大气污染课程设计某燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统设计

1、大气污染控制工程课程设计说明书题目:某燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统设计 系 : 环境工程 年级/专业/班: 09级环境工程1班 学 生 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 任务下达时间: 2012 年 2 月 13 日完 成 时 间: 2012 年 2 月 19 日目 录第一章 引言1第二章 设计方案的确定12.1 物料衡算1标准状态下理论空气量1标准状态下理论烟气量1 标准状态下实际烟气量1标准状态下烟气含尘浓度.1标准状态下烟气中二氧化硫浓度12.2 工艺方案的比较和确定1第三章 工艺计算13.1 除尘器设计13.2 脱硫装置设计13.3 除尘脱硫设备、风机和烟囱的位置及管道的布置1 各装

2、置及管道布置的原则1 3.3.2管径的确定.13.4 烟囱的设计13.5 系统阻力的计算23.6 风机和电动机选择及计算2第四章 结论2参考文献2第一章 引言1、阐述烟气除尘脱硫及其在环境保护中的作用；我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭在我国一次能源的生产和消耗中占70%以上。然而，我国大多数燃用高硫煤的电站没有脱硫设施，普遍存在工艺落后、煤耗高等缺点。二氧化硫排放大的中小型电站和工业窑炉还很普遍，到目前为止，一些城市的居民炉灶仍采用散煤，我国城市二氧化硫污染相当严重。大量二氧化硫的排放是我国降雨呈酸性的主要原因，二氧化硫的酸雨的危害面极广，包括农业、工业、交通运输、建筑物、人身健康等诸多

3、方面，造成的经济损失更是巨大的。由于二氧化硫和酸雨对人类环境造成了严重的危害，因此控制燃煤烟尘的SO2对改善大气污染状况至关重要。2、列举几种除尘器、脱硫工艺的种类及工作原理等；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。从气体中去除或捕集固态或者液态微粒的设备称为除尘器。目前常用的除尘器可分为：机械除尘器、电除尘器、湿式除尘器等。机械除尘器是指利用质量力的作用使颗粒物与气流分离的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。重力沉降室：工作原理：通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除

4、尘装置。气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。惯性除尘器：工作原理：沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离。旋风除尘器：工作原理：利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离。电除尘器是指利用高压电场使尘粒荷电，在电场力作用下使粉尘从气体中去除的装置，与其他除尘器的根本区别在于，分离力直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上。工作原理：悬浮粒子荷电；带电粒子在电场内迁移和捕集；将捕集物从集尘表面上清除。湿式除尘器是使含尘气体与液体密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集

5、尘粒或使粒径增大的装置，可分为重力喷雾洗涤器、旋风洗涤器、文丘里洗涤器等。通过对国内外脱硫技术以及国内电力行业引进脱硫工艺试点厂情况的分析研究，目前脱硫方法一般可划分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫等。目前脱硫的几种工艺有：石灰石石膏法烟气脱硫工艺、旋转喷雾干燥烟气脱硫工艺、炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫工艺、烟气循环流化床脱硫工艺等。石灰石石膏法烟气脱硫的工作原理：将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于

6、10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。烟气循环流化床脱硫的工作原理：由锅炉排出的未经处理的烟气从吸收塔（即流化床）底部进入。吸收塔底部为一个文丘里装置，烟气流经文丘里管后速度加快，并在此与很细的吸收剂粉末互相混合，颗粒之间、气体与颗粒之间剧烈摩擦，形成流化床，在喷入均匀水雾降低烟温的条件下，吸收剂与烟气中的二氧化硫反应生成CaSO3 和CaSO4。脱硫后携带大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出，进入再循环除尘器，被分离出来的颗粒经中间灰仓返回吸收塔中。3、介绍并分析设计任务。1. 课程设计题目某燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统设计

7、2. 课程设计目的通过本课程设计的综合训练，使环境工程专业学生掌握大气污染控制工程课程所要求的基本设计方法，具备初步的大气污染控制工程方案及设备的独立设计能力，锻炼学生查阅和收集专业资料和设计手册的技能，培养学生综合运用所学的理论知识独立分析和解决大气污染控制工程实际问题的实践能力。3. 设计原始资料燃煤量：1550 kg/h（台）排烟温度：150 空气过剩系数：1.36烟气出口处离地面：2.5m锅炉型号：SZL10-1.6型，共3台烟气密度（标准状态下）：1.3 kg/m3排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：18%当地大气压：98 kPa年平均气温：18.6；极端最高气温：39.9；极端最低气

