燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计

1、目录第一章 总论31.1前言31.2 设计任务书31.2.1 设计题目31.2.2 设计目的31.2.3 设计原始资料31.2.4 设计内容和要求31.3 设计依据和原则3第二章 除尘器系统32.1方案确定与认证32.1.1 除尘器系统概述32.1.2 脱硫装置概述32.2 工艺流程描述3第三章 主要及辅助设备设计与选型33.1 燃煤锅炉烟量及粉尘和二氧化硫计算33.1.1 烟气量计算33.2 除尘器的选择33.3 除尘器、风机和烟囱位置及管道布置33.3.1 各装置及管道布置的原则33.3.2 管径的确定33.4 烟囱的设计33.4.1 烟囱高度确定33.4.2 烟囱直径计算33.5 系统阻

2、力计算33.5.1 管道摩擦压力损失33.5.2局部压力损失33.6 风机和电动机选择及计算33.6.1标准状态下风机风量计算33.6.2 电动机功率的计算33.7 系统中烟气温度的变化33.7.1 烟气在系统中的温度降33.7.2 烟气在烟囱中的温度降33.8脱硫工艺设计计算33.8.1旋流板塔内烟气流量计算33.8.2旋流塔板塔径计算33.8.3旋流塔板高度计算33.8.4循环浆液池计算3第四章 设计数据一览表34.1 设计数据一览表3心得体会3参考文献3第一章 总论1.1前言在目前，随着工业的发展，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。随着国民经济的发展，

3、能源的消耗量逐步上升，大气污染物的排放量相应增加。越来越多的环境问题出现在了人们的生活中，其中包括水污染、环境污染、大气污染、噪声污染、固体废弃物污染等等，这些污染在有形和无形中对人们的生活和健康产生了影响。而就我国的经济和技术发展就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。我国的大气污染仍将以煤烟型污染为主。因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和SO2危害的关键问题。除尘脱硫一体化是将高温煤气中的粉尘颗粒和气态so2在一个单独的捕集单元中脱硫。除尘脱硫一体化装置可概括为干法和湿法两中目前国内外已开发了大量脱硫除尘一体化

4、装置，主要有水膜除尘器、文丘里旋风水膜除尘器、喷淋塔除尘脱硫装置、自激式除尘器、旋流板塔脱硫除尘一体化装置以及高压静电滤槽复合型卧式除尘器等湿式处理装置。由于除尘脱硫一体化工艺具有投资少、运转费用低、脱硫率适中、操作管理简便、结构紧凑、占地面积小等优点，近年来已被广泛应用。我国大气污染的特点是以煤烟型污染为主，主要污染物为粉尘、二氧化硫等，而这些污染物的来源主要是锅炉烟气。因此，对燃煤工业锅炉和电站锅炉进行除尘脱硫成为国内外科研和管理部门关注的一个热点，但一般是注重某一类型锅炉的除尘脱硫研究。本课题拟从中小型燃煤工业锅炉的除尘脱硫技术着手，主要根据国家大气污染物排放标准和锅炉房大气污染物排放标

5、准，研究开发适合中国国情的湿法除尘脱硫技术。期望能对我国燃煤锅炉烟气除尘脱硫技术与装置的研究开发有一定参考意义。1.2 设计任务书 1.2.1 设计题目 某燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计 1.2.2 设计目的通过课程设计进一步消化和巩固大气污染控制工程所学内容，并使学生的知识系统化，培养运用所学理论知识进行系统设计的初步能力。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养学生确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。 1.2.3 设计原始资料锅炉型号：SZL413A型，4台(2.8MW4)设计耗煤量：600kg/h（台）排烟温度：130标准状态

6、下烟气密度：1.25kg / m3；空气过剩系数：1.2飞灰占煤中不可燃成分比例：16当地大气压力：97.86kPa烟气在锅炉出口前阻力：800Pa空气含水(标准状态下)0.01293kg / m3；煤的工业及元素分析值：CY=68%、HY5、SY=2%、OY5、NY=1%、WY=4%、AY=15%， 按锅炉大气污染物排放标准（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/m3净化系统布置场地如图所示的锅炉房北侧15m以内。图1-1 锅炉房平面布置图图1-2 剖面图1.2.4 设计内容和要求1.燃煤锅炉排

