大气课程设计李博环科1101

1、陕西理工学院大气污染控制工程课程设计学院：化学与环境科学班级:环科1101学号:1110044026姓名:李博指导老师:宋凤敏2014.11.27.SHP10-25型锅炉中硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统初步设计李博（陕西理工学院化学与环境科学学院环境科学专业1101班，陕西汉中723001）指导老师：宋凤敏摘要：本文针对SHP10-25型锅炉中硫烟煤烟气处理进行了设计，笔者通过查阅文献、整理资料、选定袋式除尘湿式脱硫作为设计工艺，处理结果经计算论证符合排放标准。关键词:大气污染控制；除尘；脱硫设计任务书1. 设计题目SHP10-25型锅炉中硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计设计原始资料锅炉型号

2、：SHP10-25即，双锅筒横置式抛煤机炉，蒸发量10t/h,出口蒸汽压力25MPa设计耗煤量：1.25t/h设计煤成分：Cy=61.5%,Hy=5%,Oy=3%,Ny=1%,SY=1.5%,AY=20%,WY=8%,VY=15%;属于中硫烟煤排烟温度：160C空气过剩系数=1.35飞灰率=21%烟气在锅炉出口前阻力750Pa污染物排放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。连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度100m,90°弯头20个。2. 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，

3、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) 根据计算结果绘制设计图，系统图要标出设备、管件编号、并附明细表；除尘系统、脱硫设备平面、剖面布置图若干张，以解释清楚为宜，包括系统流程图一张。目录1. 引言4燃煤锅炉烟气量、烟尘及二氧化硫浓度计算52.1理论需氧量52.2理论需空气量52.3实际所需空气量62.4理论烟气量62.5二氧化硫质量62.6烟气中飞灰质量62.7160C时烟气质量62.8二氧化硫浓度62.9灰尘浓度62. 2.10锅

4、炉烟气流量6袋式除尘器设计63.1除尘机理63.2主要特点63.3除尘效率影响因素63. 3.4运行参数选择7袋式除尘器参数计算7吸收塔设计及计算83.1 SC2吸收塔选择83.2 脱硫方法选择84. 5.3湿式石灰法脱硫运行参数选择及设计9烟囱及计算106.1烟囱出口直径计算106.2烟气热释放率116.3烟囱几何高度116.4烟气抬升高度116.5烟囱高度116.6烟囱底部直径116.7烟囱抽力115. 6.8烟囱排放核算11阻力计算127.1管道阻力计算127.2除尘器压力损失137.3烟囱阻力计算136. 7.4系统总阻力计算14引风机及电动机的选择及计算.148.1风机风量计算148

5、.2风机风压计算141. 8.3电动机功率核算14总结15参考文献15附图引言当前，以温室效应、臭氧层破坏和酸雨为代表的大气污染已成为全球性问题。近年来，随着我国国民经济的发展，能源消耗量逐步上升，大气污染物的排放量亦相应增加。就我国经济与技术发展水平及能源结构来看，以煤炭为主要能源的状况在相当长的一段时间内不会改变。即我国大气污染仍将以煤烟型为主。因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨及SO2危害的关键所在。我国煤炭资源丰富，一次能源构成中燃煤占75%左右。我国工业废气排放量在世界各国中位于前列，而这已成为制约我国经济和社会发展的重要因素。而大气污染是目前我国第一大环境问题，对这

6、一问题的解决已迫在眉睫。据测算，要满足我国大气的环境容量要求，二氧化硫排放量要在当前基础上至少削减40%。经查阅相关文献并进行综合考虑，本方案选用袋式除尘湿式脱硫系统进行设计计算，以期在保证经济快速持续增长的前提下最大限度的减少污染。2. 燃煤锅炉烟气量、烟尘及二氧化硫浓度计算由下发设计任务书可知：耗煤量：1250kg/h;煤成分：Cy=61.5%,Hy=5%,Oy=3%,Ny=1%,SY=1.5%,AY=20%,WY=8%,VY=15%;该煤属于中硫烟煤；排烟温度：160C；空气过剩系数=1.35;飞灰率=21%;假设燃烧1kg该煤，经计算可得下表：表1.11kg煤燃烧计算表儿条质量(g)(

7、g/mol)(mol)气量(mol)c61512(C)51.2551.25h502(H2)2512.5O3032(02)-0.94-0.94n1028(N2)0.360S1532(S)0.470.47W8018(H2O)4.4402.1理论需氧量：nO251.2512.50.470.9463.28mol/kg煤VO263.28X22.41417.5L/kg煤2.2理论需空气量：V=1417.5X(1+3.78)=6776L6.8m3/kg煤2.3实际所需空气量为：Va=6.8刈.35=9.2m3/kg煤2.4理论烟气量为：Vf0vCovHovsovNfgco2h2Oso2n2(51.2512.