8、温：-1.9空气含水（标准状况下）：0.016 kg/m3煤的工业分析值：CY=67.85%；HY=4.12%；SY=2.52%；OY=5.56%；NY=1.22%；WY=10.30%；AY=16.12%；VY=12.08%粉尘粒径分布：粒径（m）15258155835131含量（%）3.64.859.227.14.21.1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（标准状况下）：200 mg/m3二氧化硫排放标准（标准状况下）：900 mg/m34.设计内容1、基本物料衡算：计算燃煤锅炉排烟量、烟尘浓度、二氧化硫浓度及净化效率的计算；2、净化系统工艺

9、方案的确定；3、主要设备尺寸的计算；4、官网布置及计算：确定各装置的位置及管道的布置，并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径及系统总阻力。5、风机及电机的选择设计：根据净化系统处理的烟气量、烟气温度及系统总阻力等的计算，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，用CAD完成设计图纸12份，需做一份系统立面图，可选做一份主要设备尺寸图。 第二章 设计方案的确定2.1 物料衡算根据基础资料计算烟气量、烟尘和二氧化硫浓度，除尘效率和脱硫效率。2.1.1标准状态下理论空气量式中 CY，HY，SY，OY分别为煤中各元素所含的质量分数。 标准状态下理论烟气量（空气含湿量16g

10、/m3）式中 标准状态下理论空气量，() ；WY煤中水分所占质量分数，% ；NYN元素在煤中的质量分数，% 。标准状态下实际烟气量式中 a空气过量系数；标准状态下理论烟气量，；标准状态下理论空气量，。标准状态下烟气流量Q应以计，因此，。标准状态下烟气含尘浓度式中 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；标准状态下实际烟气量，。标准状态下烟气中二氧化硫浓度式中 S煤中含可燃硫的质量分数；标准状态下燃煤产生的实际烟气量，。2.2 工艺方案的比较和确定根据排烟性质、经工艺系统处理后的目标要求及技术成熟度等其他方面，确定合理工艺流程，说明理由，并对工艺流程中各构筑物单元的功能进

11、行详细说明。 本次设计采用的是CCJ/A-10冲激式除尘器,它是湿式除尘器的一种。由除尘器本体、通风机、溢流箱、排灰阀等部件组成。溢流箱解决了普通水箱无法达到均衡、自动控制水位的欠缺。该除尘装置具有净化粉尘的同时，又能有效的去除烟气中的二氧化硫的特点，且占地面积小，设备投资小因此被广泛应用于工业生产、电厂输煤系统、锅炉采暖等领域中烟尘及粉尘的控制。第三章 工艺计算3.1 除尘器设计除尘器应达到的除尘效率式中 C标准状态下烟气含尘浓度，；标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，。3.1.2除尘器工况下的烟气流量 式中 标准状况下的烟气流量，； 工况下烟气温度，K； 标准状态下的温度，273K； P标

12、准状况下的压强，101.325KPa； P工况下的压强，Pa。则烟气流速为： 除尘器的选择与确定该燃煤厂锅炉排放烟量不大，但其烟气含尘浓度及含硫浓度都比较大，应该考虑烟尘的粒径分布、除尘效率、工况的烟气流量及脱硫效率等确定除尘器的种类、型号及规格。烟尘浓度排放标准规定的排放量是200mg/m3，二氧化硫排放标准规定的二氧化硫排放量要达到900mg/m3。本工艺方案是按锅炉大气污染排放标准（GB13271-2001）中的二类区标准进行设计。根据工况下的烟气量20.29m3/s、烟气温度150及要求的除尘效率=93.01%确定除尘器：选用CCJ/A-10冲激式除尘脱硫器。型号 风量（m3/h） 设

13、备阻力（Pa） 除尘效率CCJ/A-10 8000-12000 1000-1600 >99%脱硫率 设备净重（Kg） 蒸发（Kg/h） 35>80% 2292 耗水量 溢流（Kg/h） 300 排灰（Kg/h） 860 型号 4-72No5A通风机 全压（Pa）3240-2240 电动机 Y160M2-2 风量（m3/h）7950-14720 CCJ/A-10冲激式脱硫除尘器的除尘处理的原理：含尘气体通过进风管道进入除尘器，首先气流向下冲击水面，部分较大的尘粒落入水中。气流再以一定的速度通过“S”型通道时，激起大量的泡沫和水雾，使含尘、含硫气体与液体充分接触，粉尘被液滴捕获，通过冲

14、激吸收和二次逆向喷淋吸收，取得较高的脱硫除尘效率，捕集的粉尘与液滴一起落回储液沉淀斗，沉淀至斗底，由排灰阀自动排出，以达到除尘脱硫的目的。处理原理如下：含尘气体通过进风管道进入除尘器，首先气流向下冲击水面，部分较大的尘粒落入水中。气流再以一定的速度通过“S”型通道时，激起大量的泡沫和水雾，使含尘、含硫气体与液体充分接触，粉尘被液滴捕获，通过冲激吸收和二次逆向喷淋吸收，取得较高的脱硫除尘效率，捕集的粉尘与液滴一起落回储液沉淀斗，沉淀至斗底，由排灰阀自动排出，以达到除尘脱硫的目的。3.2 脱硫装置设计脱硫装置应达到的脱硫效率式中 C标准状态下烟气二氧化硫浓度，；标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中规定