7、烟量及烟尘和二氧化碳浓度的计算。2.净化系统设计方案的分析确定。3.除尘器的比较和选择：确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。4.管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置。并计算各管道的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。5.风机及电机的选择设计：根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。6.编写设计说明书：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内容。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，书写工整、装订成册。7.图纸要

8、求1) 除尘系统图一张（2号图）。系统图应按比例绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。2) 除尘系统平面布置图或系统剖面布置图1张（2号图）。图中设备管件应标注编号，编号应与系统图对应，应按比例绘制。锅炉房及锅炉的绘制可以简化，但应能表明建筑外形和主要结构型式。在平面布置图中应有方位标志（指北针）。 1.3 设计依据和原则 锅炉设备是燃料的化学能转化为热能，又将热能传递给水，从而产生一定温度和压力的蒸汽和热水的设备。锅炉型号：SZL413型，SZ双锅筒纵置式，L链条炉排，4蒸汽锅炉额定蒸发量为若干t/h 或热水锅炉额定供热量为若干104kcal/h新单位制应为MW。燃料燃烧就是供给足够的氧气，

9、也就是想炉膛内供给足够的空气。 冬季室外温度：-1，设备安装在室外，考虑在冬天设备的防冻措施，以及冬季排气冷凝形成的水雾、烟雾等。 按锅炉大气污染物排放标准（GB 132712001）中二类区标准执行，故建地应在二类区：城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。在设计过程中要考虑各除尘器的除尘效率，设备用费等各项技术经济条件。通过计算，根据工况下的烟气量、烟气温度及达到的除尘效率选择除尘器。我选择的是XL型旋流式水膜脱硫除尘器技术工艺，具有结构简单、压力损失小、操作稳定、脱硫除尘效率高等优点。第二章 除尘器系统2.1方案确定与认证 2.1.1 除尘器系统概述旋风

10、除尘器是利用旋转气流产生的离心力从气流中分离，用来分离粒径大于515 以上的颗粒物。工业上已有100多年的历史。特点：结构简单、占地面积小，投资低，操作维修乖、方便，压力损失中等，动力消耗不大，可用各种材料只、制造，能用于高温、高压及腐蚀性气体并可回收干颗粒物，效率可达80%左右。 2.1.2 脱硫装置概述脱硫装置按其结构不同主要有水膜除尘器、文丘里旋风水膜除尘器、卧式旋风水膜除尘器、喷淋塔除尘脱硫装置、冲击式水浴除尘器、自激式除尘器、旋流板塔脱硫除尘一体化装置以及高压静电滤槽复合型卧式除尘器等湿式处理装置。但基本上都由喷射装置、罐(塔)体、旋流板、灰水池、清水池、循环泵及管路系统等部分组成。

11、 脱硫装置的折算阻力一般300 Pa以下, 根据国家标准规定,除尘器的折算阻力必须小于1 200 Pa,因此在多管除尘器后加装脱硫装置时,首先应对多管除尘器的阻力进行测试,如多管除尘器的阻力小于900 Pa,则可直接串联脱硫装置;如果多管除尘的阻力大于900 Pa,串联脱硫装置后,整个除尘、脱硫系统的总阻力就有可能大于1 200 Pa,原锅炉配套引风机就不能满足正常运行要求,使锅炉易产生正压燃烧,这时只需在原有型号的基础上将引风机的电机功率加大一号,即可满足锅炉运行要求。其次,在脱硫改造时,可根据锅炉除尘室的实际情况,灵活布置脱硫装置,该装置既可安装在多管除尘器与引风机之间(负压段),也可安装

12、在引风机之后(正压段)。安装在负压段的优点是:因脱硫装置进一步去除了烟气中的粉尘,可减轻粉尘对引风机叶轮的磨擦,延长风机使用寿命。安装在正压段的优点为:可避免因脱硫装置脱水不良,引起的风机及烟道腐蚀。两者均有利弊。另外,由于组合式除尘脱硫系统先由多管除尘器去除了大部分粉尘,脱硫装置所需的灰水沉淀池,比其他湿式除尘器的灰水沉淀池小得多,耗水量也比其他湿式除尘器小。因此这种除尘脱硫系统既适合于场地窄小的锅炉房的脱硫改造。也适合新建锅炉房的除尘脱硫。 2.2 工艺流程描述锅炉烟气由引风机抽出，首先进入文丘里喉管，与雾化的循环脱硫液接触进行降温以吸收长雾滴，从脱硫吸收塔下部切线方向进入旋流塔内，再与水

