某企业燃煤锅炉粉尘污染治理设计

某企业燃煤锅炉粉尘污染治理设计

摘要：该设计主要为企业燃煤锅炉粉尘除尘系统设计，设计耗煤量为203.8kg/h,分析锅炉烟气特点，排烟温度560℃,烟气密度：1.32kg/m3及排放要求后初步选择了文丘里除尘器，在燃烧锅炉中将产生大量含有二氧化碳和粉尘的烟气，该废气若不经处理直接排入大气，不仅会污染周围环境，而且导致了极大地原物料消耗，为此必须进行处理，故将从锅炉出来的烟气经过管道将其汇集通过风机的作用送入烟囱排入大气中。工艺流程包括换热器、管道、文丘里除尘器、风机电机等。关键词：烟气除尘、燃煤锅炉锅炉、除尘器

目录一设计题目二设计资料三设计目的四设计要求五设计内容5.1引言5.2方案的选择及说明5.2.1除尘器性能指标5.2.2除尘器的选择5.3设计依据和原则5.3.1依据5.3.2原则5.4基本数据5.4.2烟气排放量以及组成5.5换热器的选型（6）喷嘴选型5.7管道设计计算5.7.1管道计算5.7.2管道压力损失的计算5.8烟囱的高度计算5.9风机的选型5.11设计结果列表六．总结七．参考文献八，附图一设计题目某企业燃煤锅炉除尘系统设计。二设计资料锅炉型号：SZL4-13型，共4台（2.8MW×4）设计耗煤量：203.8kg/h。排烟温度：560℃空气过剩系数：α=1.25烟气密度（标态）：1.32kg/m3室外空气平均温度；24℃；锅炉出口前烟气阻力：1025Pa；当地大气压力：97.86kPa按锅炉大气污染物标准（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/m3三设计目的按照国际标准化组织(1SO)作出的定义，“空气污染：通常系指由于人类活动和自然过程引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。”要求设计烟尘浓度排放≤200mg/m3。通过课程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。四设计要求（一）编制一份设计说明书，主要内容包括：引言方案选择和说明（附流程简图）除尘（净化）设备设计计算附属设备的选型和计算（集气罩、管道、风机、电机）设计结果列表设计结果讨论和说明注明参考文献和设计资料（二）绘制除尘（净化）系统平面布置图、立面布置图（三）绘制除尘（净化）主体设备图五设计内容5.1引言我国是以煤为主要能源的国家。随着国民经济的发展，能源的消耗量逐步上升，大气污染物的排放量相应增加。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。5.2方案的选择及说明5.2.1除尘器性能指标除尘器性能指标包括技术性能指标和经济性能指标，其中，前者包括含尘气体处理量、除尘效率、阻力损失，后者包括总费用（含投资费用和运转费用）、占地面积、使用寿命。上述各项指标是除尘设备选用及研发的依据。各种除尘设备的基本性能表如下除尘器名称除尘器名称适用的粒径范围（μm）效率（%）阻力（Pa）设备费运行费重力沉降室>50<5050少少惯性除尘器20-5050-70300少少旋风除尘器5-1560-90800少中水浴除尘器1-1080-95600少中下卧式旋风水膜除尘器≥595-98800中中冲激式除尘器≥5951000中中上电除尘器0.5-190-9850多中上袋式除尘器0.5-195-991000中上大文丘里除尘器0.5-190-984000少大5.2.2除尘器的选择在选择除尘器过程中，应全面考虑一下因素：（1）除尘器的除尘效率（各种除尘器对不同粒径粉尘的除尘效率见表1）；（2）选用的除尘器是否满足排放标准规定的排放浓度；（3）注意粉尘的物理特性（例如黏性、比电阻、润湿性等）对除尘器性能有较大的影响另外，不同粒径粉尘的除尘器除尘效率有很大的不同；（4）气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的出净化设备，去除粗大粉尘，以使设备更好地发挥作用；（5）气体温度和其他性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素；（6）所捕集粉尘的处理问题；（7）设备位置，可利用的空间、环境条件等因素；（8）设备的一次性投资（设备、安装和施工等）以及操作和维修费用等经济因素。