大气污染控制工程课设

1设计概况煤作为我国常规主要能源之一的地位，在相当长的一段时间里都不会改变。煤通过燃烧和气化为人类提供能源和化工原料，但在应用过程中会排放大量的废水、废气和固相污染物，严重影响着人类赖以生存的环境与生态平衡。所以，煤总是和不清洁联系在一起。中国的电力结构中，燃煤发电一直占主导地位，比例约为77%,我国排放的SO2和NOx总量达4000万吨以上，源于燃煤的就占到85%和60%，所以对燃烧产生废气的治理是一项非常重要的任务，主要包括对废气进行脱硫、脱氮、除尘等过程［1］。1.1烟尘治理烟尘是指烟和尘的混合物，是造成空气污染的主要污染物之一。烟尘中大于10um粒径的称为降尘，10um以下的称为飘尘。排尘量的多少、粒径的大小，随排烟发生装置的类型、构造、原料、燃料的种类、燃烧方式和操作条件的不同，有显著的变化。防治烟尘对空气的污染，当通过工艺改革仍不能满足排放要求时，可采用净化装置把烟尘从烟气中分离并收集下来，这种装置称为除尘器。除尘过程的机理是，将含尘气体引入具有一种或几种力作用的除尘器，使颗粒相对其运载气流产生一定的位移，并从气流中分离出来，最后沉降到捕集表面上。颗粒大小种类不同，所受作用力不同，颗粒动力学行为亦不同。颗粒捕集过程所要考虑的作用力有外力、流体阻力和颗粒间的相互作用力。外力一般包括重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等；颗粒间的相互作用力在颗粒浓度不是很高时是可以忽略的。烟尘排放标准我国目前实施的控制空气污染的标准有：《大气环境质量标准》、《锅炉烟尘排放标准》和《工业企业设计卫生标准》。这三个标准把各种有害有毒物质，在车间、工作场所的最高容许浓度和排放到空气中的浓度，都做了具体的规定，是进行空气质量管理的重要依据。锅炉燃煤烟气烟尘可遵照锅炉大气污染物排放标准。锅炉烟尘排放标准GB13271-2001（摘录）见表1-1［2］。

表1-1锅炉烟尘最高允许排放浓度锅炉类别适用区域烟尘排放浓度/（mg•m-3）I时段II时段燃煤锅炉自然通风锅炉[vO.7MW（lt/h）]一类区10080二、三类区150120其他锅炉一类区10080二类区250200三类区350250燃油锅炉轻柴油、煤油一类区8080二、三类区100100其他燃料油一类区10080*二、三类区200150燃气锅炉全部区域5050*一类区禁止新建以重油、渣油为燃料的锅炉。1.1.2除尘器的技术性能评价净化装置性能的指标，包括技术指标和经济指标两方面。技术指标主要有处理气体量、净化效率和压力损失等；经济指标有设备费、运行费和占地面积等。（1）处理气体量：除尘装置要达到较理想的除尘效率和较低的能源消耗，就必须在其经济流速下进行工作，这一烟气量是反映除尘器处理烟气的能力大小的重要技术指标。（2）除尘效率：它是评价除尘器性能的一项重要指标，常用该除尘器下的粉尘重量与进入除尘器的粉尘总重量的百分数表示，在除尘技术中称为除尘器的全效率。（3）压力损失：烟尘气流通过除尘装置时，由于阻力的作用造成能量的损失，这就是通常所说的压力损失，它是用除尘器进出口的全压差来表示，压力损失的大小，说明除尘器消耗能量的多少。净化装置压力损失的大小，不仅取决于装置的种类和结构形式，还与处理烟气量大小有关。1.1.3除尘装置的分类目前工业企业生产中所用的除尘器种类型式很多，按作用原理和效率的不同大致分为以下几类，如表1-2所示。表1-2常用除尘器分类型式类型名称净化程度使用情况干式机械力重力除尘沉降室粗净化使用较少惯性力除尘惯性除尘器粗净化使用较广泛离心力除尘旋风除尘器中净化工业锅炉广泛使用过滤式袋式除尘器精净化使用较广泛颗粒层除尘器精净化有使用电力静电除尘器精净化使用较广泛湿式洗涤式自激式除尘器中、精净化使用较广泛凝聚力文丘里除尘器精净化使用较少筛板泡沫除尘器精净化粘结性尘易结板电力湿式静电除尘器精净化化工、冶金部门使用1.1.4除尘器的选择除尘器的选择是在调查研究的基础上，根据处理有害物的不同性质，主要从净化效率、处理能力、动力消耗与经济性等几个方面考虑，选择时应考虑的主要因素：（1）含尘气体的种类、成分、温度、湿度、密度、黏度、露点、毒性、腐蚀性、爆炸性与气体量和它的波动范围等物理、化学性质。