大气课程设计锅炉烟气除尘脱硫系统设计

1、锅炉烟气除尘脱硫系统设计说明书目录1前言22设计任务书22.1设计题目22.2设计原始资料22.3设计内容和要求23设计计算33.1烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算33.1.1标准状态下理论空气量33.1.2标准状态下理论烟气量33.1.3标准状态下实际烟气量33.1.4标准状态下烟气含尘浓度33.1.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算43.2除尘器设备的设计与计算43.2.1袋式除尘器的概念43.2.2袋式除尘器的工作原理43.2.3袋式除尘器的滤料53.2.4袋式除尘器的清灰方式53.2.5袋式除尘器的选择和计算63.3脱硫设备的设计与计算73.3.1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理

2、73.3.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程83.3.3吸收塔内流量计算93.3.4吸收塔径计算93.3.5吸收塔高度计算93.4烟囱的设计计算错误！未定义书签。3.4.1烟气释放热计算-11-3.4.2烟囱直径的计算-11-3.4.3烟气抬升高度计算-12-3.4.4烟囱的几何高度计算-12-3.4.5烟囱阻力计算-13-3.4.6烟囱抽力计算错误！未定义书签。3.5系统阻力的计算错误！未定义书签。3.5.1摩擦阻力损失计算错误！未定义书签。3.5.2局部阻力损失计算错误！未定义书签。3.5.3系统总阻力计算错误！未定义书签。3.6风机和电动机的计算错误！未定义书签。3.6.1风机风

3、量的计算错误！未定义书签。3.6.2风机风压的计算错误！未定义书签。3.6.3电动机功率的计算错误！未定义书签。4总结错误！未定义书签。5参考文献错误！未定义书签。6附图错误！未定义书签。1刖百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，控制燃煤烟尘和SO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。本设计除尘采用袋式除尘器，其除尘效率一般可达99%以上。虽然它是最古老的除尘方

4、法之一，但由于它效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。目前，世界上烟气脱硫工艺有上百种，但具有实用价值的工艺仅十几种。根据脱硫反应物和脱硫产物的存在状态可将其分为湿法、干法和半干法3种。湿法脱硫工艺应用广泛，占世界总量的85.0%,本设计采用石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术，其工艺成熟，吸收剂廉价易得，因而得到广泛应用。2设计任务1.1设计题目锅炉烟气除尘脱硫系统设计1.2设计原始数据1.锅炉设备主要参数表1锅炉设备主要参数额定烝发里（t/h）主蒸汽压力MPa主蒸汽温度C燃煤量（t/h）排烟温度C2209.8154036.4140-1502.烟气密度（标准状态下）：1.34k

5、g/m3空气过剩系数：a=1.35排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：16%烟气在锅炉出口前阻力：800Pa当地大气压力：97.86kPa冬季室外空气温度：2C空气含水（标准状态下）按0.01293kg/m3烟气其他性质按空气计算3.煤的工业分析值：C=68%H=4%S=1%O=2%N=1%W=6%A=15%V=13%4.按锅炉大气污染排放标准（GB13271-2001中二类区标准执行烟尘浓度排放标准（标准状态下）：200mg/m3二氧化硫排放标准（标准状态下）：900mg/m净化系统布置场地在锅炉房北侧15m以内5.连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度50m900弯头10个6 .3

6、设计内容及要求(1)根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量，烟尘和二氧化硫浓度；(2)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；(3)除尘设备结构设计计算；(4)脱硫设备结构设计计算；(5)烟囱设计计算；(6)管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择；(7)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类容。课程设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分、文字应简明、通顺，内容正确完整，装订成册；(8)系统图一张，系统图应按比例绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。系统平面

7、布置图一张。3设计计算3.1烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算以1kg煤计算，如下:组分质量/g摩尔数/mol需Q量/mol产烟气量/molC68056.6756.6756.67g)H40401020(H2O)O201.25-0.6250S100.31250.31250.3125(SO2)N100.714300.3571(N2)W603.3303.33(H2O)3.1.1标准状态下理论空气量Va0=(3.78+1)N56.67+10-0.625+0.3125)X22.4M0-3=7.11(m3/kg)3.1.2标准状态下理论烟气量Vfg=(56.67+20+0.3125+0.3571+3.33)

8、+(56.67+10-0.625+0.3125).78X22.4M0-3=7.42(m3/kg)3.1.3标准状态下实际烟气量Vfg=Vfg+Va0(a-1)=7.42+7.1171.35-1)=9.91(m3/kg)式中a-空气过量系数；则每小时产生的烟气量：Q=Vfg燃煤量=9.91毛6.4M000=3.61M05(m3/h)3.1.4标准状态下烟气含尘浓度式中 dsh-排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例;A-煤中不可燃成分的含量；3.1.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算cmso20.3125X64X1000on.Q./3、Cso=-=2018.16(mg/m)2Vfg9.91式中 S-

