阻力 （pa） | 进出口流速（m/s） | 陶瓷管数量（套） | 尺寸(m) 长×宽×高 | 设备重量（kg） |
| XID-15 | 45000 | 700～900 | 8～15 | 30 | 2.42×2.02×4.15 | 5500 |
| XID-20 | 60000 | 700～900 | 8～15 | 40 | 3.22×2.02×5.15 | 7900 |
3.1.2静电除尘器的选型推荐
功能：静电式除尘器主要是用来处理多管式除尘器净化后尾气中粒径小于5.0微米的颗粒物，也是将尾气中颗粒物降至国家标准以下的主要场所，然后在由引风机将净化后的尾气，输送至喷淋塔进行脱硫脱硝处理。
设计计算：静电除尘器地基按远期烧结尾气排放60000m3/h规模设计，除尘器按近期排放量Qmax=30000m3/h规模设计。
设计尾气处理量：Qmax=30000m3/h
查询除尘器手册可知：
静电除尘器的电场风速：合理的电场风速对于正确设计和选用井底那除尘器断面及减少粉尘的二次飞扬是至关重要的。在实际设计计算时可参考下表初步确定。
表3-3 各种工业炉窑静电除尘器的电厂风速
| 主要工业窑炉的静电除尘器 | 电厂风速ν/（m/s） | 主要工业窑炉的静电除尘器 | 电厂风速ν/（m/s） | ||
| 电厂锅炉飞灰 | 0.7～1.4 | 水泥工业 | 湿法窑 | 0.9～1.2 | |
| 立波尔窑 | 0.8～1.0 | ||||
| 纸浆和造纸炉黑液回收 | 0.8～1.8 | 干法窑（增温） | 0.8～1.0 | ||
| 干法窑（不增温） | 0.4～0.7 | ||||
| 钢铁工业 | 烧结机 | 1.2～1.5 | 烘干机 | 0.8～1.2 | |
| 高炉煤气 | 0.8～3.3 | 硫酸雾 | 0.9～1.5 | ||
| 碱性氧气顶吹转炉 | 1.0～1.5 | 城市垃圾焚烧炉 | 1.1～1.4 | ||
| 焦炉 | 0.6～1.2 | 有色金属炉 | 0.6 | ||
粉尘的驱进速度ω：粉尘的驱进速度是静电除尘器设计的重要参数之一。常见粉尘的驱进速度见下表。
表3-4 常见粉尘的驱进速度
| 粉尘名称 | ω （m/s） | 粉尘名称 | ω （m/s） |
| 电站锅炉飞灰 | 0.04～0.2 | 焦油 | 0.08～0.23 |
| 粉煤炉飞灰 | 0.1～0.14 | 硫酸雾 | 0.061～0.071 |
| 纸浆及造纸锅炉尘 | 0.065～0.1 | 石灰回转窑尘 | 0.05～0.08 |
| 铁矿烧结机头粉尘 | 0.05～0.09 | 石灰石 | 0.03～0.055 |
| 铁矿烧结机尾粉尘 | 0.05～0.1 | 镁砂回转窑尘 | 0.045～0.06 |
| 钢铁烧结粉尘 | 0.06～0.2 | 氧化铝 | 0.0 |
| 焦炉尘 | 0.67～0.161 | 氧化锌 | 0.04 |
| 高炉尘 | 0.06～0.14 | 氧化铝热料 | 0.13 |
| 闪砾炉尘 | 0.076 | 氧化亚铁（FeO） | 0.07～0.22 |
| 冲天炉尘 | 0.3～0.4 | 铜焙烧炉尘 | 0.0369～0.042 |
| 热炎焰清理机尘 | 0.0596 | 有色金属转炉尘 | 0.073 |
| 湿法水泥窑尘 | 0.08～0.115 | 镁砂 | 0.047 |
| 立波尔水泥窑尘 | 0.065～0.086 | 硫酸 | 0.05～0.085 |
| 干法水泥窑尘 | 0.04～0.06 | 石膏 | 0.15～0.2 |
| 煤磨尘 | 0.08～0.1 | 城市垃圾焚烧炉尘 | 0.040.12 |
（1）电场断面积