（2）粉尘的种类、成分、密度、浓度、粒径分布、比电阻、腐蚀性、润湿性、吸水性、黏附性、纤维性和爆炸性等物理、化学性质。（3）除尘器的净化效率、阻力、废气排放标准及环境质量标准等。（4）除尘器的投资、运行费用、维护管理情况、安装位置以及收集物的处理与利用等。（5）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与净化设备，去除较大尘粒，以使设备更好地发挥作用。1.2脱硫处理控制SO2排放的技术研究与开发已有近百年历史，概括起来可分为三类，即燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫。其中烟气脱硫（FGD）是目前控制大气中SO2排放最有效和应用最广的一项脱硫技术。烟气脱硫技术基本原理都是以一种碱性物质作为SO2的吸收剂，即脱硫剂。按脱硫剂种类划分，烟气脱硫技术分为以下几种：①以CaCO3为基础的钙法；②以MgO为基础的镁法；③以Na2SO3为基础的钠法；④以NH3为基础的氨法；⑤以有机碱为基础的有机碱法。世界上普遍使用的商业技术是钙法，所占比例在90%以上。日本是世界上最早大规模应用FGD装置的国家，美国的烟气脱硫技术研究较日本略晚，中国于20世纪70年代开始了烟气脱硫技术的研究，主要集中在电力、冶金和化工部门。目前我国有数十家工程公司承包烟气脱硫工程的建设，但以引进技术为主，也有个别实力强的公司开发出有自己知识产权的FGD技术。近几年，我国燃煤电厂的建设速度明显加快，新建燃煤电厂基本上配套了FGD系统，应用的技术以湿式石灰/石灰石法为主。引进的示范工程虽设备先进、运行稳定、自控程度高，但其投资及运行费用极为昂贵，目前在国内难以大规模推广应用。1.2.1二氧化硫的排放标准锅炉二氧化硫排放标准GB13271-2001（摘录）见表1-3[3]。表1-3锅炉二氧化硫最高允许排放浓度锅炉类别适用区域SO2排放浓度/(mg•m-3)I时段II时段燃煤锅炉全部区域1200900燃油锅炉轻柴油、煤油全部区域700500其他燃料油全部区域1200900*燃气锅炉全部区域100100*一类区禁止新建以重油、渣油为燃料的锅炉。1.2.2烟气脱硫技术的分类烟气脱硫方法不仅可以按脱硫剂的种类划分，还可根据脱硫剂的形态划分为湿法、干法和半干法。湿法系统指利用碱性吸收液或含触媒粒子的溶液，吸收烟气中的so2。干法系统指利用固体吸附剂和催化剂，在不降低烟气温度和不增加湿度的条件下除去烟气中的so2。半干法是指在气、固、液三相中进行脱硫，脱硫产物为干粉状。湿法主要包括湿式石灰石/石灰法、电子束氨法、双碱法、加镁的石灰石/石灰法、碳酸钠法、海水法、氧化镁法、钠碱法、柠檬酸盐法、氨法、碱式硫酸铝法等；干法主要包括炉内喷钙尾部增湿法、循环流化床法和活性炭吸附法等；半干法现阶段主要以喷雾干燥法为主。1.2.3烟气脱硫技术的选择与综合比较烟气脱硫技术的选择与综合比较涉及如下主要因素：（1）脱硫率:脱硫率是由很多因素决定的，除了工艺本身的脱硫性能外，还取决于烟气的状况，如so2浓度、烟气量、烟温、烟气含水量等。通常湿式工艺的效率最高，可达到95%以上，而半干法和干法工艺的效率通常在60%~85%的范围内。（2）钙硫比：湿法反应条件较为理想，实际操作中钙硫比接近1，干法的脱硫反应为气固反应，通常为达到要求的脱硫率，其钙硫比为2.0~2.5。（3）脱硫剂利用率：指与sO2反应消耗的脱硫剂与加入系统的脱硫剂总量之比。脱硫剂利用率越高，所需脱硫剂量及所产生脱硫产物量也越少。（4）脱硫剂来源：脱硫剂要价格低廉，储量丰富且生成的脱硫产物稳定，不会造成二次污染。（5）脱硫副产品的处理处置（6）对锅炉原有系统的影响（7）对机组运行方式适应性的影响（8）占地面积：在各种脱硫工艺中，回收法湿法工艺占地面积最大，半干法次之，干法最小。（9）流程的复杂程度（10）动力消耗。