除尘课程设计2.doc

工业通风与防尘课程设计班级：工 环0902姓名：张 兴 罡学号：2009040308目 录第一章 总论. 11.1 概述. 11.2 设计任务书. 11.3 设计依据和原则. 3第二章 除尘系统. 42.1 方案确定与论证. 42.2 工艺流程描述. 4第三章 主要及辅助设备设计与选型. 53.1 烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算. 53.2 除尘器的选择. 53.3 除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置. 53.4 烟囱的设计. 53.5 系统阻力计算. 53.6 风机、电动机的选择及计算. 53.7 系统中烟气温度的变化. 6第四章 设备及布置图. 74.1 设备一览表. 74.2 净化处理设施的总平面、剖面布置图. 7参考文献. 8第一章 总论1.1 概述随着经济和社会的发展，燃煤锅炉排放的二氧化硫严重地污染了我们赖以生存的环境。由于中国燃料结构以煤为主的特点，致使中国目前大气污染仍以煤烟型污染为主，其中尘和酸雨危害最大，且污染程度还在加剧。因此，控制燃煤烟尘的SO2对改善大气污染状况至关重要。高温气体净化主要包括脱硫和除尘两部分，此外还须脱除HCI、HF和碱金属蒸汽等有害杂质。在常规工艺中，脱硫和除尘作为独立的单元操作分别在各自的装置中完成。而在脱硫除尘一体化工艺过程中，将脱硫和除尘两个单元操作结合起来，即在一个操作单元中既达到除尘的目的又满足脱硫的要求。脱硫除尘一体化操作可以简化工艺流程，节约设备投资。因而，研究开发适合于我国燃煤锅炉烟气脱硫除尘一体化设备具有重要的使用价值。目前烟气脱硫除尘一体化装置主要是通过工艺改造和设备优化组合来实现脱硫除尘的目的，很少有人来通过改良脱硫除尘剂的配方来实现这一目的。假如能够在现有的成熟的高效率脱硫工艺的基础上，在投资成本和运营成本都不高的情况下，通过一些工艺的改良和脱硫药剂的改善来提高其除尘效率，使得该脱硫除尘一体化装置既有良好的脱硫效果，又能获得较高的除尘效率。这种技术的研制和开发一定会有很好的推广价值，产生良好的社会效益和经济效益。1.2 设计任务书1.2.1 设计题目：某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计1.2.2 设计目的通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养学生确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、实用技术资料、编写设计说明书的能力。1.2.3 设计原始资料1) 锅炉型号：SZL413型，共4台设计耗煤量：600kg/h(台)排烟温度：165烟气密度(标准状态下)：1.30kg/m3空气过剩系数：a=1.45排烟中飞灰占不可燃成分的比例：16%烟气在锅炉出口前阻力：800Pa当地大气压力：100k Pa冬季室外温度：12) 煤的工业分析值CY=67% HY=4% SY=1.5% OY=5% NY=1.5% WY=7% AY=14% VY=13%3) 烟气性质空气含水(标准状态下)按0.01293kg/m3；烟气其他性质按空气计算。4) 处理要求按锅炉大气污染物排放标准(GB 132712001)中二类区标准执行。二氧化硫排放标准(标准状态下)：900 mg/m3烟尘浓度排放标准(标准状态下)：200 mg/m3净化系统布置场地位于锅炉房北侧15m以内。1.2.4 设计内容和要求1) 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算。2) 净化系统设计方案的分析确定。3) 除尘系统比较和选择：确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。4) 管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置。并计算个管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径及系统总阻力。5) 风机及电机的选择：根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。6) 编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写、包括方案的确定，设计计算、设备选择和有关设计的简图等内容。7) 图纸要求：锅炉烟气除尘系统平面布置图(A2)1张。按比例绘制。1.3 设计依据和原则锅炉设备是燃料的化学能转化为热能，又将热能传递给水，从而产生一定温度和压力的蒸汽和热水的设备。