8、54.440.470.3663.28X3.78)X22.4/10006.9m3实际烟气量：2.5二氧化硫质量：2.6烟气中飞灰质量：2.7160C时烟气量：2.8二氧化硫浓度：2.9灰尘浓度：2.10锅炉烟气流量：3.袋式除尘器的设计Vfg6.99.2-6.89.3m3mSO2=0.47X64=30.08g=30080mgmA=200x0.21=42g=42000rgV宜9.3(273160)14.8m3T027330080WSO214.82032mg/m33A4200014.82837mg/m333一Q=14.8X125018500m/h=5.14m/s3.1袋式除尘器除尘机理含尘气体通过袋

9、式除尘器时，过滤过程分两个阶段进行【1。首先，含尘气体通过清洁滤料，粉尘被捕集，此时滤料纤维起过滤作用，效率为50-80%。随着过滤的进行，被阻留的粉尘一部分嵌入滤料内部，另一部分则覆盖在滤料表面形成粉尘除层，此时含尘气体主要通过粉尘初层进行过滤，此为袋式除尘器的主要滤尘阶段。袋式除尘器的除尘效率之所以很高，主要依靠的就是滤料表面形成的粉尘初层。袋式除尘器的捕尘机理包括筛滤、惯性碰撞、拦截、扩散、重力沉降I2】。3.2袋式除尘器的主要特点(1) 除尘效率高，特别是对微细粉尘也有较高的除尘效率，一般可达99%。如果在设计和维护管理时给予充分注意，除尘效率不难达到99.9%以上。适应性强，可以捕集

10、不同性质的粉尘。例如，对于高比电阻粉尘，采用袋式除尘器比电除尘器优越。此外，入口含尘浓度在一相当大的范围内变化时，对除尘效率和阻力的影响都不大。(3) 使用灵活，处理风量可由每小时数百立方米到数十万立方米。可以做成直接安装于室内、机器附近的小型机组，也可以做成大型的除尘器室。(4) 结构简单，可以因地制宜采用直接套袋的简易袋式除尘器，也可采用效率更高的脉冲清灰袋式除尘器。(5) 工作稳定，便于回收干料，没有污泥处理、腐蚀等问题，维护简单。应用范围受到滤料耐温、耐腐蚀性能的限制，特别是在耐高温性能方面，涤纶滤料适用温度为120-130C，而玻璃纤维滤料可耐250C左右，若含尘气体温度更高时，或者

11、采用造价高的特殊滤料，或者采取降温措施。但这样会使系统复杂化，造价也高。(6) 不适宜联结性强及吸湿性强的粉尘，特别是含尘气体温度低于露点时会结露，致使滤袋堵塞。(7) 处理风量大时占地面积大，造价高。(8) 滤料是袋式除尘器的主要部件，其造价一般占设计费用的10%-15%左右，其缺点是滤料需定期更换，增加了设备的运行维护费用。3.3除尘效率的影响因素除尘效率是衡量除尘器性能最基本的参数，它表示除尘器处理气流中粉尘的能力，它与滤料运行状态有关，并受粉尘性质、滤料种类、阻力、粉尘层厚度、过滤风速及清灰方式等诸多因素影响。3.4运行参数的选择现将袋式除尘器各种滤料性能与使用情况列举如下：表3.1各

12、种滤料性能3直径/顷/k吸水率/%棉织物10-20348-3588彳艮差稍好1蚕丝18353-36316-22一一一羊毛5-15353-36310-15稍好很差0.4尼龙348-3584.0-4.5稍好好2.5奥纶398-4086好差1.6涤纶4136.5好差1.6玻璃纤维5-85234.0好差1芳香族聚酰胺4934.5-5.0差好2.5聚四氟乙烯493-52302.5表3.2袋式除尘器的部分使用情况4粉尘种类纤维种类清灰方式-1/mmin/Nming-1飞灰（煤）玻璃、聚四氟乙烯逆气流、脉冲、机械0.58-1.81.17-2.51飞灰（油）玻璃逆气流1.98-2.350.79水泥玻璃、丙烯酸