电场的断面各系数指静电除尘器内垂直于气流方向的有效断面积。它通常与处理风量和电场风速有如下关系。
（3-8）
式（3-8）中，F — 电除尘器电场的有效断面积，m2
Qmax — 通过电除尘器的尾气处理量，m3/h
ν0 — 尾气通过电场的风速(烧结机静电除尘器的电场风速1.2～1.5m/s，故取ν0=1.2m/s)，m/s
（2）收尘极面积A
静电除尘器所需的收尘极面积可根据要求由除尘器效率计算求得，而除尘效率是根据静电除尘器的烟气含尘浓度以及允许的排放标准确定，收尘极面积可按下式计算：
（3-9）
（3-10）
式（3-9），（3-10）中，A — 收尘面积，m2
Qmax — 烧结尾气处理量，m3/h
ω — 带电尘粒向收尘极的驱进速度（烧结机静电除尘器粉尘的驱进速度0.06～0.2m/s，故取ω=0.1m/s），m/s
η — 除尘效率，%
QE — 静电除尘器出口烟气量，m3/h
CE — 静电除尘器出口处的烟气含尘浓度，mg/m3
QB — 静电除尘器出口烟气量，m3/h
CB — 静电除尘器出口处的烟气含尘浓度，mg/m3
故静电除尘器的收尘面积A为225.75m2，取A=230m2
（3）电场段面面积Ac
（3-11）
式（3-11）中，Qmax — 烧结尾气处理量，m3/h
Ac — 电场段面面积，m2
ν — 气体平均流速，m/s
对于一定结构的静电除尘器，当气体流速高时，除尘效率降低，因此气体流速不宜过大，但如其过小，又会使除尘器体积增加，造价提高。故一般ν=1.0m/s左右。
故静电除尘器的电场段面面积Ac=8.33m2，取8.5m2
（4）通道数N
收尘极与放电极的间距对电除尘器的电气性能及除尘效率均有很大的影响。如间距太小，由于振打引起的位移、加工安装的误差和积尘等对工作电压影响大；如间距太大，工作电压高，往往受到变压器、整流设备、绝缘材料的允许电压的限值，过去收尘极的间距（2b）多采用200～300mm，即放电极与收尘极之间的距离（b）为100～150mm，现在多采取400mm。
放电极间的距离对放电强度也有很大影响，间距太大，会减弱放电强度；但电晕线太密，也会因屏蔽作用面使其放电强度降低。考虑与收尘极的间距相对应，放电极间距过去也采用200～300mm，现在可采用400mm。极间距400mm代替300mm后，由于极间距加大，从而可在电极施加更高的电压，使驱进速度ω增加1.33倍，电除尘器的效率可以提高。
当电场段面面积Ac≤80m2，极板高度h为：
（3-12）
式（3-12）中，h — 极板高度，m
Ac — 电场段面面积，m2
故极板高度h为2.92m，故极板高度h取3.0m。
通道数N计算：
（3-13）
式（3-13）中，N — 通道数，个
Ac — 电场段面面积，m2
2b — 收尘极间距（过去收尘极的间距（2b）多采用200～300mm，即放电极与收尘极之间的距离（b）为100～150mm，现在多采取400mm），mm
h — 极板高度，m
K — 大C型板（一般K=45mm）,mm
故通道数N为9.98个，取通道数为10个
（5）电场长度L
（3-14）
式（3-14）中，L — 电场长度，m
A — 收尘面积，m2
N — 通道数，个
h — 极板高度，m
故电场长度L 为3.83m，取4m
故，根据以上计算，推荐使用泊头市新润环保设备有限公司CDPK型静电除尘器，烧结尾气处理量按近期考虑，CDPK-10/2单室两电场静电除尘器，若按远期考虑选择CDPK-15/3单室三电场静电除尘器，其设备主要参数如下：
表3-5 静电除尘器主要参数
| 型号规格 | CDPK-10/2单室两电场10m2 | CDPK-15/3单室三电场15m2 |
| 电场有效断面积（m2） | 10.4 | 15.6 |