锅炉型号：SZL413型，SZ双锅筒纵置式，L链条炉排，4蒸汽锅炉额定蒸发量为若干t/h 或热水锅炉额定供热量为若干104kcal/h新单位制应为MW。燃料燃烧就是供给足够的氧气，也就是想炉膛内供给足够的空气。冬季室外温度：-1，设备安装在室外，考虑在冬天设备的防冻措施，以及冬季排气冷凝形成的水雾、烟雾等。按锅炉大气污染物排放标准（GB 132712001）中二类区标准执行，故建地应在二类区：城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。在设计过程中要考虑各除尘器的除尘效率，设备用费等各项技术经济条件。通过计算，根据工况下的烟气量、烟气温度及达到的除尘效率选择除尘器。我选择的是SCX型除尘脱硫技术工艺，这是一种非常典型的湿法烟气脱硫除尘工艺，具有结构简单、压力损失小、操作稳定、脱硫除尘效率高等优点。根据气液相对运动的不同，喷雾除尘脱硫装置可以分为逆流型和错流型。逆流型是烟气向上运动，雾滴由喷嘴喷出向下运动，使气液得以充分混合，完成除尘脱硫过程;错流型是雾滴由喷嘴向下喷出，而烟气水平流动。此外，在一些喷雾脱硫塔中，还有采用顺流型的，即烟气向上运动，雾滴由喷嘴向上喷出，与烟气同向流动，来增加气液接触时间，提高传质效果，同时与逆流布置相比可以减小压力损失，但在应用中还是以逆流型更为常见。第二章 除尘系统2.1 方案确定与论证对于文丘里除尘器,当进水呈中性时(pH=7左右),除尘器出水pH=335,尾部冲灰系统、灰渣泵等易受酸性腐蚀,此时脱硫效率小于30%。为了提高除尘器的脱硫效率,必须提高进水pH值。当进水pH呈碱性时,(pH8)除尘器出水pH为5左右。采用碱性水作为补充水并起中和作用,一般能使循环水呈中性(pH=68),可减少尾部系统的酸性腐蚀,同时除尘器的脱硫效率可提高到80%(见表2)。但这种方法需要大量的碱液(以35t/h锅炉为例,需碱液量为7t/d)。脱硫装置按其结构不同分喷淋塔式、水浴式、文丘里式及水膜式等。但基本上都由喷射装置、罐(塔)体、旋流板、灰水池、清水池、循环泵及管路系统等部分组成。脱硫装置的折算阻力一般300 Pa以下, 根据国家标准规定,除尘器的折算阻力必须小于1 200 Pa,因此在多管除尘器后加装脱硫装置时,首先应对多管除尘器的阻力进行测试,如多管除尘器的阻力小于900 Pa,则可直接串联脱硫装置;如果多管除尘的阻力大于900 Pa,串联脱硫装置后,整个除尘、脱硫系统的总阻力就有可能大于1 200 Pa,原锅炉配套引风机就不能满足正常运行要求,使锅炉易产生正压燃烧,这时只需在原有型号的基础上将引风机的电机功率加大一号,即可满足锅炉运行要求。其次,在脱硫改造时,可根据锅炉除尘室的实际情况,灵活布置脱硫装置,该装置既可安装在多管除尘器与引风机之间(负压段),也可安装在引风机之后(正压段)。安装在负压段的优点是:因脱硫装置进一步去除了烟气中的粉尘,可减轻粉尘对引风机叶轮的磨擦,延长风机使用寿命。安装在正压段的优点为:可避免因脱硫装置脱水不良,引起的风机及烟道腐蚀。两者均有利弊。另外,由于组合式除尘脱硫系统先由多管除尘器去除了大部分粉尘,脱硫装置所需的灰水沉淀池,比其他湿式除尘器的灰水沉淀池小得多,耗水量也比其他湿式除尘器小。因此这种除尘脱硫系统既适合于场地窄小的锅炉房的脱硫改造。也适合新建锅炉房的除尘脱硫。2.2 工艺流程描述1、烟气脱硫除尘工艺流程锅炉烟气由引风机抽出，首先进入文丘里喉管，与雾化的循环脱硫液接触进行降温以吸收长雾滴，从脱硫吸收塔下部切线方向进入旋流塔内，再与水膜接触降温吸收，烟气与脱硫液再次接的是烟气通过旋流板上一定角度的缝隙时所产生的旋流来切割连续的碱性水，使水分散成雾滴与烟气充分接触，液滴中的碱性物质与烟气中的二氧化硫起化学反应，把二氧化硫的生成物由气入液相，完成除尘脱硫过程，含有大量烟气的脱硫液流入塔底液封池，自流出塔进入沉淀池，经过沉降池沉降，清液由循环池被送到旋流塔内循环吸收，经旋流板除尘脱硫之后烟气继续上升进入板，分离下雾滴，再进入除雾塔，经引风机排人烟囱。脱硫装置内壁以铸石衬里和防腐涂料作耐温耐磨防腐处理,延长了设备的使用寿命。脱硫装置所用吸收(洗涤)液为碱性液体,在脱硫器内捕集灰尘、吸收SO2后,排入灰水池,经沉淀后循环使用。2、烟气脱硫除尘基本原理由于脱硫除尘一体化，脱硫除尘同时进行，既有化学反应，又有物理过程。湿式烟气脱硫常采用的方法是吸收法。用水或水溶液作吸收剂吸收烟气中SO2的方法称为湿法脱硫。湿式脱硫的主要作用一般有两个：一是水对SO2的物理吸收，即SO2溶于水，这是一个可逆过程，其脱硫效果受到最大溶解度的限制；二是化学吸收，烟气中的SO2与水中碱性物质发生中和反应。其反应机理如 湿式脱硫主要依靠脱硫剂对烟气中的SO2的化学吸收。