2污染产物计算2.1设计依据（1）设计对象：sG-400/140型火电厂锅炉中硫烟煤烟气喷雾干燥法脱硫+电除尘系统设计（2）设计原始资料：锅炉型号：SG-400/140即，上海锅炉厂制造，蒸发量400t/h，出口蒸汽压力140MPa；燃烧方式是沸腾炉（煤粉炉），所配发电机组功率125MW；设计耗煤量：42t/h；设计煤成分：CY=64.5%，HY=4%，OY=6%，NY=1%，SY=1.5%，AY=18%，WY=5%；Vy=15%，属于中硫烟煤；排烟温度：160°C；空气过剩系数a=1.2；飞灰率=34%；烟气在锅炉出口前阻力1060Pa；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450m,90°弯头60个。2.2煤的燃烧计算以1kg中硫烟煤燃烧为基础，则：烟煤成分w/%质量/g烟煤成分物质的量/mol理论需O2量/molC64.5%64553.7553.75H4%404010S1.5%150.46880.4688O6%603.75H2O5%502.7778所以理论需氧量为：53.75+10+0.4688-—=62.3438mol/kg（烟煤）2理论需空气量为：（1+3.78）x62.3438二4.78x62.3438二298mol/kg（烟煤）实际需空气量为：1.2x298二357.6mol/kg（烟煤）则1kg中硫烟煤燃烧产生的烟气量为：3.78V=（0.2x298+298x—+53.75+20+0.4688+2.7778）x22.4x10-3m3=8.3385m3/kg（烟煤）因设计耗煤量为42t/h，则锅炉产气量为：

V二42000V二42000x8.3385二3.5x105m3/h1因煤中Ay=18%且飞灰率=34%，则烟气中烟尘浓度为:c(A)=180c(A)=180x34%8.3385=7.34g/m3=7340mg/m3因煤中Sy=1.5%,贝V烟气中SO2浓度为:c(SO)=c(SO)=20.4688x648.3385=3.6g/m3=3600mg/m33方案设计整个设计方案主要分为除尘方案设计与脱硫的方案设计，在进行比较后指出适宜的设计方案。除尘方案设计主要除尘装置简介目前常用的除尘器可分为：①机械除尘器②电除尘器③袋式除尘器④湿式除尘器，近年来为提高对微粒的捕集效率，陆续也出现了综合几种除尘机理的一些新型除尘器，如通量力/冷凝（FF/C）洗涤器、高梯度磁分离器、荷电袋式过滤器、荷电液滴洗涤器等，但它们远不如前四种除尘器应用广泛。（1）机械除尘器指利用质量力的作用使颗粒与气流分离的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置，含尘气流进入重力沉降室后，由于扩大了流动截面积而使气体流速大大降低，使较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。重力沉降室的主要优点是：结构简单，投资少，压力损失小（一般为50~100Pa）,维修管理容易。其缺点为：体积大，效率低，因此只能作为高效除尘的预除尘装置，用于除去较大和较重的一些粒子，属于粗净化。惯性除尘器是在沉降室内设置各种形式的挡板，使含尘气流冲击在挡板上；气流方向发生急剧改变，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离。惯性除尘器的特点是：回旋气流的曲率半径越小，愈能分离捕集细小的离子。惯性除尘器用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘时，具有较高除尘效率。对粘结性和纤维性粉尘，则因易堵塞而不宜采用。因其净化效率不高，故一般只用于多级除尘中的第一级除尘，压力损失为100〜lOOOPa，属于粗净化。旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。它的优点在于：结构简单，应用广泛，种类繁多。其净化效率较前两种较高，但压力损失也是最大的，约为2kPa，属于中净化。（2）袋式除尘器使用编制或毡织的滤布作为过滤材料来达到分离气体中粉尘的装置。含尘气流从下部孔板进入圆筒形滤袋内，在通过滤料的滤孔时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体由排出口排出。经过一段时间后，在滤袋表面会形成粉尘初层，它会成为袋式除尘器的主要过滤层。