综合考虑对除尘效率的要求、水泥的性质及经济成本等宜选用文丘里除尘器。5.3设计依据和原则5.3.1依据（1）同类粉尘治理技术和经验（2）《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004）（3）《大气污染防治技术及工程应用》（4）《除尘技术手册》（张殿印张学艺编著）5.3.2原则本设计遵循如下原则进行工艺路线的选择及工艺参数的确定：（1）基础数据可靠，总体布局合理。（2）避免二次污染，降低能耗，近期远期结合、满足安全要求。（3）采用成熟、合理、先进的处理工艺，处理能力符合处理要求；（4）投资少、能耗和运行成本低，操作管理简单，具有适当的安全系数，各工艺参数的选择略有富余，并确保处理后的尾气可以达标排放；（5）在设计中采用耐腐蚀设备及材料，以延长设施的使用寿命；（6）废气处理系统的设计考虑事故的排放、设备备用等保护措施；（7）工程设计及设备安装的验收及资料应满足国家相关专业验收技术规范和标准。5.4基本数据锅炉型号：FG-35/3.82-M型（35t蒸气/h）；设计耗煤量：203.8kg/h；排烟温度：560℃；空气过剩系数：α=1.25；烟气密度（标态）：1.32kg/m3室外空气平均温度；24℃；锅炉出口前烟气阻力：1025Pa；烟气其他性质按空气计算；排灰系数35%，按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）中二类区标准执行：标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m3。煤的工业分析（无烟煤）：C：75.2%、H：4.1%、S：0。62%、O：6.6%、N：0.85%、水分：9.92%、灰分：2.71%。5.4.2烟气排放量以及组成表5-2烟气排放量及组成上表以1kg煤为基准计算故产生烟气量：CO2=62.67；N2=0.305;H2O=26.1；SO2=0.194；理论需氧量：(62.67+10.25+0.194-2.063)×68.32×0.001=4.85mol理论空气量：4.85×（3.76+1）=23.09mol实际空气量：23.09×1.25=28.86mol过剩空气量:28.86－23.09=5.77mol理论干烟气量：（62.67+0.194+0.305）×68.32×0.001+4.85×3.76=22.56mol理论烟气量：22.56+26.1×68.32×0.001=24.34mol则总烟气量=烟气+过剩空气=24.31+（1.25-1）×23.09=30.08m3乘以用煤量：30.08×203.8=6130.3m3/h=1.708m3/s1kg烟气中灰分：27.1×35％=9.485g9.485×203.8=193.043g/h=0.54g/s烟气含尘浓度：0.54/1.708=0.32g/m35.5换热器的选型本设计采用的是管壳式换热器，冷热两种流体在其中换热时，一种流体流过管内，其行程称为管程，另一种流体在管外流动，其行程称为壳程，选用管径为Φ25×2.5的无缝钢管，型号为BEM700--200--4I的换热器，其主要参数为管外径为25mm,管长9m，换热面积为200m2。因为换热器的压损相对除尘系统管道和除尘器的压损较小，在这里将其压损忽略不参与后面的有关计算和选型。5.6文丘里洗涤器几何尺寸和压损计算文丘里洗涤除尘器是一种高效除尘效率的湿式除尘器。它即可用于高温烟气降温，也可净化含有微米和亚微米粉尘粒子及易于被洗涤液吸收的有毒有害气体。