| 处理气体量（m3/h） | 26000～36000 | 39000～56000 |
| 收尘面积（m2） | 316 | 620 |
| 阻力损失(pa) | ≤200 | ≤300 |
| 最高允许含尘浓度（g/m3） | 30 | 60 |
| 尺寸（m）（长×宽×高） | 11.44×4.02×10.78 | 15.73×4.96×10.10 |
| 设备本体重量（T） | 43.5 | 84 |
3.1.3引风机的选型
功能：防止前系统憋压，将烧结尾气输送至喷淋塔内
设计计算：引风机房按远期烧结尾气排放60000m3/h规模设计，引风机按近期排放量Qmax=30000m3/h规模设计。
选用：Y4-68No 12.5D离心通用引风机两台，一用一备。设备主要参数：
表3-6 离心通用引风机
| 型号 | Y4-68No 12.5D |
| 转速（r/min） | 960 |
| 全压（pa） | 1133～18 |
| 流量（m3/h） | 426～76106 |
| 电机型号 | Y280S-6 |
| 电机功率（Kw） | 45 |
| 设备尺寸（长×宽×高）（mm） | 1806×2152×22 |
3.1.4喷淋塔设计
功能：处理烧结尾气中的二氧化硫、氮氧化物，经过除尘器净化后的尾气，在引风机的作用下，进入喷淋塔，集中脱硫、脱硝，是整个尾气处理装置中的核心组成部分。
（1）喷淋层的选取
喷淋空塔内喷淋层的安装应使吸收塔横断面被喷淋液滴完全、均匀地覆盖。最重要的设计参数是层数和层间的垂直距离。这些参数涉及吸收塔的总高度,因而也是影响设备费用的重要因素。典型的喷淋空塔设计3～5 个喷淋层。第一层必须布置在离烟气进口烟道上方足够远的位置,使得喷淋浆液能够接触进入的烟气,且不会有过多浆喷入进口烟道,距进口烟道顶部的典型距离为1～3 m。相邻喷淋层的典型距离为1～2 m。最上层与除雾器底部至少应为0.5 m。
本设计设置3层喷淋层，每层间距1.5m。
（2）喷嘴的选择及参数设计
选择合适的喷嘴和对喷嘴进行合理布置对于保证系统性能与运行可靠性至关重要。进行WFGD 的喷嘴设计时应考虑如下问题：
a.根据工程实际情况确定喷嘴类型与材料;
b.根据所需的雾化液滴尺寸来确定喷嘴特性参数;
c.选择合理的喷嘴间距, 一般水平间距取0.7～ 1.2m , 垂直间距取1.5～1.7m,可确保覆盖率和覆盖的均匀性;
d. 在确定入口烟气量及根据工程具体情况选定合适的塔内烟气流速、液气比之后, 塔径、浆液喷淋量随即确定, 在塔截面内根据选定的喷嘴特性及确保气液有效传质所需的水平间距确定合理的喷嘴数量。
（3）喷淋系统的覆盖率
喷淋覆盖率是指喷淋层覆盖的重叠度, 它由喷淋覆盖高度、喷淋角来确定。覆盖高度是指液膜离开喷嘴后至破碎前的垂直高度, 典型值取1m。工程设计时通常要求塔内喷淋覆盖率为100%～300%,且覆盖比较均匀。本设计选取覆盖率为100%，选取北京洋鑫利喷雾有限公司喷雾直径为3m的DN15喷嘴，此种喷头为陶瓷材质耐腐蚀，流速范围大无堵塞，雾化效果好，喷淋覆盖率的计算公式:
（3-15）
参数代入“式（3-15）”如下：
式（3-15）中α为覆盖率，%
n为单层喷嘴数量，个
为单个喷嘴的覆盖面积，
A为吸收塔的截面积,
可求得n=4,单层布置4个喷嘴，三层共布置12个喷嘴。
（4）喷淋塔工艺设计计算
a、 喷淋塔的直径的计算方法和直径设计原则
喷淋塔的尺寸设计遵循下述原则：喷淋塔的直径（D）由塔内烟气量决定，保证喷淋塔内气体流速不大于4m/s；根据国内外多年的运行经验，喷淋塔内烟气的流速应控制在不大于4m/s为宜。由于设计工况下烟气量为确定值，因此喷淋塔直径决定了塔内烟气流速的大小。当烟气流速过低时，吸收塔直径过大，同时低流速时传热传质效果不佳，除雾器中液滴“逃逸”现象比较明显。流速较高时，虽然可以降低塔径，节省材料，有利于传热和传质的进行，但塔内停留时间过短，同样不利于吸收反应的进行，而且液滴“夹带”现象严重，不利于除雾器的安全运行。