袋式除尘器的优点在于：①除尘效率极高，可达到99.99%以上，属于精净化；②除尘效率不受粉尘比电阻、浓度、粒度的影响，锅炉负荷的变化、烟气量的波动对袋式除尘器的出口排放浓度影响不大；③袋式除尘器可轮换检修而不影响锅炉的运行；④由于袋式除尘器捕集细微粉尘更有效，它除去飞灰中所含重金属微粒比静电除尘器除去得多；⑤附属设备少，技术要求没有静电除尘器那么高；⑥结合喷雾干燥的设施，可解决烟气中SO2的污染问题。其缺点在于:①袋式除尘器对操作和维护的要求较高；②锅炉负荷不稳定，尤其在点炉、启动和停炉等情况下烟气的性质也不同，这会影响袋式除尘器的使用寿命；③压力损失较大，一般在1〜1.5kPa。（3）电除尘器是火力发电厂必备的配套设备，利用静电力实现粒子与气流分离的一种除尘装置。它的工作原理是烟气通过电除尘器主体结构前的烟道时，使其烟尘带正电荷，然后烟气进入设置多层阴极板的电除尘器通道。由于带正电荷烟尘与阴极电板的相互吸附作用，使烟气中的颗粒烟尘吸附在阴极上，定时打击阴极板，使具有一定厚度的烟尘在自重和振动的双重作用下跌落在电除尘器结构下方的灰斗中，从而达到清除烟气中的烟尘的目的［4］。电除尘器的优点有：①压力损失小，一般为200〜500Pa；②处理烟气量大，可达105〜106m3/h:③能耗低，大约0.2〜0.4kWh/（1000m3）；④对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99%:⑤可在高温或强腐蚀性气体下操作。电除尘器的缺点如下：一次投资高，钢材消耗量较大；

电除尘器常要求较高的制造安装精度，否则不能保证其正常高效运行；电除尘器由于电场风速较低而占地面积较大；电除尘器对所处理的粉尘比电阻有一定的要求通常认为最适宜的范围是104〜5050Q・cm。在此范围以外，采用电除尘器就要有相应的措施，才能保证必需的除尘性能。影响电除尘器除尘效率的因素：①高低压供电控制装置设计运行不佳；②振打清灰装置的运行方式不合理；③锅炉的运行参数偏离正常值；④煤种的变化。（4）湿式除尘器是是使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒或使颗粒增大的装置。湿式除尘器制造成本相对较低，但对于化工、喷漆、喷釉、颜料等行业产生的带有水份、粘性和刺激性气味的灰尘是最理想的除尘方式。因为不仅可除去灰尘，还可利用水除去一部分异味,如果是有害性气体（如少量的二氧化硫、盐酸雾等），可在洗涤液中配制吸收剂吸收。缺点：①有洗涤污泥，要解决污泥和污水问题；②设备需要选择耐腐蚀材质；③动力消耗较大；④北方或者寒冷地区需要考虑设备防冻。3.1.2除尘方案的比选因已求出烟气中烟尘浓度为7340mg/m3，由表1-1可知，当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时，对于沸腾炉，锅炉烟尘最高允许排放浓度为200mg/m3，由此可求出除尘器至少应达到的除尘效率n：c(A)一c(A)一cc(A)7340-2007340x100%二97.3%由此可知应选用除尘效率较高的除尘器，所以可选用袋式除尘器、电除尘器和湿式的文丘里洗涤器，这三种除尘器的除尘效率较高，均为精净化。由于烟气中含尘量、含SO2较高，若采用文丘里洗涤器，会对喉管磨损、使喷嘴堵塞，且产生的废水易造成二次污染，湿法对设备的腐蚀也较严重，同时它的压力损失较其它两种较大，设备运行费用较高。经过综合比较后可知，袋式除尘器和电除尘器更为适宜，对于这两种除尘器，应在设计计算后再进行具体评价与选择。3.2脱硫方案设计3.2.1主要脱硫方法简介