实际应用的文丘里洗涤除尘器由文丘里洗涤器、除雾器、沉淀池和加压循环水泵等多种装置组成，其装置系统如下图所示，文丘里洗涤器在该装置系统中起到捕集粉尘粒子的作用。净化气体与沉降粉尘粒子的雾滴捕尘体的分离都是在除雾器中完成的，本设计中除雾器即脱水器选用旋风水膜除尘器，文丘里洗涤器则由收缩管、喉管和扩张管以及在喉管处注入高压洗涤水的喷雾器组成。（1）管径式中D—管径，m；Q—进口气体流量，1.708×3600=6148.8m3/h一般取进口流速υ1=16～22m/s出口流速υ2=18～22m/s喉管流速υr=50～180m/s取进口流速υ1=20m/s，则进口管径出口流速υ2=20m/s，则出口管径喉管流速υr=80m/s，则喉管管径（2）管长渐缩管的中心角α1取25°，渐扩管的中心角α2取6°，当选定两个角之后，计算收缩管长扩散管长喉管长度Lr对文丘里管的凝聚效率和阻力皆有影响。实验证明，Lr=(0.8～1.5)Dr，取Lr=1.5Dr=1.5×0.165=0.25m文丘里管示意图（3）压力损失根据有些学者提出的模式认为气流的全部能量损失仅用在喉部将液滴加速到气流速度，由此导出压力损失的近似表达式为式中△P—文丘里洗涤器的气体压力损失，cmH2Oυr—喉部气体速度，cm/sL—液气体积比，一般为0.5～1L/m3，取L=0.5故（4）除尘效率的计算根据国家规定的烟尘排放浓度标准,C≤100mg/m3,故除尘器应该达到的除尘效率为：ηT=1－(100/620)×100%=84%（5）脱水器的选择脱水器串联在文丘里洗涤器后，作为凝聚水滴和吸收某些气态污染物的作用。根据进入文丘里除尘器的风量Q=3168m3/h,选择CLS/A-5型号的脱水器。CLS/A型带有挡水圈，以减少除尘器的带水现象，在筒体内壁表面始终保持一层连续不断地均匀往下流动的水膜。含尘气体由筒体下部切向进入除尘器并以旋转气流上升，气流中的粉尘粒子被离心力甩向器壁，并为下降流动的水膜捕尘体所捕获，粉尘粒子随沉渣水由除尘器底部排渣口排出，净化后的气体由筒体上部排出。主要参数如下表：表5-5风量/m3/h压损/Pa筒体高度H/mm筒体直径D/mm出口直径/mm35005703545500114（6）喷嘴选型喷嘴是湿式除尘设备的附属构件之一，对烟气冷却、净化设备性能影响很大，根据喷嘴的结构形式不同，一般可分为喷洒型喷头、喷溅型喷嘴和螺旋型喷嘴等，本设计采用螺旋型喷嘴的碗型喷嘴，其计算过程如下：①设计参数：喷水量3.7m3/h，喷射角75°，出水口轴向流速为8m/s，则出水口面积为：，出水口直径为DN=12.77mm②取蜗室入口流速为4m/s，则蜗室切向入口纵断面积为③水口内径DC的截面积A2的计算，K取0.785，则DC=34mm④取VR=0.5m/s,则该处圆环面积为⑤喷嘴外壳的内半径R1为,R1=33mm如下图：选喷口口径为14mm的，其主要参数如下：5.7管道设计计算5.7.1管道计算（1）除尘系统工艺流程图锅炉锅炉换热器除尘器风机烟囱（2）管道直径的确定管段（1-2）查设计手册取管道中气速v=18m/s，可得d1-2==根据实际管道情况，管道内为气体如果速度小于12m,则有粉尘堵塞管道，为保证速度不小于18，取d1-2=0.6实际流速管段（3-4）标况下温度为150℃，即T=423.15K取气体流速18m/s，d3-4==管道取一致，取d5-6=0.45实际流速管段（5-6）标况下温度为80℃，即T=353.15K取气体流速12m/s，d5-6==管道取一致，取d5-6=0.4实际流速管段（7-8）标况下温度为80℃，即T=353.15K取气体流速12m/s，d5-6==管道取一致，取d7-8=0.28实际流速列表为（表5-3）：5.7.2管道压力损失的计算5.7.