大气课设说明书

第一章总论1.1设计目的通过对DZL2-13型锅炉中硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统的设计，进一步消化和巩固本课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力。通过设计，了解工程设计的内容、方法和步骤，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、实用技术资料、编写设计说明书的能力。设计内容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。1.3原始数据锅炉型号：DZL2-13即单锅筒纵置式链条炉，蒸发量2t/h，出口蒸汽压力13MPa设计耗煤量：390kg/h设计煤成分：CY=64.5%HY=4%OY=3%NY=1%SY=1.5%AY=18%WY=8%；VY＝15％；属于中硫烟煤排烟温度：160℃飞灰率＝16％烟气在锅炉出口前阻力550Pa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。连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度50m，90°弯头10个。锅炉大气污染排放标准（GB13271-2001）中二类区执行标准：标准状况下烟气浓度排放标准：200mg/m3标准状况下二氧化硫排放标准：900mg/m3若烟囱高度达不到锅炉房烟囱允许最低高度（4t锅炉烟囱高度最低35m，6t锅炉烟囱高度最低40m）的要求，其排放标准值按50%执行，即：标准状况下烟气浓度排放标准：100mg/m3标准状况下二氧化硫排放标准：450mg/m3

第二章锅炉燃烧的烟气量、烟尘和二氧化碳浓度的计算2.1标准状况下理论空气量Va0=4.67×(1.867C+5.56H+0.7S-0.7O)(2-1)式中：C、H、S、O--分别为煤中各元素所含的质量分数Va0×(1.867×0.645+5.56×0.04+0.7×0.015－0.7×0.03)=6.7473(m3/kg)2.2标准状况下理论烟气量Vfg0=×(C+0.375S)+11.2H+1.24W+0.016Va0+0.79Va0+0.8N(2-2)式中：Va0——标准状态下理论空气量m3/kg；W——煤中水分的的质量分数；N——N元素在煤中的质量分数。Vfg0=7.2822(m3/kg)2.3标准状况下实际烟气量Vfg=Vfg0×（α-1）×Va0 (2-3)式中：a——空气过剩系数；Va0——标准状态下理论空气量,m3/kg；Vfg0——标准状态下理论烟气量,m3/kg。Vfg×(1.3－1)×=9.34(m3/kg)注意：标准状态下烟气流量Q应以m3/h计，因此，Q=Vfg×设计耗煤量Q=Vfg××3/h2.4烟气含尘浓度C=×A(m3/㎏)(2-4)式中:dsh--排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数，0.35；A--煤中不可燃成分的含量，0.18；Vfg--标准状态下实际烟气量，m3/kg；C==×10-3(m3/㎏)。2.5标准状态下烟气中二氧化硫的浓度的计算Cso2=×106(㎎/m3) (2-5)式中:S--煤中硫的质量分数；Vfg--标准状态下燃煤产生的实际烟气量,m3/㎏。Cso2==×103(㎎/m3)。工况下烟气流量Q′=（2-6）Q′==5950.6(m3/h)则烟气的流量为

