大气污染控制工程课程设计——锅炉烟气除尘脱硫处理

1、大气污染控制工程课程设计锅炉烟气除尘脱硫处理 目录 1 设计任务书. 2 1.1课程设计题目 . 2 1.2设计原始资料 . 2 1.3执行标准 . 2 2 设计方案的选择确定 . 2 2.1除尘系统选择的相关计算 . 2 2.1.1用煤量计算 . 2 2.1.2烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算 . 3 2.2数质量衡算、处理效率及达标验算 . 4 2.2.1大气污染物排放限值 . 4 2.2.2计算实现达标排放、污染治理设备及工艺处理效率需达到的 理论值?0 . 5 2.3旋风除尘器设计 . 5 2.3.1除尘效率 .5 2.3.2工作状况下烟气流量 .5 2.3.3旋风除尘器的尺寸 . 6

2、 2.4脱硫吸收塔（喷淋吸收空塔）的设计 . 8 2.4.1工况下烟气中二氧化硫浓度的计算 . 9 2.4.2喷淋塔 . 9 2.4.3新鲜浆料及浆液量的确定 . 11 3 确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置 . 12 3.1各装置及管道布置的原则 .12 3.1.1管径的确定 .12 3.2烟囱的计算 .13 3.2.1烟囱高度的确定 .13 3.2.2烟囱直径的计算 .13 3.2.3烟囱的抽力 .14 3.3系统阻力的计算 .14 3.3.1摩擦压力损失 .15 3.3.2局部压力损失 .15 3.3.3系统总阻力 .15 3.4风机和电动机的选择及计算 .15 3.4.1标准状态下

3、风机风量的计算 .15 3.4.2风机风压的计算 .16 3.4.3电动机功率的计算 .16 参考文献 . 17 1 1.设计任务书 1.1课程设计题目 试根据设计原始资料，对锅炉烟尘进行污染控制系统设计，实现达标排放。 1.2. 设计原始材料 1、锅炉炉型与型号： (1)某厂使用锅炉为生产系统提供过热蒸汽，炉型为链条炉，额定蒸汽量分别为1、2、4 t/h， (2)锅炉为生产系统提供过热蒸汽，炉型为抛煤机炉，额定蒸汽量分别为6、8、10t/h； (3)某电厂发电机组为12万kw，锅炉为煤粉炉，小时燃煤量15、18、20t/h，烟气温度423K。 3、不同炉型燃煤排尘量和烟尘的粒度分布见下表：

4、4、空气过剩系数为1.3-1.4，标准状态下空气含水按0.01293kg/m ，系统漏风系数为炉膛0.1、除尘器0.01，每米管道0.001。 5、烟气在锅炉出口前阻力为800Pa，管道摩擦阻力系数：金属管道取0.02，砖砌或混凝土取0.04；除尘器设备阻力查产品手册。 6、飞灰的驱进速度0.10-0.14m/s。 1.3执行标准 各厂建厂时间为2004年，所在地区为二类地区。 执行标准：环境空气质量标准 (GB30951996)； 锅炉大气污染物排放标准 (GB132712001)； 火电厂大气污染物排放标准 (GB132231996)。 2.设计方案的选择确定 2.1除尘系统选择的相关计算

5、 2.1.1用煤量计算 根据锅炉燃料耗量计算公式：B=B-燃料耗量、kg/h； D-锅炉产汽量、4000kg/h； D(i1-i2) 计算燃料量kg/h。 y QDW 2 i2-过热蒸汽、200焓值i2=305.3kJ/ kg； i1-给水20焓值、i1=83.753kJ/ kg ； QyDW-原料煤低位发热量、24346kJ/ kg； -锅炉效率、=30-40%，取35%； 4000?(305.3-83.753)B=104kg/h 35%?24346 2.1.2烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算 0.01293?10322.4 ?空气中含水量：=0.01609(体积分数) 181000 1.标