13、膜接触降温吸收，烟气与脱硫液再次接的是烟气通过旋流板上一定角度的缝隙时所产生的旋流来切割连续的碱性水，使水分散成雾滴与烟气充分接触，液滴中的碱性物质与烟气中的二氧化硫起化学反应，把二氧化硫的生成物由气入液相，完成除尘脱硫过程，含有大量烟气的脱硫液流入塔底液封池，自流出塔进入沉淀池，经过沉降池沉降，清液由循环池被送到旋流塔内循环吸收，经旋流板除尘脱硫之后烟气继续上升进入板，分离下雾滴，再进入除雾塔，经引风机排人烟囱。 第三章 主要及辅助设备设计与选型3.1 燃煤锅炉烟量及粉尘和二氧化硫计算 3.1.1 烟气量计算 1. 标准状态下理论空气量式中 分别为煤中各元素所含的质量分数。 2. 标准状态下

14、理论烟气量（设空气含湿量12.39）式中 标准状态下理论空气量，； 煤中水分所占质量分数，； 元素在煤中所占质量分数，。3. 标准状态下实际烟气量式中 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， 4. 标准状态下烟气流量 3.1.2 烟气含尘浓度计算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 煤中不可燃成分的含量 标准状态下理论空气量，则 3.1.3 烟气中二氧化硫浓度的计算 1. 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算式中 煤中可燃流的质量分数 标准状态下燃煤产生的实际烟气量 2. 除尘器应达到的除尘效率式中 标准状态下烟气含尘浓度，； 标准状态下锅炉烟尘

15、排放标准中规定值。则 3.2 除尘器的选择 1.常用除尘器的性能比较，见表3-1。表3-1 常用除尘器的性能1除尘器名称适用的粒径范围/效率/%阻力/设备费运行费重力沉降室50595-98800-1200中中冲击式除尘器5951000-1600中中上文丘里除尘器0.5-190-984000-10000少大电除尘器0.5-190-9850-130大中上袋式除尘器0.5-195-991000-1500中上大2.除尘器主要尺寸的确定确定入口截面A，入口宽度b和高度h A=Q/nu=5544/(1360011.57)=0.133m2表3-2 几种旋风除尘器的主要尺寸比例2尺寸内容XLP/AXLP/BX

16、LT/AXLT入口宽度b(A/3)1/2(A/2)1/2(A/2.5)1/2（A/1.75）1/2入口高度h(3A)1/2(2A)1/2(2.5A)1/2（1.75A）1/2筒体直径D上3.85b下0.7D3.33b/3.85b/4.9b/排除管直径d00.6D0.6D0.6D0.58D筒体长度L上1.35D下1.00D1.7D2.26D1.6D锥体长度上0.5D下1.0D2.3D2.0D1.3D排灰口直径de0.296D0.43D0.3D0.145D 入口宽度 ：b=（A/3）1/2=( 0.133/3）1/2=0.21m 入口高度：h=（3A）1/2=（30.133）1/2=0.40m 筒

17、体直径分为上下两个, 上筒体直径为:D=3.85b=3.850.21=0.81m 下筒体直径为:D下为0.7D=0.70.81=0.57m 参考XLP型产品系列，选取XLP-A-8.2-Y型3。 排出管直径： d0=0.6D=0.60.81=0.49m 筒体长度分为上下， 筒体长度上为：L1=1.35D=1.350.81=1.09m 筒体长度下为：L2=1.00D=1.000.81=0.81m 锥体长度分为上下， 锥体长度上：H1=0.5D=0.50.81=0.41m 锥体长度下：H2=1.0D=1.00.81=0.81m 排灰口直径：de=0.296D=0.2960.81=0.24m图3-1

18、 XLP 型除尘装置示意3.3 除尘器、风机和烟囱位置及管道布置 3.3.1 各装置及管道布置的原则 根据锅炉运行情况和锅炉房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，占地面积省，并使安装、操作和检修方便。3.3.2 管径的确定工况下烟气量的计算=8184=2.27取烟气流速为12（查手册）4则 圆整取由公式计算出实际烟气流速： 3.4 烟囱的设计 3.4.1 烟囱高度确定 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3-3）确定烟囱的高度表3-3 锅炉烟囱