流体力学原理，气体流经断面性状不变的直管时，圆形管道的摩擦阻力可按下式计算式中△PL—一定长度管道的摩擦阻力，PaL—直管道的长度，mλ—摩擦阻力系数，无量纲d—圆形管道内直径，mρ—管内气体的密度，kg/m3υ—管内气体的平均风度，m/s烟气密度根据已知的数据：煤气在标况下的密度560℃时，烟气密度150℃时，烟气密度80℃时，烟气密度80℃时，烟气密度管段1～2，在操作条件下，（镀锌管）管段3～4在操作条件下，（镀锌管）管段5～6，在操作条件下（镀锌管）管段7～8在操作条件下（镀锌管）整理数据表格如下（表5-4）：管段标况下管道中摩擦阻力系数管道长度气体流速摩擦阻力损失体积密度体积密度1-21.7081.325.210.430.0121018.414.563-42.650.850.0122017.763.225-62.211.060.0121017.649.257-82.211.060.012517.624.63总摩擦压力损失为：Pa5.7.局部压力损失在管件形状和流动状态不变时，可按下式计算式中△P—气体的管道局部压力损失，Paξ—局部阻力系数管道1～2，弯头2个ξ1=ξ2=0.18则管道3～4，弯头2个ξ1=ξ2=0.18则管道5～6，弯头3个ξ1=ξ2=0.18则管道7～8，无弯头，故无局部阻力损失5.7.2.3系统的压力损失摩擦阻力损失Pa局部阻力损失△Pw总=26.2+47.93+88.7=162.83Pa除尘器压损△Pc=3230Pa总压力损失△P=△PL总+△Pw总+△Pc=151.66+162.83+3230=3544.5Pa5.8烟囱的高度计算（1）烟囱出口内径可按下式计算：式中—通过烟囱的总烟气量，—按表选取的烟囱出口烟气流速，选定=4表5-7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6～82.5～3（2）烟囱高度的确定一个烟囱的所有锅炉的总蒸发量为Q=1.24t/h，表5-8燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低允许高度表5-8锅炉房装机总容量MW<0.70.7～<1.41.4～<2.82.8～<77～<1414～<28t/h<11～<22～<44～<1010～<2020～≤40烟囱最低高度m202530354045查上表可得：烟囱底部直径式中D——烟囱出口直径，m；H——烟囱高度，m；i——烟囱锥度，通常取i＝0.02~0.03。选定i=0.025(3)烟囱的抽力烟囱的抽力取决于烟温、空气温度及烟囱高度，烟温越高，周围空气温度越低，烟囱的抽力越大；烟囱高度越高，其抽力也越大。式中H—产生抽力的管道高度，mt0—外界空气温度℃tf—计算管段中烟气的平均温度℃tf=(560+160+80+80)/4=220℃—当地大气压Pa（4）烟气自生通风力r=25×（1.32-0.85）×9.61=115.35.9总压力损失总压损=125.2+3230+132.8+130+1025-115.3=4528.785.10风机的选型（1）风量根据总风量和总压力损失选择合适的风机。在选择风机时按下式计算。Q0=K1K2Q式中Q—管道系统的总风量，m3/hK1—考虑系统漏风所附加的安全系数。一般通风系统取1.1，除尘系统取1.15，本设计中取K1=1.15K2—除尘器或净化设备的漏风所附加的安全系数，取0.1故Q0=1.15×0.1×3132=360.18m3/h（2）风压Pf=（K3△P1+△P2）K4式中Pf—风机的风压，Pa△P1—管道系统的总压力损失，Pa△P2—总的压力损失，PaK3—管道系统总压力损失的附加安全系数，一般通风系统取1.1～1.15，除尘系统取1.15～1.20，取K3=1.15K4—由于风机产品的技术条件和质量标准允许风机的实际性能比产品样本低而附加的系数，K4=1.08Pf=[1.15×125.18+4528.78]×1.08=5046.6Pa（3）电机功率式中N—风机配用电动机的功率，kWQ0—风机的风量，m3/hPf—风机的风压，Paη1—风机运行时的效率，一般为0.5～0.7，电机直联传动取0.5η2—