大气课程设计

1、吉林化工学院课程设计任务书题目：某火电厂烟气脱硫除尘系统设计院 （系）： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 设计时间： 课程设计任务书题目名称某火电厂烟气脱硫除尘系统设计主要条件及技术参数锅炉型号：DZW14-140-95-70-A，上海锅炉厂制造，蒸发量400t/h，出口蒸汽压力140MPa；设计煤成分：CY=76%，HY=4%，OY=2%，NY=1%，SY=3%，AY=10%，WY=4% ；VY8 属于高硫无烟煤；设计耗煤量：20t/h；排烟温度：160，出口蒸汽压力100MPa；空气过剩系数1.15；飞灰率21。 连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度100m

2、，90°弯头20个。取当地气温为20，大气压为978.4hPa。燃烧方式：室燃炉（煤粉炉），所配发电机组功率125MW烟气在锅炉出口前阻力：1060Pa烟气密度： 1.46kg/m3；烟气中烟尘颗粒粒径分布表粒径间隔µm0-55-1010-2020-3030-4040-5050-60质量频率2315201610610排放标准：按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。二类区的烟尘浓度排放标准为200mg/m3；二氧化硫排放标准为900mg/3。（标况下）设 计 内 容 及 工 作 量1. 完成课程设计说明（计算）书 包括：根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量

3、，烟尘和二氧化硫浓度。净化系统设计方案的分析，包括净化设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；净化效率的影响因素等。除尘设备结构设计计算脱硫设备结构设计计算烟囱设计计算(根据吉林市大气条件、烟气温度和流量设计烟囱内径和高度）管道系统设计，风机电机的选择2. 完成课程设计图纸包括：工艺流程图一张；构筑物（设备）平剖面结构图1张，A2图纸主 要 参 考 资 料1 郝吉明，马广大等编著.大气污染控制工程，北京：高等教育出版社.20022 Noel de Nevers主编.大气污染控制工程 (影印版) (第2版). 北京：清华大学出版社.20003 刘景良 主编.大气污染控制工程， 北京： 中国轻

4、工业出版社.20024 粱丽明，彭林 著.城市大气有机物污染，北京： 煤炭工业出版社.20005 赵毅，李守信主编.有害气体控制工程，北京： 化学工业出版社.20016 林肇信主编. 大气污染控制工程， 北京：高等教育出版社.1991实习地点进 度 计 划 表时间安排计 划 完 成 工 作 量指导教师检查意见备 注周一查阅资料、工具书，比较方案；确定处理工艺流程并说明周二设计计算周三设计计算周四CAD绘图周五编写设计说明计算书周六周日修改并装订设计说明书，参加答辩考 核 评 语 指导教师 2015 年 月 日 答 辩 成 绩 系主任 2015 年 月 日 教学院意见 教学院长 2015 年 月

5、 日 除尘部分本设计采用电袋除尘。单一的静电或布袋除尘器均有其优缺点。静电除尘器的优点在于阻力小,对粗粒子的收尘效率较高,故障率小,维护简单。但是,由于其除尘机理造成的除尘性能不稳定,以及对高比电阻和超细粉尘的不适应性,在环保要求越来越严格的今天,已不能适应人们的要求。静电除尘器的除尘效率受到设计水平、锅炉运行状况、燃煤煤种、粉尘的物理化学性能等很多因素的影响。再加上我国燃煤电厂用煤品种多变,而且,在平时的运行维护上存在一定问题,导致了现役的静电除尘器大多都很难达到设计效率。袋式除尘器是一种高效的除尘器,其特点在于能够将排放稳定在一个较低的浓度上一般可以小于30,除尘效率高且稳定,不受粉尘性质

6、的影响,能够达到新的大气排放标准,同时还有一定的脱硫能力。袋式除尘器的不足则表现为系统阻力较高,一般达到1500-2000Pa,这使得引风机的功率和能耗较大,同时,清灰装置复杂。而且滤袋的寿命有限,更换费用高。总体而言,袋式除尘器虽然除尘效率高,但一次性投资和后期维护费用均高。 电袋复合除尘器是基于静电除尘和布袋除尘两种成熟的除尘理论而提出的一种新型的除尘技术。它结合了电除尘器和布袋除尘器的优点,除尘效率高,排放浓度可以低于10,既能满足新的环保标准,又能增加运行可靠性,降低电厂除尘成本。电袋复合除尘器按组合形式可分为三种前电后袋型、静电增强型和先进混合型。 前电后袋式是指在前级安排静电除尘单