b、喷淋塔高度的计算方法和高度设计原则
喷淋塔高度目前定义为喷淋塔最高液面至最顶层喷淋层间的距离；高度设计遵循下述原则：
（1）喷淋塔最高液面距离吸收塔入口段最低点保持1.5m以防止喷淋塔内液体的倒灌；
（2）最低层喷淋层距离喷淋塔烟气出口段最高处保持一定距离以满足气体在塔内分布和停留时间的要求；
（3）喷淋塔喷淋层间间距1m保证喷淋浆液分布最优。
（4）喷淋塔的高度由吸收区高度（H1）、除雾器空间高度（H2）以及进出烟道高度（H3）等决定；除雾器空间高度应满足除雾器前后的空间要求。
a、确定喷淋塔内径
设喷淋塔截面为圆形。按上述实际运行烟气体积流量 选取烟速“，则塔内径为：
（3-16）
式（3-16）中，D — 喷淋塔直径，m
Qmax — 烧结尾气处理量，m3/h
μ — 喷淋塔内烟气流速（根据工程经验：湿法脱硫中，一般不大于4m/s，流速太高的话，容易把雾化的很小的液雾带走，故=2m）
故喷淋塔直径D取2.50m，则，喷淋塔底面积：
S===4.91m2 （3-17）
b、确定喷淋塔高度
在塔内横截面积确定之后，根据烟气流速、塔内停留时间来确定高度的 J。为了确保足够气液反应时间，烟气塔内最短停留时间取5s，则塔高在9m以上。
本设计设置3层喷淋层，每层间距1.5m；第1层距进口烟道顶部1m，进口烟道距塔基1.5m，进口烟道直径0.8m，塔基高0.5m 。第3层喷淋层距除雾器1m，除雾器高度为0.3m，除雾器上表面0.5m，出口烟道直径0.8m，出口烟道顶部紧靠塔顶。累计可得塔全高约9m。
3.1.5 烟囱
功能：排出净化后的烟气
设计要求：根据《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）中4.6烟囱高度：①最低允许高度为15m；②要高出烟囱半径200m内建筑物3m以上；③除执行上述两项外，还应符合环境影响报告书规定。
3.2脱硫工艺部分
3.2.1脱硫碱池
脱硫碱池附近设有纯碱粉仓一座，配有斗式提升机向仓内提供纯碱，纯碱粉仓2.5m3，全钢结构，仓顶设有真空释放阀，可存储纯碱粉体约6吨；整座粉仓分为桶体及椎体部分，设有钢平台及检修爬梯，纯碱通过电动卸料阀经落粉管进入脱硫碱池。
纯碱在脱硫系统内循环使用，因此纯碱粉仓中纯碱只需间断向碱槽内加料，在pH值降低时加入纯碱进行调节，保证碱槽内pH值保持在8～9间即可。
按近期考虑烧结尾气Qmax=30000m3/h，喷淋塔大约每小时喷淋110m3，脱硫碱池有效容积150m3，配电动搅拌装置一套，脱硫碱池中碱液可提供约60～80分钟的喷淋；脱硫碱池预埋管道，脱硫塔配两台循环碱泵，一用一备。管道上均配有电磁流量计以监控系统运行状况。因喷淋量为110.4m3/h，故以此定脱硫碱池体积，结合现场条件碱池设计为150m3 。
3.2.2循环碱泵
功能：将脱硫碱池中的脱硫液输送至喷淋塔，使喷淋塔与烟气中的二氧化硫反应
设计计算：根据工程经验，SO2如果1400mg/m3液气比2.5即可，SO2如果、4000mg/m3液气比4即可，液气比取L/G= 4，烟气中水气含量设为8%，则喷淋量：
（3-18）
根据喷淋量，选取循环碱泵，推荐使用：150UHB-ZK-150-20耐腐蚀砂浆泵，流量150m3/h，扬程20m，转速1450r/min，轴功率24.5kw、电机30kw，进口直径150mm×125mm，重量950kg。
3.2.3再生池
功能：再生池主要起到两个作用：一是接受喷淋塔底部溢流出来的吸收液及残渣；二是吸收液吸收二氧化硫后，碳酸根后期基本被驱除，吸收效果降低，通过加入石灰乳，再生为吸收液，同时生产大量的副产物。