第三章系统设计方案的分析3.1袋式除尘器3袋式除尘器工作原理袋式除尘器是一种干式滤尘装置。它适用于捕集细小、干燥、非纤维性粉尘。滤袋采用纺织的滤布或非纺织的毡制成，利用纤维织物的过滤作用对含尘气体进行过滤，当含尘气体进入袋式除尘器地，颗粒大、比重大的粉尘，由于重力的作用沉降下来，落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，使气体得到净化。一般新滤料的除尘效率是不够高的。3.1.2袋式除尘器结构袋式除尘器结构主要由上部箱体、中部箱体、下部箱体（灰斗）、清灰系统和排灰机构等部分组成。袋式除尘器性能的好坏，除了正确选择滤袋材料外，清灰系统对袋式除尘器起着决定性的作用。为此，清灰方法是区分袋式除尘器的特性之一，也是袋式除尘器运行中重要的一环。图3-1袋式除尘器结构图3工艺对比除尘效率=1-(3-1)=96.2%。表3-1几种常用除尘器除尘器名称适用的粒径范围/um效率/%阻力/pa设备费运行费重力沉降室＞50＜5050~130少少惯性除尘器20~5050~70300~800少少旋风除尘器5~3060~70800~1500少中冲击水浴除尘器1~1080~95600~1200少中下卧式旋风水膜除尘器＞595~98800~1200中中冲击式除尘器＞5951000~1600中重伤文丘里除尘器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中上大根据效率计算得出可供选择的文丘里，电除尘和袋式除尘器。因为要求的阻力不宜过大，在1000-1500之间，且电除尘的设备费用较高，故选择袋式除尘器。根据工况下烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率来确定除尘器（袋式除尘器）袋式除尘器是使含尘气体通过滤袋滤去其中离子的分离捕集装置，是过滤式袋式除尘器中一种，其结构形式多种多样，按不同特点可分为圆筒形和扁形；上进气和下进气，内滤式和外滤式，密闭式和敞开式；简易，机械振动，逆气流反吹，气环反吹，脉冲喷吹与联合清灰等不同种类,其性能比较如下表：通过我组比较最终决定选用袋式除尘器，根据处理烟气性质及不同型式的袋式除尘器的优缺点，最终决定选用MC6—I型系列逆喷脉冲袋式除尘器。表3-2不同型式的袋式除尘器除尘种类除尘效率%净化程度特点简易袋式30中净化机械振动袋式90中净化要求滤料薄而光滑，质地柔软，再过滤面上生成足够的振动力。脉冲喷吹袋式99细净化清灰方式作用强度很大，而且其强度和频率都可以调节，清灰效果好气环式袋式99细净化适用高湿度、高浓度的含尘气体，造价较低，气环箱上下移动时紧贴滤袋，使滤袋磨损加快，故障率较高脉冲袋式除尘器是一种周期性的向滤袋内或滤袋外喷吹压缩空气来达到清除滤袋上积尘的袋式除尘器，它具有处理风量大，除尘效率高的优点，而且清灰机构设有运动部件，滤袋不受机械力作用，损伤较小，滤袋使用周期长的特点。用《除尘器手册》中选取MC系列逆喷脉冲袋式除尘结构特点:主要由上箱体，中箱体，下箱体，排灰系统与喷嘴系统等几个主要部分组成。上箱体内设有多孔板，滤袋，滤袋框架；下箱体包括进气口、灰斗、检查门；排灰系统由减速装置和排灰装置组成；控制仪、控制阀、脉冲阀、喷嘴管与气包等组成喷吹系统。工作原理：含尘气体由下箱体的进风口进入除尘器内经过滤袋过滤。粉尘被阻留在袋外，净化气体进入袋内经过文氏管，由排风口排出机外，阻留在滤袋上的粉尘通过用电控（D）、机控（J）或气控（Q）中的一种方式，控制开启脉冲阀定时分排，对滤袋进行清灰，其主要性能与主要结构尺寸见下表：表3-3脉冲袋式除尘主要性能型号过滤面积m2滤袋数量/条处理风量m3/h脉冲阀个数/个外形尺寸/长×高×宽MC36—I27363250～648061425×1678×3600设备质量/kg滤袋尺寸/mm设备阻力/Pa除尘效率入口含尘浓度g/m3过滤风速/m/minΦ120×20001200～1500＞99%2～142～4表2-3主要结构尺寸型号AA1BB1HMC36—I16781150134011003660影响因素：过滤风速、滤料风速、滤料种类、清灰方式、入口含尘浓度、处理气体性质、净化物料种类等。3.2湿式脱硫设备3湿式脱硫原理湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤SO2烟气以除去SO2的技术3工艺对比近年来尽管半干法和干法脱硫技术及其应用有了较大的发展空间,但是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、氨吸收法其工艺比较见下表：表2-4吸收法工艺比较项目优点缺点石灰/石灰石吸收法脱硫效率高，吸收剂资源广泛，价格低廉，副产品石膏可用建筑材料系统复杂，占地面积大，造价高，容易结垢造成堵塞，运行费用高，只使用大型电站锅炉氢氧化钠吸收法价格便宜，脱硫效率高，副产品的溶解度特性更适用加热解吸过程，可循环利用，吸收速度快高温下NaHSO3转换成Na2SO3,丧失吸收二氧化硫的能力氨吸收法脱硫效率高，运行费用低吸收剂在洗涤过程中挥发产生氨雾，污染环境，投资大综合本工艺流程图及上述几种常用脱硫的优缺点比较,经过比较全面考虑,最终我们组选用钠碱吸收法进行脱硫,即采用NaOH来吸收烟气中的SO2,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，故吸收率较高，可达95%，而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：2NaOH+SO2→Na2SO3+H2ONa2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3Na2SO3同样可以吸收SO2，达到循环吸收的效果。3工艺流程含SO2烟气经除尘、降温后送入吸收塔，塔内喷淋含NaOH溶液进入洗涤净化，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CaCO3惊醒中和再生。将再生后的吸收液经固液分离后,清夜返回吸收系统;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：