表3-1烟气脱硫技术综合评价FGD方法湿式石灰石/石灰法喷雾干燥法炉内喷钙尾部增湿法电子束氨法新氨法使用煤种含硫21.5%1%~2%<2%<5%>1.5%脱硫效率>90%70%〜80%60%〜85%>90%85%~90%Ca/S*1.01〜1.021.52~3————占电厂总投资比15%〜20%8%〜12%7%左右10%~15%8%~10%设备占地面大较大小较大较大结垢、堵塞有有有无无运行费用高较咼较低高高脱硫副产品脱硫渣为CaSO4及少量烟尘，可综合利用或送堆渣场堆放脱硫渣为烟尘、硫酸钙、亚硫酸钙、氢氧化钙的混合物，目前尚不能利用脱硫渣为烟尘、硫酸钙、亚硫酸钙、氧化钙的混合物，目前尚不能利用副产品为硫酸铵与硝酸铵混合物，可做化肥副产品为磷酸铵与高浓度二氧化硫气体技术成熟程度商业化国内工业示范国内工业示范国内工业示范国内工业试验脱硫剂利用率>90%40%〜50%35%~40%>90%>90%*Ca/S=进入脱硫系统的钙基吸收剂（折合成CaO）物质的量与进入脱硫系统中so2物质的量之比。3.2.2脱硫工艺的比选因已求出烟气中二氧化硫浓度为3600g/m3，由表1-3可知，当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时，对于燃煤炉，锅炉二氧化硫最高允许排放浓度为900mg/m3,由此可求出脱硫系统至少应达到的脱硫效率H：c(SO)-c(SO) 3600-900耳= 2 0 2= =75%c(SO) 36002首先，由于电子束氨法电子枪较为昂贵，设备寿命较短，维护管理困难，且该方法尚未普及所以不宜采用；脱硫产物的处理、高运行成本及复杂的工艺流程限制了新氨法的普及；最后，由上表可以看出，在众多方法中，适用于电厂烟气脱硫的主要有湿式石灰石/石灰法与喷雾干燥法。湿式石灰石/石灰法脱硫工艺是当今世界主导脱硫工艺。主要利用石灰石或者石灰浆液脱除烟气中的SO2,分为吸收和氧化两个阶段，先吸收生成CaSO3，再通过强制氧化，生成CaSO4。湿式石灰石/石灰法脱硫的主要工艺参数：运行过程中的PH>9；烟气流速：1~5m/s；石灰/石灰石浆液质量浓度：10%~15%；除雾器残余水分：<100mg/m3；(5)液气比：8〜25L/m3；气液反应时间：3〜5s；(6)喷嘴出口流速：10m/s；一般喷淋层3〜6层，喷淋交叉覆盖率：200%〜300%；再热烟气温度：>75°C；(9)脱硫石膏含水率：40%〜60%；(10)脱硫系统阻力：2500〜3000Pa。湿式石灰石/石灰法的优点：(1)脱硫效率高，可达95%以上，烟气处理量大，脱硫后的烟气含尘量也较低。(2)技术成熟，运行可靠，不会因脱硫设备而影响锅炉的正常运行，特别是新建的大机组采用湿法石灰石/石灰脱硫，设备使用寿命长，具有良好的投资效益。(4)吸收剂资源丰富，价格便宜。作为该脱硫工艺吸收剂的石灰石，在我国分布很广，资源丰富；在脱硫工艺采用的吸收剂中，价格最便宜，钙利用率较高。其缺点在于：系统结构复杂，占地面积大，投资费用高，运行费用高，占地面积大；由于石灰石活性不高，为达到较高的脱硫效率，要求液气比高达15-20L/m3，耗水量、耗电量大；有少量污水排放，易造成二次污染。喷雾干燥法是一种半干法，原理是作为吸收剂的石灰乳经雾化后进入吸收塔中，与热烟气在吸收塔中发生物理、化学反应；烟气冷却，浆液蒸发、干燥产生粉状固体灰渣，同时SO2被石灰乳吸收，灰渣随烟气进入除尘设备。在除尘设备中未反应的石灰乳继续与SO2反应。其工艺流程主要包括吸收剂制备、吸收和干燥、固体废物捕集以及固体废物处置四个主要过程，包含浆液制备系统和供给系统、烟气脱硫系统、灰渣处理和再循环系统、监测和控制系统四部分。喷雾干燥法与湿式石灰石/石灰法的不同之处在于：（1） 采用石灰乳作为吸收剂，雾化后吸收SO2；（2） 吸收塔出口烟温比湿法的要高，高于酸的露点温度；（3） 不需要烟气再热系统；（4） 烟气与吸收剂同向流入喷雾干燥塔中；（5） 出口物质是干粉。喷雾干燥法投资较低，能耗低，只有湿法的1/2~1/3；设备腐蚀性小；增加了除尘负荷，但减少了烟气再热系统，系统简单，运行可靠性高；脱硫产物呈干粉状，减少了废物体积，可用传统的灰渣处理系统处理。综合以上各脱硫工艺的优缺点，并结合SG-400/140型火电厂锅炉的实际情况，决定采用喷雾干燥法工艺，因其性价比更高，投资额、运行费用、脱硫效率以及工艺设备的复杂程度比湿法更适用于该电厂锅炉的脱硫。3.2.3脱硫效率的影响因素对喷雾干燥法而言，吸收剂钙硫比、SO2入口浓度、气体流速、停留时间、烟气出口温度等参数对烟气脱硫系统影响较大：（1）吸收剂钙硫比：一般控制在1.4~1.8；（2） SO2入口浓度：脱硫率随入口SO2浓度的升高而降低，因而喷雾干燥法不适合高硫煤烟气的脱硫；（3） 干燥塔内的气体流速为2~3m/s；（4） 烟气脱硫的停留时间是10~12s；（5） 喷嘴层间距为0.8〜2m,—般为2~6层；6)吸收塔烟气出口温度：大部分喷雾干燥塔在绝热饱和温度之上11~28K操作。