9、煤中可燃硫的质量分数3.2除尘设备的设计与计算3.2.1袋式除尘器的概念过滤式除尘器，又称为空气过滤器，是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置，采用滤纸或玻璃纤维等填充层作滤料的空气过滤器，主要用于通风及空气调节方面的气体净化。袋式除尘器是采用纤维织物做滤料的过滤式除尘器，在工业尾气的除尘方面应用较广1。袋式除尘器的除尘效率一般可达99%Z上。虽然它是最古老的除尘方法之一，但由于它效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。同时，在结构形式、滤料、清灰方式和运行方式等方面也都得到了不断的发展。滤袋形状传统上为圆形，后来又出现了扁形，扁袋在相同过滤面积下体积更小，具有较好的应

10、用价值1o3.2.2袋式除尘器的工作原理含尘气流从下部孔板进入圆筒形滤袋内，在通过了滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体由排出口排出。沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中，常用滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成，滤料本身网孔较大，孔径一般为20-50小项表面起绒的滤料为5-10m因而新鲜滤料的除尘效率较低。颗粒因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，逐渐在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉尘初层。初层形成后，它成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率。滤布只不过起着形成粉尘初层和支撑它的骨架作用，但随着颗粒在滤袋上积聚，滤袋两侧的压力差增大，会把有些已附在滤

11、料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降。另外，若除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，影响生产系统的排风效果。因此，除尘器阻力达到一定的数值之后，要及时清灰。消灰不能过分，即不应破坏粉尘初层，否则会引起除尘效率显著降低。对于粒径0.1-0.5Nm的粒子清灰后滤料的除尘效率在90犯下；对于1pm以上的粒子，效率在98犯上。当形成颗粒层后，对所有的粒子的效率都在95犯上，对于1仙m以上的粒子效率都高于99.6%。另一个影响袋式除尘器效率的因素是过滤速度。它定义为烟气实际体积流量与滤布面积之比，也称为气布比。其大小直接影响到袋式除尘器的一次性投资、运行费用、除尘效率等。过滤速度太高会造

12、成压力损失过大，降低除尘效率，使滤袋堵塞以至快速损坏。但是，提高过滤速度可以减少过滤面积，以较小的设备来处理同样流量的气c_dshXA_16%M5%C=Vfg9.91=2.42M03(mg/m3)体。过滤速度小会提高除尘效率，延长滤袋使用寿命，但会造成除尘器过于庞大，一次性投资加大。它与粉尘性质、气体含尘浓度、滤袋材质和清灰方式等因素有关。一般若含尘浓度高、粉尘颗粒小，过滤速度应取小值，反之则取高值。3.2.3袋式除尘器的滤料滤料是组成袋式除尘器的核心部分，其性能对袋式除尘器操作有很大的影响。选择滤料时必须考虑含尘气体的特征，如颗粒和气体的性质(温度、湿度、粒径和含尘浓度等)。性能良好的滤料应

13、容量大、吸湿性小、效率高、阻力低，使用寿命长，同时具备耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。滤料特征除与纤维本身的性质有关外，还与滤料表面结构有很大关系。表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适于含尘浓度低、黏性大的粉尘，采用的过滤速度不宜过高。表面起绒的滤料容尘量大，颗粒能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但必须及时清灰。袋式除尘器的滤料种类较多。按滤料材质分，有天然纤维、无机纤维和合成纤维等；按滤料结构分，有滤布和毛毡两类。棉毛织物属天然纤维，价格较低，适用于净化没有腐蚀性、温度在350-360K以下的含尘气体。无机纤维滤料主要指玻璃纤维滤料，具有过滤性能好、阻力低、化学稳定性好、价格便宜

14、等优点。用硅酮树脂处理玻璃纤维滤料能提高其耐磨性、疏水性和柔软性，还可以使其表面光滑易于清灰，可在523K以下长期使用。玻璃纤维较脆，经不起揉折和摩擦，使用上有一定的局限性。尼龙织布的最高使用温度可达368K,耐酸性不如毛织物，但耐磨性好。奥纶的耐酸性好，耐磨性差，使用温度答423左涤纶的耐热、耐酸性能较好，耐磨性也仅次于尼龙，可长期在413K下使用，涤纶绒布在我国是性能较好的一种滤料。3.2.4袋式除尘器的清灰方式(1)机械振动清灰：机械振打式消灰式最早出现的清灰方式，它的结构一般是使用某些装置来对滤袋的框架结构进行振打或摇晃，通过滤袋的振动来达到消落灰尘的目的。这种清灰方式结构非常简单，甚