设计：再生池附近设有生石灰粉仓、制浆池。生石灰粉仓一座，全钢结构，仓顶设有真空释放阀；容积8m3，可储备CaO约16吨，按近期考虑，满负荷运行，一天所需CaO量为1吨计算，一次储满，可使用2周，通过斗式提升机向粉库内输送生石灰，斗式提升机依粉仓而建，型号DT30。
制浆池、再生池均为地埋式，其中，制浆池56m3，通过碱泵将石灰乳打入再生池参与再生反应，制浆池配有工艺水管一根，运行过程中依据石灰浆液消耗情况添加工艺水与石灰。
脱硫后废液通过自然溢流进入再生池，再生池有效容积为150m3，按照最大流量110m3/h，即5.8m3/min计算，在中和池内，脱硫液及石灰乳约有20分钟的停留时间，池底设有一台污泥泵，通过泥浆泵将池底脱硫浆液打入沉淀池。
3.2.4沉淀池
功能：沉淀池是用来接收再生池中的副产物，也是真空转鼓过滤机专用泵的缓冲池，需要设置一台碱泵，将沉淀池的清液输送至再生池。
设计：再生池中的脱硫浆液经泥浆泵打入沉淀池后进行固体沉淀，沉淀池150m3，地埋辅流式，沉淀池上清液经碱泵输送至再生池；沉淀后的脱硫产物经过滤设备过滤，形成副产物，进行曝气处理，进行商品化。
3.2.5脱硫工艺设计计算
按SO2初始浓度1500mg/Nm3，SO2排放浓度要求≤150mg/Nm3的要求，可计算出要求的脱硫效率为90%。设计时按脱硫效率为90%考虑，此时脱硫系统工作需脱除SO2的量为40.5kg/h。
（1）纯碱启动用量：
Na2CO3+SO2 Na2SO3+CO2 （3-19）
Na2SO3+SO2+H2O 2NaHSO3 （3-20）
根据启动阶段存在的吸收反应式“式（3-21）”，“式（3-22）”中，可知启动阶段1mol的Na2CO3 可吸收2mol的SO2。
Na2CO3—————2SO2
106 2×
x 40.5kg/h
可求得Na2CO3消耗量x=40.5×106÷128=33.54 kg/h
为保证吸收效率，纯碱启动用量应过量，工程上对吸收液[Na+]的选择以0.05 mol/L 左右为宜。考虑碱池有效容积150 m3，则启动阶段纯碱添加量为 ：
0.05 mol/L ×150 m3×1000×0.106 kg/mol=795Kg
（2）石灰用量及石灰浆液流量：
2NaHSO3+Ca(OH)2 Na2SO3+CaSO3·1/2H2O↓+3/2H2O （3-21）
Na2SO3+ Ca(OH)2 2NaOH+CaSO3·1/2H2O↓ （3-22）
根据再生反应式“式（3-21）”，“式（3-22）”中，可知1mol的s 需要1mol的ca为保证反应效率，再生剂需过量，根据工程经验，ca：s取1.05， ca需要量为 ：
40.5kg/h×××1.05=25.32kg/h
Cao需要量为：
25.32 ×= 35.45kg/h
石灰纯度85%，则石灰消耗量：
35.45÷85%=41.71kg/h
系统消耗石灰量为41.71kg/h，石灰消化生成消石灰量：
41.71×=55.12 kg/h
副产品生产量：
25.32 ×=81.66kg/h
5%浓度的石灰浆液流量为：
55.12÷（2.24×1000）÷0.05=11.75 m3/h
表3-7 脱硫工艺主要设备选型
| 设备名称 | 型号 | 数量 | 备注 | |
| 脱硫碱池 | 全钢纯碱粉仓 | LV-30 | 1座 | |
| 真空释放阀 | D-508 | 1台 | ||
| 斗式提升机 | DT30 | 1台 | ||
| 电动卸料阀 | 1台 | |||
| 落料管 | 1套 | |||
| 搅拌装置 | φ3000×1800 | 1套 | 11 KW | |