3、湿式除尘脱硫的废水处理对于文丘里湿式除尘脱硫塔的废水采用循环处理工艺,即将除尘脱硫后的废水经二级混凝沉淀分离,除去大部分有机物和尘粒,过滤后的清水泵入塔内循环回用,文丘里出口排水pH值在6以上,尾部系统酸性腐蚀明显减轻,且灰管不结垢。该套装置改造后已正常运行一年,脱硫率维持6070%。冲击式除尘脱硫塔的废水也循环使用,当废水中沉淀较多时,排入沉淀池沉淀,澄清后的水泵入塔内继续使用。为了防止脱硫废水对设备的酸性腐蚀,塔内涂防酸防碱防腐涂料,且须经常向水中投加碱性脱硫剂,或将冲灰渣后的碱性水泵入塔内使用。第三章 主要及辅助设备设计与选型3.1 烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算3.1.1烟气量的计算(1) 标准状态下理论空气量Qa=4.76(1.867CY+5.56HY+0.7SY-0.7OY) (m3/kg)式中：CY、HY、SY、OY分别为煤中各元素所含的质量分数。Qa=4.76(1.86767%+5.564%+0.71.5%-0.75%) =6.90(m3/kg)(2) 标准状态下理论烟气量 (设空气含湿量12.93g/m3) QS=1.867(CY+0.375SY)+11.2HY+1.24WY+0.016Qa+0.79 Qa+0.8NY (m3/kg)式中：Qa标准状态下理论空气量，m3/kg；WY煤中水分所占质量分数，%；NYN元素在煤中所占质量分数，%。 QS=1.867(67%+0.3751.5%)+11.24%+1.247%+0.0166.90+0.796.90 +0.81.5%=7.37 (m3/kg)(3) 标准状态下实际烟气量QS=QS+1.016(a-1)Qa (m3/kg)式中：a空气过量系数 (a=1.45)； QS标准状态下理论烟气量，m3/kg；QS标准状态下理论空气量，m3/kg。注意：标准状态下烟气流量Q应以m3/h计，因此Q=QS设计耗煤量。QS=7.37+1.016(1.45-1) 6.90=10.52(m3/kg)(4) 标准状态下烟气流量Q=QS设计耗煤量（m3/h）=10.52600=6314.8（m3/h）3.1.2 烟气含尘浓度的计算标准状态下烟气含尘浓度C = dshAY/QS (kg/m3)式中：dsh排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；AY煤中不可燃成分的含量；QS标准状态下实际烟气量，m3/kg。C = 0.1614%/10.52 =2.1310-3(kg/m3)= 2.13103(mg/m3)3.1.3 烟气中二氧化硫浓度的计算(1)标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算CSO2= 2SY/QS(mg/m3)式中：SY煤中含可燃硫的质量分数；QS标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m3/kg。CSO2= 21.5%0.98106/10.52 (mg/m3)=2794.68(mg/m3) (2) 除尘器应达到的除尘效率=1- CS/C式中：C标准状态下烟气含尘浓度，mg/m3；CS标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m3。则： =1-200/2.13103=90.61%SO2=1-900/2794.68=67.80%(3)工况下的烟气量 (m3/h)式中：Q标准状态下烟气流量，m3/h； T工况下烟气温度，K；T标准状态下温度，273K。（m3/h） =10137/36000 = 2.8（m3/s）3.2 除尘器的选择根据粉尘的粒径分布或种类、工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定除尘器的种类、型号及规格。确定除尘器的运行参数，如气流速度、压力损失等。选择SCX型文丘里湿式除尘器。SCX型除尘脱硫技术与装置是集湿式除尘脱硫、文丘里除尘脱硫和旋风除尘。烟气由进口切向旋转进入上旋体，在离心力作用下，较粗的粉尘甩向器壁而被除去。然后旋转进入筒体内的芯管，并与雾化的吸收液充分混合。芯管是一改性丘里管，在芯管收缩段，气流速度逐渐加快，气流的压力能逐渐转变为动能。在芯管的喉部，气流速度增至最大，静压降低，喷入的喷化吸收液滴被高速气流进一步雾化和加速。由于液滴和粒子之间的惯性碰撞，吸收液的充分雾化和气、液、固三相的充分接触，促进了吸收液捕集尘粒和吸收二氧化硫。在芯管渐扩段，气流速度逐渐降低，静压得以恢复，利于吸收液滴直径的增大和沉降。在装置的下部，有一改性旋流板，该板上布满流动的水膜，扩大气液接触面积，进行烟气的进一步除尘和脱硫。 