6、准状态下理论空气量Va0 V00 =55.28125mol/kg=1.2383m3N/kg Va0 =1.23834.78=5.92 m3N/kg（干空气） Va0 = 5.92 =6.02 m3N/kg （湿空气） 1-0.01609 2.标准状态下理论烟气量Vfg CO2: 47.85 mol/kg SO2: 0.14375 mol/kg N2:0.332+3.7855.28125=209.30 mol/kg 3 H2O: 19.05+0.4917+0.01609?5.92= 19.64 mol/kg ?22.4276.93?22.40（47.85+0.14375+209.3+19.64）

7、=6.20 m3 Vfg=N/kg 10001000 3.标准状态下实际烟气量Vfg 0 Vfg =Vfg+Va0(-1)= 6.20+5.92（1.3-1）=7.976 m3 N/kg -空气过剩系数，1.31.4，取1.3； 标准状态下每台锅炉烟气流量 V=Vfg?设计耗煤量 =7.976?104=829.504 m3/h 4.标准状态下烟气排尘量G及烟气含尘浓度烟尘 BAydsh104?21.37?20% G=4.83kg/h 100(1-Cfh)100?（1-8%） 烟尘=y?AshV= fg20%?21.37%=5.36?103 mg/m3 7.976 G- 排尘量kg/h； B-燃

8、料耗量kg/h； Ay-灰分%； dsh-排烟带尘量，占灰分的1525%，取20%； Cfh-未燃烧炭8% 5标准状态下烟气中二氧化硫浓度SO2 SO=2m(2)0.14375?64?1000=1.15103 mg/m3 7.976Vfg 2.2数质量衡算、处理效率及达标验算 2.2.1大气污染物排放限值 按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准执行： 标准状态下烟尘浓度排放标准：120mg/m3； 标准状态下SO2排放标准：900mg/m3； 4 表1 锅炉烟尘最高允许排放浓度和烟气黑度限值 表2 锅炉二氧化硫和氮氧化物最高允许排放浓度 2.2.2计算实现达标排放、污

9、染治理设备及工艺处理效率需达到的理论值0 烟尘-排5.36?103-120标准状态下烟尘处理效率：01=?100%=97.76% 3烟尘5.36?10 标准状态下SO2处理效率：02= 2.3旋风除尘器设计 2.3.1除尘效率 so-排2so21.15?103-900=?100%=21.74% 31.15?10 烟尘-排5.36?103-120 01=?100%=97.76% 烟尘5.36?103 2.3.2工作状况下烟气流量 5 VT3(m/h) T 829.504?423= Vfg=1285.28(m3/h) 273Vfg= 式中：V-标准状态下烟气流量,(m3/h) T-工况下烟气温度,

10、423K T-标准状态下温度,273K 则烟气流速：V0=1285.28=0.357(m3/s) 36003600=Vfg 所以采用旋风除尘器 2.3.3旋风除尘器的尺寸 出于安全考虑，旋风除尘器按烟气流量为1500 m3/h进行设计。 （1）确定旋风除尘器的进口气流速度v 通常锅炉的烟气流速为1225m/s，可设=23m/s。 （2）确定旋风除尘器的几何尺寸 Q1500A=0.018m2 A.进口截面积 V3600?23 式中：Q-设计烟气流量，1500 m3/h； V-烟气流速，23m/s; B.入口高度：h=2A=2?0.018=0.190m; C.入口宽度：b=A0.018=0.095

11、m； 22 D.筒体直径：D=3.33b=3.33?0.095=0.316m； 参考XLP/B产品系列，取D=420mm E.排出筒直径：de=0.6D=0.6?420=252mm； F.筒体长度：L=1.7D=1.7?420=714mm； G.锥体长度：H=2.3D=2.3?420=966mm； H.灰口直径：d1=0.43D=0.43?420=180.6mm； I.排气管插入深度：s=0.3D=0.3?420=126mm； 选取XLP/B-4.2型号； 6 （3）求dc（分割直径） 假设接近圆筒壁处的气流切向速度近似等于气流的入口速度，则v1=23m/s，取内外涡旋交界圆柱直径d0=0.6