15、至人工都可以完成，一般高频率振动消灰和机械振打比较常见，机械振打式清灰的几种操作方式，第一种是沿水平方向的，下部较为固定，上部摇晃，水平振打的部位主要是滤袋的上部和中部。第二种是沿竖直方向振打，这种方式对于滤袋的损害比较大，尤其是袋口处，容易出现损坏。所以常常利用一个高速旋转地偏心轮来让滤袋产生频率很高的振动，从而实现清灰，这样对滤袋损害较小，但消灰效果也较差。第三种是利用振动来实现消灰，振动的频率一般比较高。或者综合前两种方式，叠加在一起。第四种是利用偏心轴上的摇杆，这个偏心轴是不停转动的。这样通过振动圆管，滤袋就会在各个方向上产生摇动，使沉积于滤袋的颗粒层破碎而落入灰斗中。(2)逆气流清灰

16、：所谓逆气流清灰指清灰时气流方向与正常过滤时相反。过滤过程与机械振动清灰方式相同，但在清灰时，要关闭含尘气流，开启逆气流进行反吹风。此时滤袋变形，沉积在滤袋内表面的灰尘破坏、脱落。通过花板落入灰斗。安装在滤袋内的支撑环可以防止滤袋完全被压扁。逆气流清灰袋式除尘器的过滤风速一般为0.3-1.2m/min，压力损失控制范围为1000-1500Pa。与机械振打式类似，逆气流清灰的袋式除尘器一般也是划分成多个袋室的，并且通过使用阀门，来对袋室进行逐个的提供反向的气流。这个反向气流既可以由专门的风机来提供，也可以由系统的主风机来提供。为了增强逆气流清灰装置的清灰效果，常常会通过安装一些自动阀门来使反向气

17、流产生脉冲。逆气流清灰式的消灰效果必须在过滤的气流速度较低时才会体现出来，因为它本身的清灰作用就比较弱。但是它的优点是消灰比较均匀，对滤袋的损坏比较小，而且也不会产生剧烈的振动。(3)脉冲喷吹清灰： 利用4-7个标准大气压的压缩空气反吹， 产生强度较大的消灰效果。当进行清灰操作时，将压缩空气喷射入滤袋，气流的速度非常高,而且持续的时间非常短，一般不超过0.2s,于此同时，引导大量的空气进入滤袋，这样就会使滤袋产生急剧的膨胀并发生振动，从而使粘附在滤袋上的粉尘脱离并消落下去。每清灰一次,称为一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期，通常为60s。3.2.5袋式除尘器的选择和计算(1)

18、除尘效率=91.74%式中 Cs-标准状态下烟气含尘浓度，mg/m3Cs-标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值,mg/m3(2)工况下烟气流量QS二QNTSPN=3.61X105X273+145x101.325=5.72 乂 05(m3/h)TNPS27397.86式中Q标准状态下的烟气流量TS-工况下的烟气温度，KTN-标准状态下温度，273KPS工况下白大气压,KPaPN标准状态下大气压，101.325KPa(3)滤料的选择烟气温度为140C-150oC,故选择可以在523K下长期使用的玻璃纤维作为滤料，具有过滤性能好，阻力低，化学稳定性好，价格便宜等优点。(4)袋径及长径比袋径取d=400

19、mm滤袋的长度取L=5m则长径比L/D=5/0.4=12.5.在5-40之间，符合要求。(5)计算过滤面积采用逆气流反吹消灰取uF=1.5m/min则总过滤面积(6)确定滤袋尺寸：直径d=0.4m,高度l=5.5m,则每条滤袋面积a：2a=dl=3.14X0.4X5.5=6.91m2滤袋条数:A=960uF5.72M0560M.52=6355.56m22002.42M03n=公=6355.56=920 个 a6.91袋式除尘器分为六个室，单室滤袋条数：n=154条。取n=160条，一个小室中，将滤袋分为8组，由5列4排组成一组，每组之间留有400m碗的检修人行道，编排滤袋和壳体间也留有200m