15、值，。CCJ/A-10冲激式脱硫除尘器的二氧化硫处理的原理：SO2的去除是采用碱性液体吸收法。将CaO或Ca(OH)2配制成碱液，当气体进入除尘器时采用喷淋脱硫，烟气和碱液充分混合接触，SO2与液体中的碱性成分及水分发生化学反应，从而SO2被去除，以Ca(OH)2为例反应式如下：2Ca(OH)2+SO2=CaSO3·1/2H2O+1/2H2O由于烟气中含有氧气，因此会发生如下氧化反应：2CaSO3·1/2H2O+O2= 2CaSO4·1/2H2O以上反应的生成物，随粉尘一起沉降至灰斗，同灰渣一起用除灰机排出，达到净化的目的。净化后的气体由气水分离器脱水后从除尘器出

16、口经引风机排至大气。3.3 除尘脱硫设备、风机和烟囱的位置及管道的布置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，并使安装、操作和检修方便。本方案的管道确定如图所示。3.2. 管径的确定式中 Q工况下管道内的烟气流量，； 烟气流速，m/s，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘=1015m/s）。 取 v = 14 m/s 表一 管道规格外径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm 500 ±1 0.75 圆整后取d =500mm，取钢制

17、板风管壁厚 §=0.75mm内径d1=500-0.75 x 2=498.5mm由公式 计算实际烟气流速图7 净化系统管道布置图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2）确定烟囱的高度。表2 锅炉烟囱高度表锅炉总额定出力/(t/h)1122661010202635烟囱最低高度/m202530354045锅炉总的蒸发量/(t/h)：，则烟囱最低高度 45 m 。2. 烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算： 式中 Q通过烟囱的总烟气量，；按表3选取的烟囱出口烟气流速，。取 v=4 m/s （见

18、表3）(烟囱出口流速w=4m/s，自然通风，全负荷时)则圆整取d = 2.5 m 。表3 烟囱出口烟气流速（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烟囱底部直径 （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）。 取 i = 0.02 3.烟囱的抽力 （Pa）式中：H烟囱高度（m）； tk外界空气温度（）； tp烟囱内烟气平均温度（）； B当地大气压（Pa）。3.5 系统阻力的计算1. 摩擦压力损失 对于圆管， （Pa）式中： L管道长度（m）d管道直径（m）；烟气密度（kg/m3

19、）；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值可取0.04）。1.1. 对于圆形管道直径为500mm的管道密度换算：摩擦压力损失：1.2. 对于砖砌拱形烟道（如图8）D=500mm ；故B=531mm ；则 (其中A为面积，X为周长)；图8 砖砌拱形烟道示意图因 A=0.3925m2 则 又 取 则 2. 局部压力损失 （Pa）式中：异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过实验获得； 与相对应的断面平均气流速率（m/s）； 烟气密度（kg/m3）。.1. 进气管部分局部水头损失

20、的计算1) 渐缩管 则 则 2) 90°弯头弯管两个圆形90°弯头圆管直径D=0.5m，取曲率半径R=D，查表得则 3) 渐扩管查三废处理工程技术手册废气卷625页表17-23部分管件局部阻力系数，取=30°，得则 则 出气管部分局部水头损失的计算1) 90°弯头弯管三个圆形90°弯头圆管直径D=0.5m，取曲率半径R = D，查表得则 2) 三通管图9 T形三通管示意图a. 对于图9所示的三通管，则 b. 对于T形合流三通管，则 系统总阻力计算（其中锅炉出口前阻力800 Pa，除尘器阻力1200 Pa）3.6 风机和电动机选择及计算1. 风机

21、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， 。若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度；B当地大气压力，kPa。6.2. 风机风压的计算式中 1.2风压备用系数；系统总压力，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标准状况下烟气密度，1.34kg/m3。6.3. 电动机功率计算式中 Qy风机风量，m3/h；Hy风机风压，Pa；1风机在全压头时的效率（一般风机为0.6，高效风机为0.9）；2机械传动效率，当风机与电机直接传动时2=1，用联轴器连接时2=0.950.98，用V形带传动时2=0.95；电动机备用系数，对引风机，=1.3 。根据Qy，Hy，Ne，则可确定所选除尘器完全符合标准。 第四章 结论 本次课程设计采用