13、系聚酯机械振动0.46-0.642.00-11.09铜玻璃、丙烯酸系聚酯机械振动、逆气流0.28-0.822.51-10.86电炉:0.46-1.228.5-119袋式除尘器所能去除烟气系含硫煤燃烧生成，温度高、烟气颗粒物摩擦强、有一定浓度的二氧化硫和水蒸气、腐蚀性强。结合表3.1及表3.2给出信息，决定采用聚四氟乙烯滤料、反吹风方式清灰。由前述计算可知进口烟气流量为：Q=18500m3/h=308.3m3/min=5.14m3/s进口烟气浓度为：2837mg/m3采用气流反吹清灰式除尘器，其过滤速度取：UF=1m/min计算用烟气量为：_3-_3_3Q11.2Q1.21850022200m3

14、/h370m3/min6.2m3/s则可得烟气所要经过的总的滤袋面积为：Q12A370m21单个滤袋直径D=200-300mm,取D=250mm=0.25m单个滤袋长度：L=2-12m,取L=7.5m,滤布长径比一般为5-40,此处L二530,符合设计规范D0.25则可得每条滤袋的面积为:s=3.14DXL=3.140257.5=5.89m2可得所需滤袋的条数为：n竺63条s5.89重新计算气布比：370,.uF0.997m/min5.89x63采用一个滤室，滤袋分布为长方向上为9条滤袋，宽方向上为7条滤袋，一般袋与袋之间的距离为50-70mm，此处取为60mm,即0.06m。为了便于安装与检

15、修，边排滤袋与壳体间留出300mm距离。由以上设计可得滤室的长为：L=(9>0.25+80.06)2+0.32=6.1m宽为：60°，灰斗底面为直径0.4m的圆筒，底面距地面0.5m,计算灰斗高度:u6.10.4h.34.9m20.8m,则除尘器的总高度为：Lh1.00.86.14.91.00.812.8m设灰斗短边与地面夹角为W=»0.25+60.06+0.32=2.7m滤袋上方的安装高度取H吸收塔的设计及计算5.1SO2吸收塔的选择吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置，其中喷淋塔是湿法脱硫塔的主流塔型，本设计即采用喷淋塔，填料选用鲍尔环。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环

16、内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与其它填料相比，鲍尔环应用较广，其气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。5.2脱硫方法的选择5.2.1工艺比较湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤SO2烟气以除去SO2的技术，本设计为高浓度SO2烟气的湿法脱硫。近年来半干法和干法脱硫技术及其应用有了较大的发展空间，但湿法脱硫仍是目前世界上应用最广的脱硫技术，其优点是技术成熟、脱硫效率高、操作简便、吸收剂价廉易得适用煤种范围广、所用设备较简单等优点。常用方法有石灰/石灰石吸收法、钠碱吸收法、氨吸收法。经过对几种常用脱硫法的优缺点比较，选用钠碱吸收法进行脱硫，即采用NaOH来吸收烟气中的SO

17、2,再用石灰石中和再生，再生后的溶液继续循环利用。该法吸收剂采用钠碱，吸收率较高，可达95%,且吸收系统内不生成沉淀物，无结垢和阻塞问题。其反应机理如下：2NaOH+SO2Na2SO3+H2ONa2SO3+SO2+H2A2NaHSO3上述反应式中，Na2SO3同样可以吸收SO2,达到循环吸收的效果。5.2.2工艺流程介绍含SO2烟气经除尘、降温后送入吸收塔，塔内喷淋含NaOH溶液进行洗涤净化，净化后的烟气排入大气。从塔底排出的吸收液被送至再生槽加CaO进行中和再生，再生后的吸收液经固液分离清液返回吸收系统；所得固体物质加入H2O重新浆化后，鼓入空气进行氧化可得石膏。(1) 脱硫反应：启动阶段N

18、a2CO3溶液吸收SO2：Na2SO3+SO2NaSO3+CO2f再生液pH值较高时(高于9),溶液吸收SO2的主反应：2NaOH+SO2N32SO3+H2。溶液pH值较低(5-9)时的主反应：Na2SO3+SO2+H2A2NaHSO3氧化过程(副反应)Na2SO3+0.5O2rNa2SO4NaHSO3+0.5O2NaHSO4(2) 再生过程第一步反应再生反应Ca(OH)2+Na2SO32NaOH+CaSO3再生至pH>9以后继续发生的主反应Ca(OH)2+2NaHSO3Na2SO3+CaSO3?0.5H2O+1.5H2O氧化过程CaSO3+0.5O2CaSO4脱下的硫以亚硫酸钙、硫酸钙