19、高度表5锅炉总额定出力/（t/h）1122661010202635烟囱最低高度/m202530354045锅炉房总容量：44=16（t/h)，故选定烟囱高度为40m 3.4.2 烟囱直径计算 1. 烟囱出口内径可按下式计算 （m）式中 Q通过烟囱的总烟气量，m3/h V按表3-3选取的烟囱出口烟气量，m/s表3-4 烟囱出口烟气流速（m/s)表5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选定v=4m/s 取d=0.85m 2. 烟囱底部直径计算 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，选取i=0.025 3.4.3

20、 烟囱轴力计算（Pa） 式中 H烟囱高度，m tk外界空气温度，,C tp烟囱内烟气平均温度，.C B当地大气压，Pa3.5 系统阻力计算3.5.1 管道摩擦压力损失取风管长度为66.7m，室内长度为39.2米，室外长度为27.5米。管内风速为11.57m/s，选择使用一年的钢管，查表4得管内摩擦阻力系数为0.02式中摩擦阻力系数（实际中对金属管道可取0.02.对砖砌或混凝土管道可取0.04）。管道直径,m烟气密度，kg/m3管中气流平均速率, m/s管道长度,m对于直径500mm圆管：L=66.7m结果为:对于金属管=0.02则 3.5.2局部压力损失式中异形管件的局部阻力系数，与相对应的断

21、面平均气流速率，m/s烟气密度，kg/m3图3.1中1为渐缩管。 图3-2 除尘器入口前管道示意图45度时，=0.1，取=45度，=11.57m/s结果为：L1=0.05tan67.5=0.12（m）图3.1中2为30Z形弯头H=2.985-2.39=0.595=0.6（m）H/D=0.6/0.5=0.12取=0.157=0.157 （=1.0）结果为：图3.1中3为渐阔管查表5,并取=30 则=0.19 （1）除尘器出气管的计算图3-3 除尘器出口至风机入口段管道示意图渐扩管的计算45时,=0.1 设两个均为90弯头D=500，取R=D，则=0.23 两个弯头管道共10个90弯头总阻力为P=

22、13.0810=130.8 Pa（2）T形三通管V1l1V2l2V3l3图3-4 T形三通管对于T形合流三通，查表6得， =0.55 需要7个三通,其总阻力为31.297=219Pa（3）除尘器阻力 （Pa)式中异形管件的局部阻力系数，查表6或通过实验获得； 与相对应的断面平均气流速率，； 烟气密度，。分流管8.0v=11.57m/s,=1.25kg/m3系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa） =2068(Pa) 3.6 风机和电动机选择及计算 3.6.1标准状态下风机风量计算 (m3/h)式中 1.1风量备用系数； Q标准状态下风机前表态下风量，m3/h； tp风机前烟气温度，若管道不

23、太长，可以近似取锅炉排烟温度； B当地大气压力，kPa。风机分压的计算 (Pa)式中 1.2风压备用系数； h系统总阻力，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，1.25kg/m3。根据Qy和Hy选型，选型为通风468 No4.5A 右 90.性能表如下：表3-4 风机性能表5机号转动方式转速/(r/min)工况序号流量/(m3/h)全压/pa内效率/%内功率/kw所需功率/kw4.5A290069702211084.56.607.593.6.2 电动机功率的计算 (kW)式中 Qy风机风量，m3/h； Hy风机风压，

24、Pa； 1风机在全压头时的效率(一般风机为0.6，高效风机约为0.9)； 2机械传动效率，当风机与电机直联传动时21，用联轴器连接时2=0.950.98，用V形带传动时20.95；电动机备用系数，对引风机，1.3。根据电动机的功率，风机的转速，由表5查得选定Y132S2-2型电动机。3.7 系统中烟气温度的变化3.7.1 烟气在系统中的温度降式中 Q标准状态下烟气流量，； F管道散热面积，； 标准状态下烟气平均热容（一般为1.352-1.357）；取CV=1.354 q管道单位面积散热损失。室内室外室内管道长：=39.2m，室外管道长：，3.7.2 烟气在烟囱中的温度降式中 H烟囱高度，温降系

25、数m; D合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h; A温降系数，可由下表查的表3-5 降温系数5烟囱种类钢烟囱（无衬筒）钢烟囱（有衬筒）砖烟囱，H50m(壁厚0.5m)砖烟囱，H0.5m)A20.80.40.2总温度降：3.8脱硫工艺设计计算3.8.1旋流板塔内烟气流量计算假设旋流板塔内平均温度为70，压力为120KPa，则旋流板塔内烟气流量为式中：Qv为喷淋塔内烟气流量，m3/h Qs为标况下烟气流量，m3/h K为除尘前漏气系数，00.1代入公式得 m3/h=1.63 m3/s3.8.2旋流塔板塔径计算根据湿法烟气脱硫的操作条件参数7，选择旋流板塔内烟气流速为2.5 m/s，则旋流塔