3.2.4脱硫后除尘系统的设计除尘器布置于吸收塔后，选用袋式除尘器。袋式除尘器被广泛应用于捕集干化固体，其原因在于收集于滤袋表面的固体中未反应的碱类物质能够与烟气中so2继续反应，其去除的so2可占到so2总去除率的10%〜20%。当对SO2脱硫率要求较高时，采用袋式除尘器是必要的，此时袋式除尘器具有二级吸收作用。4除尘系统的设计计算4.1袋式除尘器的设计计算因含尘气体浓度超过了5g/m3，则应采用二级除尘。因烟气温度较高，则选用玻璃纤维作为滤料，玻璃纤维滤料可长期在260°C左右工作；选用脉冲喷吹的清灰方式，它可以实现全自动清灰，净化效率可达99%，过滤负荷较高，滤袋磨损减轻［3］。由滤料与清灰方式可选定过滤气速即气布比：v=6.64x10—2m/s=4m/minF(4)过滤面积可按下式计算：A二Q/60v” (4-1)式中，A为过滤面积，m2；Q为处理气量，m3/s；vF为过滤气速，m/min。则过滤面积为： A=350000=1464.2m2沁1500m260x4(5)滤袋设计：确定滤袋尺寸：滤袋直径D=300mm,滤袋高度L=5m按下式计算每只滤袋的面积a:a=兀DL (4-2)则每只滤袋的面积为： a—3.14x0.3x5=4.71m2按下式计算滤袋数n：

(4-3)则滤袋数n：n= =319.4(个)，为使滤袋按照方形排列，则取滤袋数为：4.71n=338滤袋布置按正方形布置：将滤袋分为两组，每组为13X13个，取每组内相邻的两滤袋净距为50mm,组与外壳横向之间距离为600mm,组与外壳纵向间距离为750mm，组与组间距离为800mm。滤袋过滤方式采用下进上排外滤式。灰斗设计：分两层，每层4个灰斗，灰斗上口长为2750mm，宽为3m,出口为正方形，边长为500mm，灰斗高为2m。4.2电式除尘器的设计计算集尘极的总面积选取粉尘的有效驱进速度为w=0.12m/s，已经计算出除尘效率至少应达到97.3%，则按照下式可求得集尘极的总面积A1：4-4)则集尘极的总面积：A1=W叫+)=盘加n(缶)=2926m2考虑因处理气体量、温度、压力的波动和供电系统的可靠性等因素影响，参照实际生产情况，取富裕系数m=1.5〜2.0,因此其需要的集尘极的总面积为［4］：取实际集尘极面积为校核除尘效率：取实际集尘极面积为校核除尘效率：A1=(4389〜5852)m2A1=5100m2n=1-n=1-exp(W)=1-exp(-5100x3600350000x0.12)=99.8%有效截面积：取气体速度v=1.0m/s，则电式除尘器有效截面积:0v3500000v3500003600x1.0=97m24)气体在电除尘器内的通道数n:取极间距b=0.3m=300mm,集尘极极板高度H=10m,则由A=nbH (4-5)0A97可得n: n= 0= =32.3，取n=33bH0.3x10则集尘极极板总宽度为：B=nb=33x0.3=9.9m，取B=10m校核实际气体速度：v=Q= 350000 =0.98m/snbH33x0.3x10x3600集尘极总长度：按照下式可求得集尘极的总长度：AL= -1 (4-6)2(n+1)H则L= 5100 =15m，长高比：—=15=1.5，满足要求。2x(33+1)x10 H10(6)选用星型线作为电晕电极。因其放电强度大、机械强度高、断线的可能性小且材料易得，价格便宜，易于制选。(7)灰斗设计：分两层，每层3个灰斗，灰斗上口长为5m,宽为5m,出口为正方形，边长为500mm，灰斗高为3m。综合以上各除尘工艺的优缺点以及已求得的各项数据可知，电式除尘器比袋式除尘器更适用于SG-400/140型火电厂锅炉的除尘系统，因电式除尘器的性价比更高，投资额、运行费用较少，占地面积也较小，除尘与清灰效率更高，所以最后决定采用电式除尘器。5脱硫系统的设计计算本设计采用喷雾干燥法脱硫。5.1喷雾干燥法设计计算5.1.1喷雾干燥塔塔径计算依据喷雾干燥法的工艺参数，可选择喷淋塔内的气体流速v=2m/s，则按下式可得喷雾干燥塔的截面积：5-1)-=Q=^50000=48.6m2