19、的形式析出，然后将其用泵打入石膏脱水处理系统，再生的NaOH可以循环使用。5.3湿式石灰法脱硫运行参数的选择和设计热烟气温度大于75C,烟气流速为1-5m/s,浆液pH大于9，石灰/石灰石浆质量浓度在10%-15%之间，液气比8-25L/m3,气液反应时间3-5s，气流速度为3.0m/s，喷嘴出口流速10m/s,喷淋效率覆盖率200%-300%，脱硫石膏含水率为40%-60%,一般喷淋层为3-6层，烟气中SO2体积分数为4000/10-6,脱硫系统阻力2500-3000Pa。5.3.1喷淋塔内流量计算设定喷淋塔内平均温度为80C,压力为120kPa,则喷淋塔内烟气流量为273t101.324Q

20、vQs(1K)273Pa式中：Qv一喷淋塔内烟气流量，m3/h;Qs一标况下烟气流量，m3/h;k除尘前漏气系数，0-0.2;27380101.3243,Qv5.14(10.05)5.89m/s2731205.3.2喷淋塔径计算依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可选择喷淋塔内烟气流速v=4m/s;则喷淋塔截面A为：AQ/v5.89/41.47m2则塔径d为：d4A/.41.47/3.141.37m取塔径D0=1400mm。5.3.3喷淋塔高度计算喷淋塔可看做由三部分组成：吸收区、除雾区和浆池。(1) 吸收区高度依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数，选择喷淋塔喷气液反应时间t=4s,则喷淋塔的吸收

21、区高度为：H1vt4416m3.4-3.5m。(2) 除雾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则取除雾区高度为:H23.5m(3)浆池高度浆池容量V1按液气比浆液停留时间t1确定：V1LGQ&式中：L/G一液气比，取Q一标况下烟气量,t1一浆液停留时间,浆池容积为：18L/m2；m3/h;s;一般为4min-8min，取为8min。Vi选取浆池直径等于或略大于喷淋塔1810D0,3_331850086044.4m3选为3.5m，然后再根据V1计算浆池高度:h°式中：而一浆池高度，V1一浆池容积,D1一浆池直径,m;m3;m。ho从浆池液

22、面到烟气进口底边的高度为(4)喷淋塔高度43.140.8-2m,44.424.6m3.52取2m。HtHiH2h°163.54.624.1m5. 烟囱设计计算6.1烟囱出口直径的计算：d0.0188Qi(m)m3/h;Vs全负荷时最小负荷10-204-5自然通风6-102.5-3Vs=15m/s22200d0.0188.0.7m-15式中：Qi通过烟囱的总烟气量，Vs按下表选取烟囱出口烟气流速，m/s。表6.1烟囱出口烟气流速，m/s；6.2烟气的热释放率QhH281.3vs2TsTadTs式中：Qh一-一烟气热释放率，KW;Ta一一环临气温度，k;Ts一烟囱出口处的烟气温度，k。2

23、433293Qh281.3150.72668KW4336.3烟囱几何高度：表6.2锅炉蒸发量与烟囱高度关系/t/h<11-22-66-1010-2026-35/m202530354045由设计任务书可知锅炉总蒸发量为10t/ho通过上表可以确定烟囱的几何局度为:HS40m6.4烟气抬升高度：HgHM1n00.292,n10.6,n20.4H0.2926680.6400.41514.2m6.5烟囱高度：HHSH404.244.2m6.6烟囱底部直径：d1=d+2*i*Hs(m)式中d烟囱出口内径，m;Hs烟囱高度，m；i烟囱椎角(通常取i=0.02-0.03)，本设计取i=0.02;于是可

24、得：d1=0.7+20.0240=2.3m6.7烟囱抽力：-11S0.0342XHX(-)XB式中tktp-B-273tk273tp-外界空气温度；烟囱内烟气均温;当地大气压；Sy0.0342X44.2X(11)X1.01X105168.5Pa273202731606.8烟囱排放核算99%计，则粉尘的排放浓度为:328.37mg/m粉尘浓度为3143mg/m3,按袋式除尘器除尘效率2973(199%)粉尘排放速率:283718500X10652Kg/h落到地面灰尘最大浓度为:田涿M?=3.14uHey式中u平均风速，此处采用汉中市平均风速，1.75m/s；Q源强，g/s；26.229.733m