12、de=0.6?252=151.2mm 涡旋指数：n=1-1-0.67(D)0.14( 气流在交界面上的切向速度： ?D?0.420.54?vo=v1? =23?()=41.00m/s 0.6d?0.144e?nT283)0.3=0.54 外涡旋气流的平均径向速度： vr=Q 2r0h0 分割直径dc: Q?2?-51818?2.2?10?18v0r0?2h0?2?L+H-S?-6?dc=?=4.91?10m?2222000?41.00?Pvo?Pvo?121212 此时旋风处理器的分割直径为4.91m。 （4）计算压力损失 423K时烟气浓度可近似取为： 273=1.293?=0.834kg/

13、m3 423 =16A16?0.018=4.54 220.252de 1?P=v21=0.5?4.54?0.834?232=1001Pa 2 （4）分级除尘效率 ?dpi? ?c?依据经验公式：i=?来计算 2?d?1+ pi?c? 7 2 （5）总除尘效率 由公式：=igli来求解。（gli为质量频率） i 得：=97.82% （6）影响除尘效率的因素 a.入口风速 由临界计算式知，入口风速增大，dc降低，因而除尘效率提高。但是风速过大，压力损失也明显增大 b.除尘器的结构尺寸 其他条件相同，筒体直径愈小，尘粒所受的离心力愈大，除尘效率愈大。筒体高度对除尘效率影响不明显，适当增大锥体长度，有

14、利于提高除尘效率。减小排气管直径，有利于提高除尘效率。 c.粉尘粒径和密度 大粒子离心力大，捕集效率高，粒子密度愈小，越难分离。 d.灰斗气密性 若气密性不好，漏入空气，会把已经落入灰斗的粉尘重新带走，降低了除尘效率。 2.4 脱硫吸收塔（喷淋吸收空塔）的设计 脱硫过程主反应有以下几个： （1）S02+H2OH2SO3(吸收) （2）CaCO3+H2SO3CaSO3+CO2+H2O(中和) 8 （3）CaSO3+1/2 O2CaSO4(氧化) （4）CaSO3+1/2H2OCaSO31/2H2O(结晶) （5）CaSO4+2H2OCaSO42H2O(结晶) （6）CaSO3+H2SO3Ca(H

15、SO3)2(PH控制) 2.4.1工况下烟气中二氧化硫浓度的计算 CSO2=CSO2?273273=1150?=742.20(mg/m3) 423423 假定烟气进入脱硫设备后温度降至403K， 此时烟气Q=829.504?(403)=1224.51m3/h 273 烟气含硫浓度不大且烟气量较小，可采用石灰法湿法脱硫。 2.4.2喷淋塔 （1）喷淋塔内流量计算 假设喷淋塔内平均温度为80，压力为1200KPa,则喷淋塔内流量为：QV?273+80?101.324=QS? ?(1+K) ?273130? 式中：Qv喷淋塔内烟气流量，m3/h； Qs标况下烟气流量，m3/h； K除尘前漏气系数，0

16、0.1，取0.1； ?270+80?101.324QV=829.504? ?(1+0.1)=920m3/h=0.256m3/s ?130?273? （2）喷淋塔径计算 依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可以选择喷淋塔内烟气流速v=0.5m/s, 则喷淋塔截面A为： 9 则塔径d为：d=4AA=Q0.256=0.512m2 V0.5 =0.81m 取塔径Do=850mm (3)喷淋塔高度计算 喷淋塔可看作由三部分组成，分为吸收区、除雾区和浆池。 吸收区高度: 依据石灰法烟气脱硫的操作条件参数得，选择喷淋塔喷气液反应时间t=3s,则喷淋塔的吸收区的高度为： H1=V?t=0.5?3=1.5m 除雾

17、区高度： 除雾器设计成两段。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最上层（0.50.6）m。取除雾区高度为： H2=0.6m 浆池高度： 浆池容量V1按液气比浆液停留时间t1确定： V1= 式中： L/G液气比，取10L/m3; Q标况下烟气量，m3/h； t浆液停留时间，s; 一般t1为4min8min,本设计中取值为5min，则浆池容积为： L?Q?t1 G 10 V1=10?829.504?5/60=0.69m3 1000 选取浆池直径等于或略大于喷淋塔Do,本设计中选取的浆料直径为Do=1m,然后再根据V1计算浆池高度： h0=4V1 D02 式中：h0浆池高度，m; V1浆池