7、元在后级安排布袋除尘单元,将二者有机的串连起来的除尘方式。烟气先经过前级电除尘,充分发挥其捕集中高浓度粉尘效率高和低阻力的优势,进入后级袋除尘时,不仅粉尘浓度大为降低,且前级的荷电效应又提高了粉尘在滤袋上的过滤特性,使滤袋的透气性能和清灰性能得到明显改善,使用寿命大大提高。 静电增强型主要是利用粒子荷电后的过滤特性。这种结构下,集尘作用主要由滤袋来完成,静电场的作用主要是使粒子荷电。试验表明,荷电后的粒子在各种滤料上均体现出过滤性能的改善,主要表现为系统压力降低,滤袋的透气性能和清灰性能得到明显改善,由于滤袋清灰次数的减少,提高了使用寿命。 先进混合型（AHPC）是将整个除尘器划分为若干各除尘

8、单元,每个除尘单元均包含有静电除尘单元和布袋除尘单元,电除尘电极与滤袋交替排列,就好像是布袋除尘单元嵌入到静电除尘单元中一样。1电除尘器的选型 (1) 电除尘器型号的确定 电除尘器的种类繁多，通常有以下几种分类方法： 按气体流向分立式电除尘器和卧式电除尘器； 按清灰方式分干式电除尘器和湿式电除尘器和电除尘器； 按使用温度分低温电除尘器、高温电除尘器和中温电除尘器； 按沉尘极结构形式分管式电除尘器和板式电除尘器； 按电极配置位置分单区式电除尘器和双区式电除尘器； 按电极的大小分常规电除尘和宽间距电除尘器。 卧式电除尘器的特点是可实现分电场供电，避免各电场间相互干扰，以利于提高除尘效率；便于分别回

9、收不同成分、不同粒径的粉尘，达到分类富集的作用；容易做到气体沿电场断面均匀分布；由于粉尘下落方向与气体运动方向垂直，粉尘二次飞扬比立式电除尘器少；设备高度较低，安装、维护方便；适宜于负压操作，对风机使用寿命和劳动条件十分有利。 板式电除尘器清灰效果好，制作、安装和维护检修比较方便容易。 单区式电除尘器的特点是气体含尘尘粒荷电和积尘在同一区域进行，电晕极系统和沉尘极系统都装在这个区域内，在工业生产中已得到广泛应用；双区式电除尘器是气体含尘尘粒荷电和积尘在两个区域进行，它存在着尘粒若在前区未能荷电到后区就无法捕集。 同极距在400mm以上的称为宽间距电除尘，它在本体结构上与常规电除尘没有根本区别。

10、但由于间距的加大，供电机组电压的提高，有效电场强度大，板电流密度均匀，驱进速度提高，有利于净化高比电阻粉尘。 因此，拟设计卧式、板式、单区式、无辅助电极的宽间距电除尘器。 2. 电场风速v的确定 烟气在电除尘器内流速大小的选取，视电除尘器规格大小和被处理的烟气特性而定，一般在不超过1.5m/s范围内。虽然从得意希效率公式来看，电场风速与收尘效率无关，但对具有一定尺寸收尘极板面积的电除尘器而言，过高的电场风速不仅使电场长度增加，占地面积加大；而且会引起大的粉尘二次飞扬，降低除尘效率；反之，在一定的处理烟气量条件下，过低的电场风速必然需要大的电场断面，这样导致设备庞大，不经济，所以电场风速的选择应

11、适当，设计按电场风速的经验曲线确定，对于电炉，由于粉尘粒径很小，一般在311m之间，故不可取过高的电场风速，以免引起二次扬尘，故取0.09m/s。 （一）除尘部分 1、 燃煤锅炉排烟量计算和烟尘、二氧化硫浓度计算（1） 以1煤为基准计算元素 百分比 摩尔量 理论需氧量 理论烟气量C 76 63.3 63.3 63.3 H 4 40 10 10 O 2 0.556 -0.556 0.556N 1 0.714 0 S 3 0.938 0.938 0.938W 4 2.22 0 2.22A 10理论需氧量为：63.3+10-0.556+0.938=73.682 mol理论空气量为：73.682