Na2SO3+SO2→NaSO3+CO2↑（1）

2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O（2）

Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3（3）

其中：

式（1）为启动阶段Na2CO3溶液吸收SO2的反应；

式（2）为再生液pH值较高时（高于9时），溶液吸收SO2的主反应；

式（3）为溶液pH值较低（5~9）时的主反应。2、氧化过程(副反应)

Na2SO3+1/2O2→Na2SO4（4）

NaHSO3+1/2O2→NaHSO4（5）

3、再生过程

Ca(OH)2+Na2SO3→2NaOH+CaSO3（6）

Ca(OH)2+2NaHSO3→Na2SO3+CaSO3•1/2H2O+3/2H2O（7）

4、氧化过程

CaSO3+1/2O2→CaSO4（8）

式（6）为第一步反应再生反应，式（7）为再生至pH＞9以后继续发生的主反应。脱下的硫以亚硫酸钙、硫酸钙的形式析出，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。3填料的选择填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面而且促使气液两相分散，液膜不断更新，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。填料的种类很多，大致可分为实体填料与网体填料两大类。实体填料包括环形填料(如拉西环、鲍尔环和阶梯环)，鞍型填料(如弧鞍、矩鞍)，以及由陶瓷、金属、塑料等材质制成的填料。网体填料主要是由金属丝网制成的填料，如鞍形网、波纹网等。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环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，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。结合几种填料的优缺点最终决定本次设计选择塑性鲍尔环作为填料。除尘设备结构设计计算4.1过滤面积根据含尘浓度、滤料种类及清灰方式等，即可确定过滤气速，并计算出总过滤面积：(4-1)过滤气速是最重要的设计和操作指标之一。过滤气速选择过大。虽能减小总过滤面积，降低投资，但却会使压力和损失迅速提高，增多清灰次数，缩短滤袋寿命，使运行费用增大。若偏小，会使设备费增加。一般情况下的过滤气速归纳如下表：表4-1过滤气速归纳清灰方式简易清灰机械振动清灰逆气流反吹清灰脉冲喷式清灰(m/min)选取为3.5m/min，则可求的脉冲喷吹耗用压缩空气量由第三章可知选用的脉冲式袋式除尘器型号为MC36—I，其主要参数性能如下表：表4-2MC36-I型脉冲袋式除尘器的参数及性能型号过滤面积m2滤袋数量/条处理风量m3/h脉冲阀个数/个外形尺寸/长×高×宽MC36—I27363250～648061425×1678×3600设备质量/kg滤袋尺寸/mm设备阻力/Pa除尘效率入口含尘浓度g/m3过滤风速/m/minΦ120×20001200～1500＞99%2～142～4由上表可计算出脉冲喷吹耗用压缩空气量(4-2)式中：——滤袋总数，条；——脉冲周期，取1min;——安全系数，取1.5；——每条滤袋喷吹一次耗用的空气压缩量。在喷吹压力不小于6atm时，V0——0.0025m33/条。