18、容积，m; Do浆池直径，m； h0=(4?0.69)/(?1?1)=0.9m 3 喷淋塔高度为： Ht=H1+H2+H0=1.5+0.6+0.9=3m 2.4.3新鲜浆料及浆液量的确定 （1）浆料量 CaO(s)+SO2(g)+2H2O(l)=CaSO3?2H2O（s） 1mol 1mol 因为根据经验一般钙硫比为：1.051.1,此处设计取为1.05，则有平衡计算可得1h需消耗CaO的量为： 1.05?104?0.14375=15.6975mol/h 15.6975?56/1000=0.88kg/h （2）浆液量 Qw=L/G?QV=10?0.256=2.56?10-3m3/s=9.216

19、m3/h 1000 此设计烟气脱硫效率达到95%左右，出气SO2浓度900mg/m3。 11 3.确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置。并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。 3.1各装置及管道布置的原则 根据锅炉运行情况现场的实际情况确定各装置的位置。一旦确定各装置的位置，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，占地面积小，投资省，并使安装、操作方便。 3.1.1管径的确定 烟气流量为0.357m3/s，所以，管径计算如下： d= 代入数据得d=0.141m 4Qv 式中：Q工况下的烟气流量，m3/s； v烟气流速，取23m/s；

20、圆整并选取风道 钢制风管参数表 内径：d=150-21.5=147mm 由公式d=4Q v可计算出实际烟气流速： v=4Q4?0.357=21.04m/s d2?0.1472 12 3.2烟囱的计算 3.2.1烟囱高度的确定 确定烟囱高度，既要满足大气污染物的扩散稀释要求，又要考虑节省投资。 首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量，然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定确定烟囱的高度。 表三 锅炉蒸发量与烟囱高度关系 由锅炉污染综合排放标准上的锅炉的总的蒸发量与烟囱高度的数据,所以我选定烟囱高度为 H=30m。 3.2.2烟囱直径的计算 烟囱出口内径可按下式计算： d=0. 3Q通过烟囱的

21、总烟气量，m/h 4Q 按表三选取的烟囱出口烟气流速，m/s。 表四 烟囱出口烟气流速（m/s ） 选定=3m/s d=0.圆整取d=0.7m 烟囱底部直径 829.504?4=0.63(m) 3 d1=d+2?i?H 13 d1=0.7+2?0.02?30=1.9m 式中：d1烟囱出口直径，m H烟囱高度，m i烟囱锥度，取 i=0.02 3.2.3烟囱的抽力 Sy=0.0342H( Sy=0.0342?30?(11-)?B273+tk273+tp 11-)?108.75?103 273+20273+150 =117.03Pa 式中 H烟囱高度，m tk外界空气温度，20C o烟囱内烟气平均

22、温度，423C otp B当地大气压，108.75?103Pa 3.3系统阻力的计算 3.3.1摩擦压力损失 Lv2 ?PL=?d2 式中：L管道长度，m； d管道直径，m； 3kg/m 烟气密度，； v管中气流平均速率； 摩擦阻力系数； 对于150圆管 L=30m =1.293?273=0.834kg/m3 423 14 300.834?21.042 ?=738.4(Pa) pL=0.02?0.152 3.3.2局部压力损失 v2 p=?2(Pa) 式中: 异形管件的局部阻力系数可查到 v与像对应的断面平均气流速率,m/s 烟气密度, kg/m a.渐缩管:=45,=0.1,v=21.04m/s 0.834?21.042 =18.5Pa ?p=0.1?23 管路中共有两个渐缩管，故 P3=218.5=37Pa b. 90弯管部分 D=150mm 取R=D 则=0.23 0.834?21.042 ?p=0.23?=42.5Pa 2 管路中共有4个90弯管，故 P5=442.5=170Pa 3.3.3系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800pa） ?h=738.4+37+170+800+1001=2746.4Pa 3.4风机和电动机的选择及计算 3.4.1标准状态下风机风量的计算 取tP=150C，tY=250C Qy=1.1?Q?273+tp101.325?m3/