12、15;4.78=352.20 mol理论空气体积为：352.20×22.4×10-3 =7.89m3 实际空气量为：352.20×1.15=405.03 mol实际空气体积为：405.03×22.4×10-3=9.0727m3 理论烟气量为：63.3+10+0.556+73.682*3.78+0.938+2.22=355.532mol理论烟气体积为：355.532×22.4×10-3=7.96 m3 实际烟气量为：7.96+0.15×9.0727*1.46=9.947 m3/kg煤Q=Qs×设计煤耗量=9

13、.947×20=198.94m3/h =0.05526 m3/s标准状态下含尘浓度：C=dsh Ar/Vfg =10%×21%/9.0727=1.91×103mg/m3 标准状态下SO2浓度：Cso2=2Sr×97%/Vfg=2×3%×97%/9.0727=5.28×103mg/m3 (二)布袋除尘部分根据标准及电除尘部分效率，布袋除尘区要达到的效率为，采用外滤式，下端进气。（1）处理气体风量的计算要得到实际通过袋式除尘单元的气体量，并考虑一定的漏风量，一般情况下取漏风率为15%，则（2）过滤风速的选择 电袋复合除尘过滤风速

14、可取1.22.0m/min，本次设计取2.0m/min.(3)过滤面积的确定 a.过滤总面积 根据通过除尘器的气量和选定的过滤风速按下式计算过滤总面积 S1：滤袋工作部分的过滤面积，S2：滤袋清灰部分的过滤面积，取过滤面积的10%有效过滤面积总过滤面积S=3282.51m2b.单条滤袋过滤面积 c.滤袋数目 ，约取500个。 滤袋分双室，每室分两组，每组约125个，采用13×10错位排列，滤袋数为130个。滤袋间隙取70mm,组间间距取700mm。（4）布袋除尘区尺寸每组长度方向尺寸为 宽度方向尺寸为其余与前面电场尺寸相同。（5）清灰部分设计 采用脉冲喷吹清灰，持续时间为0.15s，

15、周期为60s。 取6个大气压喷吹，脉冲喷吹压缩空气量为式中，n滤袋总数，条 T脉冲周期，min, 安全系数，取1.5 V0每条滤袋喷吹一次耗用的压缩空气量， （6）滤料的选择 脉冲喷吹袋式除尘器是以压缩空气为动力，利用脉冲喷吹机构在瞬间释放压缩气流，并诱导数倍的二次气流高速射入滤袋，使滤袋急剧膨胀、震动变形而达到清灰目的。要求选用厚实、耐磨、抗张力强的滤料，优先考虑化纤针刺毡或压缩针刺毡。（7）滤袋的连接方式 除尘器的滤袋、框架、文丘里喷嘴及花板的联接采用了弹簧涨圈式装置，安装和更换滤袋方便。滤袋从箱体上部安装和抽出。 （8）滤袋的排列 滤袋的排列有三角形排列和正方形排列。三角形排列占地面积小

16、，但检修不方便，不利于空气流通，不常采用。正方形排列无上述弊端，较常采用。 为了便于安装和检修，当滤袋较多时，可将滤袋分成若干组，最多可由6列组成一组。每组之间留有400mm宽的检修人行道，边排滤袋和壳体距离也留有100200mm宽的检修人行道。 （9）壳体 脉冲袋式除尘器全部采用钢结构外壳。壳体基本可分为：框式构架、花板、顶梁、立柱、底梁、内部支撑网架、顶盖板、进出气口、下灰斗等，其相互连接形成一个完整的外壳，承受全部构件物的重量及外部附加载荷。其中包括灰重、楼梯平台重、风载、雪载、地震载荷等。顶梁、灰斗、进出气口均设有双层人孔门，既能方便进入内部安装和检修，又减少漏风。灰斗内设有阻流板以防

17、含尘气流绕过滤袋直达出气口排出而降低收尘效率。为防止壳体侧向变形，承受侧向风载，增加壳体横向强度，在进出气口与侧板连接的立柱处安装有V字形支撑。顶梁与侧柱采用铰联接，解决了由于热膨胀而产十的应力集中问题。灰斗采用锥形。灰斗板壁与水平面夹角为60°70°，目的是为了防止粉尘堆积。脉冲袋式除尘器的下部排灰选用螺旋输灰机。脉冲袋式除尘器本体由安装在底梁下的活动支座及固定支座支撑，以保证各支点在正常运行时沿各自膨胀方向上自由移动。 二 脱硫部分脱硫系统工艺采用石灰石/石膏湿法脱硫工艺，系统主要由:烟气系统、吸收氧化系统、浆液制备系统、石膏脱水系统、排放系统等组成。其基本工艺流程为:

18、锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、GGH降温后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除S02、HCl和HF，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏(CaSO4·2H2O)，并通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。浆液池底部进行搅拌，防止浆液中的固体成分沉积结垢。经过净化处理的烟气流经吸收塔顶部的两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。（一）脱硫效率与石灰石消耗量计算1.脱硫效率 2.石灰石消耗量 本次设计

19、取1.03，则石灰石投加量 =3.08kg/s式中：吸收剂碳酸钙的耗量，t/h； 需要脱除的SO2摩尔数，mol； 钙硫比，一般为1.021.05； 碳酸钙分子量，g/mol； 石灰石纯度。该电厂脱硫系统所采用的石灰石粉，纯度为90%，其中 nso2= 式中：吸收塔入口SO2的浓度，mg/Nm3； 设计煤种情况下吸收塔入口干标烟气量，Nm3/h； 脱硫效率 SO2分子量，g/mol。则：NSO2=4970×1139000×97.98%÷64×10 mol/h理论上1摩尔的石灰石与1摩尔的二氧化硫反应，但因石灰石块中含有一定的杂质，经过化验石灰石成分之后，

20、可确定钙硫比一般在1.021.05之间，本次设计选用优化值1.03，则：=4.89t/h（二）脱硫塔本体尺寸计算1.脱硫塔体积计算 （1）烟道烟温140，流量为478.836 脱硫塔内温度为50，流量为374.489（2） 原烟气中含水率为脱硫塔内含水率为12%水增长的百分数为6.17%，即（3） 氧化风机引起的体积变化 标准状况下吸收SO2为工况下吸收SO2为 理论需氧量为理论空气量为1313.17/0.23=5709.43kg/h氮气量为5709.43×77%=4396.26 kg/h氧化风机引起的体积变化为所以脱硫塔体积为374.489+23.10+1.45=399.089m3

21、/s2.脱硫塔塔径的确定 烟气流速取4m/s，塔截面积 ，取11.3m实际流速3.浆液池设计标况下气体体积为337.27m3/s液气比取16L/ m3，循环将液量浆池容积，取1619m3高为，取16.2m4.喷淋系统设计喷嘴布置层数取4层，层间距取1.5m(1.22m),喷淋覆盖率为200%单层浆液喷淋量Q=QL/4=19426.44/4=4856.61m3/h每个喷嘴流量为3680 m3/h，取60 m3/h.喷嘴个数为4856.61/60=80.94,取81个喷嘴。喷淋层层间高度为0.82m，取1.5m,则高度为1.5×4=6m5.吸收区高度容积负荷：解得，h=9.83，取10m

22、6.除雾区高度脱硫后的烟气通过除雾器来减少携带的水滴，除雾器出口的水滴携带量不大于75mg/Nm3。本设计中除雾器垂直布置在吸收塔内部顶端，除雾器形式选择则流板除雾器。折流板除雾器具有结构简单，对中等尺寸和大尺寸液滴的捕捉率高，压降比较低，易于冲洗，具有敞开式结构便于维修和费用较低等优点，最适合湿法FGD系统除去烟气中的水雾。除雾器由阻燃聚丙烯材料制成。为防止设备停用后喷嘴堵塞，除雾器装设有工艺水冲洗系统。本设计中，吸收塔设两级除雾器，第一级除雾器接触的烟气含液体量较多，板片上有较多的浆液要冲除，因此第一级板距稍宽些3075mm。第二级除雾器为了尽可能多地去除雾滴，提高除雾效率，板距通常较窄2

23、030mm。两级除雾器间距为1.8m，第一级除雾器与吸收塔最上层喷淋母管间的距离为2m，第二级除雾器背面至吸收塔或烟道截面开始变窄处距离为1m，折板高为2.5m。除雾区高度为h=2.5×2+1.8=6.8m7.烟气进口高度烟气进口底部至浆液面距离通常为浆液池高的的2/3，则h=16×2/3=10.7m入口烟道中心线到浆液面距离约为3m脱硫塔总高为取50m8.烟气出口宽度及高度烟气出口截面积=，取28。出口宽度设计为塔径的80%，则进出口宽度=0.8×11.3m=9.04m，取9.1m则出口高度h=28/9.1m=3.1m9. 壁厚设计喷淋塔浆液含固率取15%，则由