第五章填料塔的结构设计计算5.1物料衡算衡算式：V（Y1-Y2）=L（X1-X2）y1=y2=y1×对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2=0惰性气体流量V=×Y1=y1/(1-y1Y2=y2/(1-y2查得总压101.3KPa,温度293K条件下SO2在水中亨利系数×103KPa相平衡常数溶解度系数3·KPa最小液气比：=（5-1）即取操作液气比由V（Y1-Y2）=L（X1-X2）知X1=X2+(Y1-Y2)=0+5.2填料塔的计算在常压零摄氏度下SO2kg/m3。表5-1填料的相关参数品名（鲍尔环）径×高×厚mm×mm×mm比表面积（m2/m3）空隙率%干填料因子L/m种类116×16×11880.91275种类225×25×1750.90239种类338×38×115220种类450×50×930.90127种类576×76×2.6730.9294计算如下：5塔底液化气速计算L′=L×ML=7575.75×40=303030kg/h(5-2)V′=3/h(5-3)G′=ρG(5-4)式中：ρG―气体密度kg/sρL―液体密度kg/sL′―液体的质量流量kg/sG′―混合气体的质量流量kg/s查图Eckert的横坐标Y=选用50mm×50mm×填料因子ø=94L/mφ= (5-5)φ200C时溶液黏度取200C水的黏度µL·s泛点气速:uf=5计算塔径D空塔气速为泛点气速的50%——80%取u=50%uf×D=(5-6)根据国内公称直径校正，塔径D=1.4m。塔径核算1、气速核算在新的塔径下核算空塔气速(5-7)符合空塔气速为泛点气速的50%~80%的要求。2、喷淋密度最小喷淋密度Umin=(Lw)minat填料比表面积at=73m-1最小湿润率(Lw)min3/(m·h)直径<75mm的环形材料;3/(m·h)直径>75mm的环形材料这里取(Lw3/(m·h)，故Umin×3/(m·h)。在新的塔径下核算喷淋密度U=××D2(5-8)U=××23/(m·h)>Umin设计合理3、核算径比=17.76>10可避免壁流现象，核算符合要求5.2.3填料塔高度的计算用清水吸收属于中等溶解度的吸收，气膜阻力和液膜阻力都应考虑，本设计属于低浓度气体的吸收，塔内气体和液体的摩尔流量变化较小，其提及吸收系数可视为常数，采用计算公式Z=HOG·NOG1.相总传质高度HOG（m）的计算液相物性数据在低浓度吸收过程中，溶液的物性数据可以近似取纯水的物性数据，由手册查得，20°C时水的有关数据如下：密度ρL=1050kg/m3黏度µL·s=3.6Kg/(m·h)表面张力ó2SO2在水中的扩散系数DL×10-5cm2×10-6m2/h，查手册得SO2在空气中的扩散系数DV=0.108cm22/h。混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查手册得20°C空气的黏度µV×10-5Pa·s=0.065Kg/(m·h)。气相总传质单元高度采用修正的恩田美联式计算：(5-9)查表，óC=40dyn/cm=518400Kg/h2（1dyn/cm=12960Kg/h2）液体质量流量UL××2=103672.17Kg/(m2·h)气膜吸收系数由下式计算：气体质量流量UV==3456.13Kg/(m2·h)(5-10)(5-11)kGα=kGawφ××73×=1.59kmol/m2·h·kPakLα=kLawφ××73×-1=75%>50%由α=[1+9.5(-0.5)]kGαα=[1+2.6(-0.5)]kGα得α=[1+9.5(0.75-0.5)]×2·h·KPaα=[1+2.6(0.75-0.5)]×101.88=114.43h-1(5-12)(5-13)式中：Uv、UL—气体、液体的质量通量，kg／（m2·h）；µVµL－气体、液体的黏度，kg／（m·h）（1Pa·s=3600kg／m·h）；ρv、ρL－气体、液体的密度，kg／m3；DV、DL－溶质在气体、液体中的扩散系数，m2/s；R－通用气体常数，8.314（m3·kpa）/（kmol·K）；T－系统温度，Ｋ；at－填料的总比表面积，m2／m3；aw－填料的润湿比表面积，m2／m3；×108m/h；óL－液体的表面张力，kg／h2（１dyn／cm=12960kg/h2）óc－填料材质的临界表面张力，kg／h2（１dyn／cm=12960kg/h2）φ－填料形状系数。2、气相总传质单元数NOG的计算采用对数平均推动力法G′=V(Y1-Y2×由G′=V(Y1-Y2)=L(X1-X2)Y1=0.0008995Y2=0.00004496X1=0.00001833X2=0(5-14)(5-15)Z=NOG×HOG×填料层的设计高度一般为Z’=(1.2~1.5)Z,Z’×设计取填料层高度为Z=6m对于鲍尔环h/D=5~10,Hmax<=6m,取h/D=6,则h=6×1350=8100mm,计算得填料层高度为6000mm,故不需分层。

第六章烟囱的设计计算烟囱高度的计算根据锅炉的蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定表确定烟囱高度。表6-1锅炉烟囱高度锅炉总额蒸发量（t/h）<11～22～66～1010～2020～35烟囱的最低高度(m)202530354045由于给定锅炉型号DZL2—13蒸发量为2t/h，故选定烟囱高度为30m烟囱抬升高度：Qh=CpVo(Ts-Ta) （6-1）式中：Qh—烟囱的热排放率Cp—Vo—标准状态下的烟气排放量m3/sTs—烟气出口温度Ta—当地最近5年平均气温值K=273+20=293KQh××(160-20)由于195.53KW<2100KW，则 （6-2）式中：Vs—烟率出口速度m/sd—烟囱出口内径mQh—烟囱的热排放率u—烟囱出口内径按如下公式：（6-3）式中：Q—通过烟囱的总烟量m3/hv0—按下表选取的烟囱出口烟气流速m/s，选v0=5m/s，表6-2烟囱通风方式通风方式运行情况全负荷最小负荷机械通风10~204~5自然通风6~82．5~3烟囱总高度H为：H=Hs+Δ6.2烟囱底部直径d1=d+2iHs（6-4）式中：d—烟囱出口直径，m。H—烟囱高度，m。i—d1=0.80+2××30=2m烟囱的抽力（6-5）式中：Hs—烟囱高度,mtk—外界空气温度,℃tp—烟囱内烟气平均温度,℃B—当地大气压,Pa采用砖砌烟囱,阻力可按下式计算（6-6）式中：-烟囱高度,m-烟气密度,Kg/m3-管内烟气平均流速=。