20、r的检修人行道，每个滤袋中留50mm勺间距。由此可计算出小室的BXL=5200X8600mm过滤面积为A=错误！未找到引用源。16066X6.91=6633.6m2(7)核算过滤气速在0.5-2.0m/min的范围内，符合要求。(8)除尘器的选择：根据除尘器的处理烟气量和总过滤面积，可以选定除尘器型号规格，参考除尘器手册选才ITFC-10000型号的反吹袋式除尘器。其主要性能与主要结构尺寸见下表：表2TFC-10000型号反吹袋式除尘器的性能参数材质过滤风速/(m/min)处理风量/(m3/h)过滤面积/m2除尘器阻力/Pa涤纶或玻纤1.560000010000180-200使用温度/C滤袋尺

21、寸/mm滤袋数量/条室数/个外型尺寸(长x宽x高)/m43=9m图1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程A=Q109.492=36.50m273一一一一一一 53.61M03600273120v=3m/s,二4M6.50一3.14吸收区一般设置36个喷淋层， 每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴， 本设计中设置4个喷淋层， 喷淋层间距为2m入口烟道到第一层喷淋层的距离为2m,最后一层喷淋层到除雾器的距离1m(2)除雾区高度：除雾器用来分离烟气所携带的液滴，在吸收塔中，由上下两极除雾器(水平或菱形)及冲水系统(包括管道、阀门和喷嘴等)构成。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最后一层喷淋层到除雾器的距离1

22、m,除雾器的高度为2.5m,除雾器到吸收烟道出口的距离为0.5m。则取除雾区高度为：H2=4m(3)浆池高度：浆池容量 Vi按液气比浆液停留时间 ti确定：L-15553Vi=XQXti=与.61M05J=451.25m3G100060式中：L液气比，一般为1525L/m3,取15L/m3;GQ一标况下烟气量，m3/h；t1一浆液停留时间，s,一般 t1为 4min8min，本设计中取值为 5min；选取浆池直径等于吸收塔 D。，本设计中选取的浆池直径 D1为7m然后再根据 V1计算浆池高度:=11.73m式中：山一浆池高度，mV1一浆池容积，m3;从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.8：2m

23、本设计中取为1.5m。(4)喷淋塔烟气进口高度设计：喷淋塔烟气进口高度h4=*3=0.52m,烟气出口高度与进口高度相同,20(5)吸收塔高度：H=H1+H2+H3=9+4+11.73+1.5+0.52X2=27.27mI233.4烟囱设计计算具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量，且温度高于周围气温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。这相对增加了烟囱的几何高度，因此烟囱的有效高度为：=4X451.25=7-_23.14X72-10-H=HS+AHS式中：H烟囱的有效高度,m；HS烟囱的几何高度，mAH烟囱抬升高度，m3.4.1烟气释放热计算ATQH=0.35PQsX

24、HsTs式中：QH烟气热释放率，kW；P一大气压力,97.86kPa;Qv一实际排烟量，m3/sTs烟囱出口处的烟气温度，取418K;Ta一环境大气温度取环境大气温度 Ta=293K,大气压力 Pa=101.325kPaAT=T-Ta=418-293=125Ksa环境大气压下的烟气流量:一-一AT125QH=0.35PQSX-=0.35X97.86X158.89X-=1627.43kwHsTs4183.4.2烟囱直径的计算(1)烟囱平均内径可由下式计算C4QS4X58.89,D=,s=-.=3.18m33.14X20式中：Qs实际烟气流量，m3/s;u烟气在烟囱内的流速，m/s,此系统选择机械

25、通风方式，由表3选取v=20m/s;取烟囱直径为DN3.2m、+4Qs4X58.89.八”,校核流速 v=2=2=19.76m/s0QS3.61M05273+145x3600273xM=158.89m3/s97.86uD3.14 毛.2(2)烟囱出口内径可按下式计算：-11-5d2=0.0188JQ=0.0188J5720-=3.2m2:v.20式中Q-通过烟囱的总烟气量，m3/h,v-烟囱出口烟气流速,m/so（3）烟囱底部直径，烟囱锥度在一定范围内，本系统取i=0.025di=d2+2MXH=3.2+2X0.025X45=5.45m式中d2-烟囱出口直径，mH烟囱局度,mi-烟囱锥度，通常取i=0.020.03。表3烟囱出口烟气流速通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风10-204-5自然通风6-102.5-33.4.3烟气抬升高度计算由 QH1700kw,可得2X1.5vsD+0.01QH)_2X(1.5X20 与.2+0.01X62 巧 43)10式中：飞一烟囱出口流速，取20m/s;D烟囱出口内径，m；u烟囱出口处平均风速，取10m/s.3.4.4烟囱的几何高度计算本设计的锅炉燃煤量为36.4t/h,根据表4中锅炉总容量与烟囱最低允许高度的关系，取烟囱几何高度为Hs=45m0表4锅炉房总容量与烟囱最低允许高度关系锅炉房总容量（t