26、板截面A为：则塔径d为：取塔径D=1000mm3.8.3旋流塔板高度计算1、旋流板塔的吸收区高度根据氢氧化镁法烟气脱硫的操作条件参数7，选择旋流板塔气流反应时间t=2s，则旋流板塔的吸收区高度为 2、除雾区高度：本设计中采用旋流板除雾器，其工作原理是使烟气通过旋流板，气流旋转将液滴抛向塔壁，从而聚集落下。（1） 除雾器盲板直径：除雾器盲板直径可大些，即Dm/D0.4，可使雾滴易于甩上塔壁。本设计中取Dm=0.5D=500mm；（2） 除雾板叶片数：叶片数可适当减少，即m=1218左右。本设计中取m=14；（3） 径向角：径向角为20，用作除雾板的塔板要求为“外向板”，即叶片外端的钝角翘起，可将

27、带上的液滴抛向塔壁，从而聚集落下；（4） 除雾板塔段高度：依据化工设备设计全书，除雾器塔段的高度按经验不超过(0.81)（D-Dm）。故本设计中除雾板塔段高度h=0.8（D-Dm） =0.8（1-0.5）=0.4m即取除雾区高度为：H2=0.4m3、旋流板塔顶部高度：根据经验值，本设计中取H3=0.5m 4、旋流板塔底部高度 ： 依据化工设备设计全书塔设备，根据经验值，若塔径不大于1000mm，塔底高度一般为12001800mm，本设计中取H4=1500mm=1.5m则旋流板塔高度：3.8.4循环浆液池计算液气比723L/m3，取值2L/m3，浆液在池中停留时间7t1=（48）分钟，取7min

28、。浆池容量为V1，按液气比和浆液在池中停留时间t1确定，式中：L/G为液气比，取2 L/m3Q为标况下烟气量，m3/ht1为浆液的停留时间，s代入数据，得 m3液体用量为第四章 设计数据一览表4.1 设计数据一览表表4-1 设计数据一览表标准状态下理论烟气量(m3/Kg)7.76标准状态下理论空气量(m3/Kg)7.266标准状态下烟气流量(m3/h)5544标准状态下实际烟气量(m3/Kg)9.24标准状态下烟气中SO2浓度（mg/ m3)4329标准状态下烟气含尘浓度（mg/ m3)2600除尘器入口截面A（m2）0.133除尘器除尘效率（%）92.3入口高度h（m）0.4入口宽度b（m）

29、0.21筒体直径下D下（m）0.57筒体直径上D（m）0.81排出管直径d0（m）0.49筒体长度上L1（m）1.09筒体长度下L2（m）0.81锥体长度上H1（m）0.41锥体长度下H2（m）0.81排灰口直径de（m）0.24工况下烟气量（m3/h）8184管径d（mm）500实际烟气流速（m/s）11.57烟气高度H（m）40烟囱出口内径d（m）0.85烟囱厚度（m）0.3烟囱锥度i0.025烟囱底部直径d1（m）3.45烟囱抽力Sy（Pa）160风管室内长度（m）39.2风管室内长度（m）27.5管道摩擦压力损失PL（Pa）223.2渐缩管压力损失P（Pa）5.69Z型弯头压力损失P（

30、Pa）8.93渐扩管压力损失P（Pa）10.81除尘器渐缩管压力损失P（Pa） 5.6990弯头压力损失P（Pa）130.8T形三通管压力损失P（Pa）219除尘器阻力P（Pa）669系统总阻力h（Pa）2068标准状态下风机风量Qy（m3/h）9321.2风机风压Hy(Pa)1890烟气在烟囱中的温度降t2()4电动机功率Ne（KW）11.16旋流塔板截面积A(m2)0.65烟气在系统中的温度降t1()65.9旋流塔板吸收区高度H1(m)5旋流板塔内烟气流量Qv(m3/h )5882旋流塔顶部高度H3(m)0.5塔径d(mm)1000旋流塔高度H (m)7.4除雾区高度H2(m)0.4浆池容量V1(m3)1.294旋流塔底部高度H4(m)1.5特液体用