25、ax0.80.01mg/mmax3.141.7544.222.72由设计任务书规定可知，污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中二类区新建排污项目执行。由新污染源大气污染物排放限值查得，烟囱高度为44.2m时，颗粒物最高允许排放浓度为120mg/m3,二级最高允许排放速率为55.8kg/h,最大落地浓度为0.5mg/m3。则设计排放浓度、速率及落地浓度均未超标，因而可认定设计合理。阻力计算7.1管道阻力计算各装置及管道布置的原则：根据锅炉运行情况及锅炉现场的实际情况确定各装置位置。对各装置及管道的布置应力求简单、紧凑、管程短、占地面积小，并使安装、操作及检修方便。4Qi管径的计算D.3.14v式

26、中：Qi工况下管道的烟气流量，m3/h;430.489mv管道内烟气流速，m/s(对于锅炉内烟尘v=10-25m/s)。此处设计取v=16m/s。D3.1416选用外径530mm,壁厚20mm的钢管，则内径为D=490mm,管中气体流速为:v3.14(2)对于圆管摩擦压力损失：4QiD24X3215.92m/s3.14X0.49PlL_v2d2式中L管道长度，100m；D管道直径，0.49m；P-因气密度，0.817kg/m3;v管中气流平均流速，15.92m/s；入一一擦阻力系数，使气体雷诺数Re和管道相对粗糙度k/d的函数。实际中对金属管道入值取0.02,对砖砌或混凝土管道入值可取0.04

27、。所以可得：422.6Pa1000.81715.922Pl0.02-0.492(3) 局部阻力损失：2PVPmE°'J2式中6异形管道的局部阻力系数，取铲0.75;v的断面平均气流流速，m/s;P-因气密度，0.817kg/m3;已知连结锅炉、净化设备及烟囱等净化系统总需90度弯头20个，查表可得E=0.75W可得:Pm0.817X15.9220.75X201553PaPgPLPm211.315531764.3Pa7.2除尘器压力损失(1)除尘器内部压力损失：PPcPf式中Pc除尘器结构压力损失，在正常过滤风速下，一般取300-500Pa；Pf除尘器过滤阻力；(1) 过滤阻力

28、：PfP°Pd(0m)Vf式中6清洁滤料的压损系数或阻力系数，7.2107m-1；一一尘气体的粘度，0.25510-6Pas；vf过滤速度，m/s;a-粉尘层的平均比阻力，一般为心叮。1%3；m堆积粉尘负荷(单位面积的含尘量)，kg/m2,普通运行的堆积粉尘负荷范围为0.1-0.2kg/m2。(2) 粉尘负荷：mCivft式中Ci入口气体含尘浓度，kg/m3；t过滤时间，s。过滤时间取2小时，即7200s，有：_20.373Kg/m60.99m297310720060_111011m/KgPf71160.99(7.21070.3731011)0.255106157Pa60Pc500P

29、aP500157657Pa7.3烟囱阻力计算Py式中H烟囱高度，44.2m；d烟囱平均直径，1.1m;P-因气密度，0.756kg/m3；v烟囱中气流平均流速，15m/s；入一一擦阻力系数，使气体雷诺数Re和管道相对粗糙度d的函数。实际中对金属管道入值取0.02,对砖砌或混凝土管道入值可取0.04。2Py68.3Pa44.20.7561520.021.127.4系统总阻力的计算系统总阻力(其中锅炉出口前阻力为750Pa)为：h芮炉出口前阻力+管道阻力+烟囱阻力+除尘器阻力=750+1764.3+657+68.3=3239.6Pa引风机和电动机计算和选择8.1风机风量计算Qy1.1Q1式中1.1

30、风量备用系数；Q1通过风机前的风量,m3/h;Qy1.11850020350m3h8.2风机风压计算Hy1.2(273tpSy)P273ty式中1.2风压备用系数；Pa;160C2h奈统总阻力，tp风机前烟气温度，250C2731603086Pa273250ty风机性能表中给出的试验用气体温度，Hy1.2(3239.6133.4)根据上述计算的风量和风压，选择Y5-47-6C型离心引风机。参数如下:表8.1风机参数机号转速(r/min)全压/Pa流量(m3/h)功率/kW6C28503364-24528020-1512918.58.3电动机功率核算QyHyNeyy3600100012式中Qy风机风量；Y1风机全压头时效率(一般风机0.6,高效风机约0.9);咋机械传动效率，当风机与电机直联传动时，r2=1，用联轴器连