| 循环碱泵 | 耐腐蚀砂浆泵 | 150UHB-ZK-150-20 | 2台 | 30KW，一备一用 |
| 喷淋塔 | 喷淋塔 | φ=2.5，H=15m | 1座 | 碳钢内衬玻璃钢 |
| 一级喷淋组合 | PE1206 | 1套 | ||
| 二级喷淋组合 | PE1205 | 1套 | ||
| 除雾器 | 316L＋增强型PP | 6套 | ||
| 电磁阀 | 3台 | |||
| 再生池 | 全钢石灰粉库 | LV-50 | 1座 | |
| 真空释放阀 | D-508 | 1台 | ||
| 斗式提升机 | DT30 | 1台 | ||
| 制浆池 | 56m3 | 1台 | ||
| 制浆池搅拌 | ф3000×1800型 | 1套 | 11 KW | |
| 碱泵 | 50UHB-ZK-25-18 | 1台 | 4 KW | |
| 沉淀池 | 渣浆泵 | 80UHB-Z-45-32 | 1台 | 5.5KW |
| 过滤机 | 刮刀式 真空转鼓过滤机 | 1套 | ||
| 转鼓专用泵 | 80UHB-ZK-45-18 | 1台 | 7.5KW | |
| 其他 | 附属设备 | 一套 |
1.装置区总平面布置
市第二钢铁厂座落于利国镇，附近为村庄，农田，地处 市铜山区北部，西濒微山湖，距 城区37千米。烧结尾气处理装置，位于 市第二钢铁厂西北角，占地30亩。
布置图：详见图003《烧结尾气处理装置总平面布置图》。
1.1 厂区总平面布置遵循原则
（1）与厂区总体规划相衔接，并与周边环境相协调；
（2）装置功能分区明确，构筑物布置紧凑，力求经济合理地利用土地，减少占地面积；
（3）流程力求简短、顺畅，避免迂回重复；
（4）近远期结合良好，近期构筑物尽量集中，形成一完整整体，并为远期留下发展余地；远期施工应避免对近期工程运行造成影响；
（5）建筑物尽可能布置在南北朝向；
（6）装置区构筑物与周边建筑有一定宽度的卫生防护距离，减小尾气排放对周边环境的影响；
（7） 装置区绿化面积不小于30%，总平面布置满足消防要求；
（8） 交通顺畅，便于施工与管理。
装置区平面布置除了遵循上述原则外，具体还应根据城市主导风向、工艺流程特点及地质条件等因素进行布置，既要考虑流程合理、管理方便、经济实用，还要考虑建筑造型、装置区绿化与周围环境相协调等因素。
1.2平面布置功能分区
烧结尾气由南进入尾气处理装置，向北依次经过多管式除尘器、静电除尘器、引风机，再进入喷淋塔，最后进入烟囱，脱硫工艺部分新建生产构建筑物，自脱硫碱池、再生池、制浆池以及沉淀池，成“田”字型建造，周围建设绿化带。
综合楼、风机房、变电所等浑然为一体，功能明确，层次分明。
1.3道路布置
道路设计主要考虑合理划分各构筑物的功能组合，方便运输和操作及管理人员来回巡视，并兼顾消防通道设计要求。装置区主干道宽5m，次干道宽4m，车辆转弯半径6m，顺直简洁，采用混凝土路面。
1.4装置区主要管道布置
布置原则是尽量利用和服从一期工程的管线系统设计思路进行新增和改建部分的工艺管线设计，合理布局，使本期新增管线和原有管线有机结合，成为一个完整的系统。
1.5绿化布置
由于厂区已基本完成绿化设计和建设，对于本设计烧结尾气装置所要涉及的绿化平面布置原则上沿用厂区的设计，使本装置设计的绿化设计浑然为一体。
2.装置区高程布置
2.1高程布置原则
（1）脱硫碱池与喷淋塔，制浆池与再生池，再生池与沉淀池，提升落差，尽量减少提升扬程，节省能源；
（2）与周边区域标高合理衔接；
（3）装置区不受淹，考虑防洪排涝要求。
拟建烧结尾气处理装置现为厂区空地，现状地面标高起伏不大。
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