24、于操作压力不大，取个大气压，则Q235钢板在操作温度下许用应力为，对于浆液池部分由于浆液会对壁产生压力，因此计算时要考虑在内。假设塔内计算压力为，则浆液池底部的压力对于喷淋塔顶部以下浆液池以上部分壁厚式中，ø为焊接接头系数，取1。腐蚀裕量，钢板厚度负偏差则取整为8mm。因此，脱硫塔上部分应选用壁厚为8mm的Q235钢板。对于喷淋塔浆液池部分，腐蚀裕量，钢板厚度负偏差则取整为18mm。因此，塔底部厚为18mm。考虑到自然灾害影响以及增加保险系数，脱硫塔壁厚相应增加，顶部及底部钢板分别取9mm和20mm，中部选择10mm厚钢板。（三）喷淋塔附属设备1.搅拌器搅拌器是用来搅拌浆液防止沉淀，

25、吸收塔搅拌器还有将氧化空气破碎成气沫与浆液充分混合的作用，使亚硫酸钙向硫酸钙的氧化过程进行的更快、更充分。搅拌器采用侧进式，分上下两层，上层使浆液中固体物质与氧化空气接触，加强浆液氧化反应（亚硫酸根氧化率可达99.8%），下层使浆液中的固体物质保持在悬浮状态，避免沉淀。搅拌器外壳:铸铁外壳及顶部通过法兰联接在驱动器上，底部用螺栓固定在搅拌器的支座上。螺栓材料为碳钢外镀1.4529不锈钢涂层。轴密封：采用非冲洗单向作用的机械密封系统，密封圈由SIC制成，O型圈由氟橡胶制成，接触浆液部分为1.4529不锈钢材料制成，有机械密封关断装置。轴：用刚性联轴器与齿轮箱输出轴连接，采用1.4529不锈钢制成

26、。转轮：三叶，通过销钉和螺母安装在轴的末端，采用双层浇铸材料制成,轮转速为190-280r/min。变速箱：变换搅拌器的转速，使搅拌液面变化最小速度大于40m/min。3.吸收塔附属部件设计（1） 浆段和除雾器段的塔体相当部位安装直径为1000mm的安装孔；（2） 塔顶设置一快式排气孔，直径为500mm，以便于停车检修时迅速排出塔顶不聚集的烟气以保证检修人员的安全；（3） 塔体上部设置一800mm×1000mm的清扫门。 （四）烟囱的设计1 烟囱高度中国国家标准中规定：我国的制定地方大气污染物排放标准技术GB/T13201-91中对烟气抬升高度计算公式作如下规定：烟囱的有效高度H=烟

27、囱的几何高度H+抬升高度H当 Q21000KW和T-T35K时H=nQHuQ=0.3PQ T= T- T式中：T 烟囱出口处的烟气温度，K;T环境大气温度，K Q=0.3PQ=0.3×813×316.519×= 28038KW21000KW则 ：H=nQHuu=u() 式中：m稳定度参数，取0.25；u=3×()= 5.3m/s假设H=100m ， 查大气污染控制工程（第二版），得系数（Q21000KW）：农村或城市远郊区：n=1.427，n=1/3，n=2/3则 H=1.427×28038×100×5.3=176.2m则烟囱的有效高度为H=烟囱的几何高度H+抬升高度H=100+176.2=276.2m校核：2烟囱直径烟囱出口内径可按下式计算： d=0.0188 (m) 式中：Q通过烟囱的总烟气量，m/h; u按下表选取的烟囱出口流速，m/s。 表6-1 烟囱出口烟气流速通风方式运行情况全负荷时最小负荷时机械通风102045自然通风6102.53本设计属机械通风，取u=15m/sd=0.0188 (m)=5.2m烟囱底部直径： d=d+2iH(m)式中：d烟囱出口直径，m i烟囱锥度，（通常取0.020.03），本设计取0.02；H烟囱高度，m。 d=5.2+2×0.02