3.3 除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置1.各装置及管道布置的原则根据锅炉运行情况和锅炉房的实际情况确定各装置的位置。一旦确定了各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了。对各装置及管道的布置应力求简单，紧凑，管路短，占地面积省，并使安装、操作和检修方便。2.管径的确定式中：Q工况下管内烟气流量，m3/s；v烟气流速，m/s (对于锅炉烟尘为10-15 m/s).取v=14m/s 则 (m)表3-3-1 圆整并选取风道外径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm50010.75内径: d1=500-20.75=498.5(mm)由公式 可计算出实际烟气风速:13.8 (m/s)3.4 烟囱的设计1.烟囱高度的确定首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量(t/h)，然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定(表3-3-3)确定定烟囱的高度。表3-4-1 锅炉烟囱的高度锅炉房总额定出力t/h1122661010202040烟囱最低允许高度m202530354045锅炉房总容量:44=16(t/h) 故选定的烟囱高度为40m2.烟囱直径的计算(1)烟囱出口内径可按下式计算: 式中: -除尘器的直径，m； -通过烟囱的总烟气量，m3/h； -按表3-3-4选取的烟囱出口烟气流速，m/s。表3-4-2 烟囱出口咽气流速(m/s)通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风102045自然通风6102.53选定=4 m/s(m) 圆整取d=1.90m(2) 烟囱底部直径d1=d2+2iH (m)式中：d2烟囱出口直径，m； H烟囱高度，m；i烟囱锥度，通常取i=0.020.03。烟囱底部直径，取i=0.02,d1 = 1.89+20.0240=3.49 (m) 圆整取d1=3.5 (m)3.烟囱的抽力式中：H烟囱高度，m； tp烟囱内烟气平均温度, ；tk外界空气温度,(冬季室外温度：-1。), ； B当地大气压，Pa。(100k Pa；)=191 ( Pa)3.5 系统阻力计算1.摩擦压力损失(1)对于圆管 式中：L管道长度(不包括管件、阀门自身尺寸大小)，m；d管道直径，m； 烟气密度，kg/m3；管中气流平均速率，m/s；摩擦阻力系数,是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度K/d的函数。可以查手册得到（实际中对金属管道 值可取0.02，对砖砌或混凝土管道 植可取0.04）。A，对于 500圆管L=9.5m， 金属管道值可取0.02(kg/m3)( Pa)B，对砖砌或混凝土拱形管道 拱形管道示意图: D=500mm 故 B=450mm 则 式中，A为面积，X为周长。2.局部压力损失式中：异形管件的局部阻力系数，查有关手册；取1.055与相对应的断面平均气流速率，m/s；烟气密度，kg/m3。(1) 一为 渐缩管 45时。, 取0.1取=45。, =12.8 m/s( Pa)(m) 二为 30.Z形弯头h=2.985-2.39=0.595=0.6(m)h/D=0.6/0.5=0.12 , 取=0.157=RE 查手册得RE=1.0 =1.00.157=0.157 三为 渐扩管查大气污染控制工程附表十一，并取=30. ,则=0.39( Pa)(m)除尘器入口前管道示意图(2) a为渐缩管 45。,取0.1 取=30。, =13.8 m/s( Pa)(m)b、c均为90.弯头，D=500mm ,取R=D，则=0.23( Pa) 两个弯头p=2p=219.6=39.2( Pa) 除尘器出口风机入口管道示意图（3）T形三通管： =0.78( Pa)对于T形合流三通 =0.55 ( Pa)系统总阻力（烟气在锅炉出口前阻力800 Pa，除尘器阻力1000 Pa）=32.4+84.1+8.5+13.4+16.2+8.5+39.2+66.4+46.8+800+1000=2115.5（Pa）3.6 风机、电动机的选择及计算1 风机风量的计算式中：1.1风量备用系数； Q标准状态下风机前风量，m3/h；tp风机前烟气温度，； B当地大气压力,KP a。（m3/h）2 风机风压的计算式中：1.2风压备用系数； 系统总阻力，Pa；Sy烟囱抽力，Pa； tp风机前烟气温度；ty风机性能表中给出的试验用气体温度，；y标准状态下烟气密度，1.34kg/m3。=1827.8（Pa）3 电动机功率的计算式中：Qy风机风量，m3