v3600x25-1)则塔径为：

取塔径为：d=8m丽'4x取塔径为：d=8m丽'4x48.6d=j3.14=7.9m5-2)对气体流速校核：_2.0m/s4Q_ 4x对气体流速校核：_2.0m/s兀d2 3600x3.14x825.1.2喷雾干燥塔高度计算喷雾干燥塔可看作由三部分组成，分成吸收区、雾化区、和灰斗。（1）吸收区高度：依据喷雾干燥法的工艺参数，选择烟气脱硫的停留时间t=10s，则吸收区高度为：H_vt_2x10_20m （5-3）1（2）旋转喷雾器的高度：取旋转喷雾器的高度： H_2m2旋转喷雾器雾化轮转速取10000r/min。（3）灰斗高度：选取灰斗直径等于喷雾干燥塔塔径d,选取灰斗与水平面夹角为58°,灰斗底边出口直径为0.5m，则灰斗高度为：H_6m34）喷雾干燥塔高度为：H_H+H+H_20+2+6_28m1235.1.3除尘设备计算选用袋式除尘器,设计计算方法同4.1中袋式除尘器的设计计算,由于处理烟气量没有较大变化,则结果基本相同：（1）选用玻璃纤维作为滤料；选用脉冲喷吹的清灰方式。（2） 选定过滤气速即气布比：v_6.64x10-2m/s_4m/minF（3） 过滤面积为：A_1500m2（4） 滤袋直径D=300mm,滤袋高度L=5m,每只滤袋的面积为：a_4.71m2

取滤袋数为：n=338。滤袋布置：按正方形布置：将滤袋分为两组，每组为13X13个，取每组内相邻的两滤袋净距为50mm,组与外壳横向之间距离为600mm，组与外壳纵向间距离为750mm,组与组间距离为800mm。滤袋过滤方式采用下进上排外滤式。灰斗设计：分两层，每层4个灰斗，灰斗上口长为2.75m,宽为3m,出口为正方形，边长为500mm,灰斗高为2m。5.1.4新鲜料浆的确定喷雾干燥法采用石灰乳［Ca(OH)2］作为吸收剂，取钙硫比为1.5,2H2O(s)Ca(OH)2(s)+SO2(g)+H2OfCaSO32H2O(s)则需要消耗的Ca(OH)2的量为:1.5x3.6x1.5x3.6x3.5xl0564二29531mol/h29531x741000=2185kg/h5.2湿式石灰石/石灰法设计计算本设计不采用湿式石灰石/石灰法，但由于其应用较广，对其设计计算后进行比较。5.2.1喷淋塔塔径计算依据湿式石灰石/石灰法的工艺参数，可选择喷淋塔内的气体流速v=5m/s，则按式(5-1)可得喷淋塔的截面积：Q350000A-- -19.4m2v3600x5则塔径为：i'4A'4x19.4 .n_d- - -4.97m兀 3.14取塔径为：d=5m对气体流速校核：4Q 4x350000v- - -5m/s兀d2 3600x3.14x525.2.2喷淋塔高度计算

喷淋塔可看作由四部分组成，分成除雾区、喷淋区、吸收区、和储液槽。(1)除雾区高度：除雾器设计成两段，最下层喷嘴距最上层为(3.4〜3.5)m。则取除雾区高度为：H1=3.4m喷淋区高度：设计喷淋层为三层，每两层间距为1.3m。则喷淋区高度为：H2=2X1.3=2.6m吸收区高度：依据湿法的工艺参数，选择烟气脱硫的停留时间t=3s。则吸收区高度为：H=vt=5x3=15m3储液槽高度：储液槽容量按液气比L/G与浆液停留时间t1确定V二L/GxQxt (5-4)11式中，L/G为液气比，取8L/m3；Q为烟气量，m3/h；t1为浆液停留时间，取为4min。4则储液槽容量： V=8x10-3x350000x =186.7m3160选取储液槽直径等于或大于塔径d,本设计中选取储液槽直径为D=5.5m,则储液槽高度为：4V 4x186.7H=—1-= =8m4兀D2 3.14x5.52从浆液池液面到烟气进口底边的高度H5为0.8〜2m。本设计中取H5=1m。(6)喷淋塔高度为：H=H+H+H+H+H=3.4+2.6+15+8+1=30m123455.2.3新鲜料浆的确定假设采用石灰(CaO)作为吸收剂，取钙硫比为1.1，CaO(s)+SO2(g)+0.5H2O—CaSO3・0.5H2O(s)则需要消耗的CaO的量为:1.1x1.1x3.6x3.5x10564=21656mol/h21656x21656x56=1213kg/h6烟囱设计计算由于烟气出口具有一定的初始动量，且烟温高于周围气温而产生一定的浮力，故烟囱的有效高度应为烟囱的几何高度HS与烟气抬升高度^H之和：H=HS+△H式中：H为烟囱的有效咼度，m；HS为烟囱的几何咼度，m；△H为烟气抬升咼度，m。