第七章管道系统、阻力、风机电机的设计计算管道布置及各管段的管径各装置及管道布置原则根据锅炉运行情况和锅炉房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，占地面积小，并使安装，操作和检修方便。除尘器管径的确定(7-1)式中：v--烟气流速m/s（对于锅炉烟尘v=10～15m/s）；取v=14m/s则表7-1钢制板风管外径D/mm外径允许偏差/mm壁厚/mm400±1内径d1=400-2×由公式得烟气流速由此可知，除尘器中的管径设计合理。阻力计算7.2.1除尘器系统阻力的计算1、摩擦阻力损失（7-2）式中：L--管道长度，md--管道直径，mρ—烟气密度，Kg/m3v—管中烟气流速，m/sλ—摩擦阻力系数，是气体雷诺数和管道相对粗糙度的函数，可以查手册得到。（实际中金属管取0.02，砖砌或混凝土管道取0.04。）对于Ф400圆，L=50mΔPL==90.94Pa2、局部阻力损失ζv--与ε相对应的断面平均气流速度，m/sρ--烟气密度，Kg/m3L1×o7.2.2除尘器进气管的阻力损失计算图7-1除尘器进气管如图所示，进气管管道计算如下：α≤45o时ε=0.1取α=45o （7-3）设两个均为90o弯头D=400mm取R=1.5D则ε=0.175=25.462Pa渐扩管的计算：查《化工原理》附表则ε=18.188PaL3==0.12m7.2.3除尘器出气管的阻力损失的计算图7-2除尘器出气管如图所示，出气管管道计算如下：渐扩管的计算α≤45o时ε=0.1取α=30o=7.275PaL4==0.12m两个90o弯头，，则ε。=25.462Pa对于T型三通ε，=40.012Pa，则系统总阻力[其中锅炉出口前阻力550Pa，除尘器阻力1300Pa（一般为1200~1500Pa）]。∑h=90.94+13.095+7.275+25.462+18.188+7.275+25.462+40.012+550+1300填料塔压力降的计算X==2.05(7-4)Y==0.024(7-5)由X=2.05,Y=0.0064查图得压降约为PM=150mmH2O处即PM=×103Pa填料塔的附件选择选用筛孔盘式分布器,进口管径为400mm,进口风速为13.34m/s,阻力约为400Pa选用多孔盘管式液体分布器,阻力约为50Pa选用液封排液装置选用丝网除尘器,出口管径为250mm,阻力为100Pa1、管道局部阻力计算根据工艺流程,填料塔至烟囱间附属3个90o弯头，如图所示：图7-3填料塔至烟囱间附属3个90o弯头取D=400mmR=1.5D(7-6)系统总阻力风机电机的选择标准状态下风机风量的计算Q1=（7-7）式中--风量备用系数B--当地大气压KPa Q--标准状态下风机前的风量，m3/htp--风机前烟气温度OC，若管道不长，可以近似取锅炉排烟温度3/h风机电机的计算1、风机风压 (7-8)=1769.77Pa式中:1.2--风压备用系数∑Δh--系统总阻力，Patp--风机前烟气温度OCty--风机性能表中给出的实验用气体温度，OCPy--标准状态下烟气密度1.36Kg/m3Sy--烟囱产生的抽力，Pa表7-2根据Hy和Qy选定Y8-39的引风机性能型号全压/（Pa）风量/（m3/h）功率/Kw转速/（r/min）Y8-392136~57622500~260003~3728502、电动机功率的计算(7-9)式中：Qy--风机风量，Hy--风机风压Y1--风机在全头时的效率（一般为0.6)y2--机械传动功率（用V形带动传动时=0.95）根据电动机的功率，风机转速，传动方式，选定Y160L-6型电动机（功率是11Kw）性能参数如下:表7-3Y160L-6型电动机性能表功率(Kw)型号转速r/min效率(%)功率因数cos11Y160L-697087风机电机的计算引风机全压力可按下式计算由上式可得，引风机的风量(7-10)综合风机全压及送风量,选用G4-32-11型号的引风机,性能参数如下:表7-4G4-32-11型号引风机性能表型号全压(Pa)风量(m3/h)电机功率(Kw)G4-32-113678-85642460-2900011-75电机功率的