6.1.烟囱高度计算查相关资料可得燃烧锅炉房烟囱最低允许最高度HS设为150m。烟气释放热TOC\o"1-5"\h\zQ二O.35Pq£^L (6-1)HaTS式中：Qh为烟气释放率，kw；Pa为大气压力，hPa；Ts为烟囱出口处的烟流温H a as度；Ta为环境大气温度，K；Q为烟气量，m3/s；a取T为75°C，即348K,T为293K,P为978.4hP，Q=350000=97.2m3/s。s a a a 3600348一293贝V： Q=0.35x978.4x97.2x =5261kw\o"CurrentDocument"h 348烟气有效高度由于2100kwvQHv21000kw，且Ts-Ta±35K，则：AH=nQnHn2u-1 (6-2)0HS式中：△H为烟气抬升高度，m；n0，n1，n2为系数，分别取n0为0.292，n1为3/5，n2为2/5；U为烟囱出口处平均风速，取5m/。则烟气抬升高度：AH=0.292x52610.61500.4x1=74m5烟囱的几何高度为：H二150ms则烟囱有效咼度为：H=H+AH=150+74=224ms

6.2烟囱直径计算设烟气在烟囱内的流速为v=15m/s，则烟囱出口处平均截面积为:A=Q=972=6.48m2

v15(1)烟囱出口处内径：(1)烟囱出口处内径：=2.9m,取d1=3m校核流速v得： v= = =14m/s兀d2/4 3.14x32/41⑵烟囱底部内径： d=d+2-i-H(m)2 1 s式中，Hs为烟囱的几何高度，m；i为烟囱锥角(通常取1=0.02-0.03)，此处设取取d2=9m计取i=0.02，所以可得d2二3+2x0.02x150二9叫6.3烟囱阻力计算烟囱阻力损失： d烟囱阻力损失： d•*(Pa)(6-3)式中：入为摩擦阻力系数，是气体雷诺数和管道相对粗糙度的函数。可查手册得到(实际中对金属管道入值取0.02，对砖砌或混凝土管道入值取0.04)。本设计中烟囱用钢材做内衬，则取入=0.02；L为管道长度，m；v为管中气流平均速度，m/s；D为管道直径，取均值，d=T=^=6mp为烟气密度，，设标况下pn=1.46kg/m3，则可得实际温度下烟气密度为:273 273p=px =1.46x =1.15kg/m3n273+75 273+75则：AP=则：AP=0.02xL1501.15x142x62=56.4Pa6.4烟囱高度校核1)最高允许排放浓度地面最大浓度：

pmax2Qpmax2QgzKuH2eg(6-4)式中，Pmax为地面最大浓度，mg/m3；oy,oz为污染物在y,z方向上的标准差,g/g=0.1〜1；u为烟气出口出的平均风速，取5m/s；Q为源强，g/s。zy当G/g二0.2时：zy2x350 心—“ / /p= x0.2=6.5x10-5g/m3=0.065mg/m3max3.14x5x2242x2.7183根据国家环境空气质量标准各项污染物浓度限值可知，SO2二级标准日平均浓度为0.15mg/m3，即p0=0.15mg/m3；本底浓度p1设为标准值的1/2，即：p]=0.075mg/m3，则本底浓度加落地浓度为：p+p=0.14mg/m3<p，符合标准

max1 02）最高允许排放速率喷雾干燥法脱硫效率为80%,则烟气中SO2的排放速率为:3.6x10-3x3.5x105x(1-80%)=252kg/h根据大气污染物综合排放标准中新污染源大气污染物浓度排放限值可知，排气筒高度为150m时，SO2的最高允许排放速率约为370kg/h>252kg/h,符合标准。7管道系统设计7.1各管道及管道布置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的位置。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、操作及检修方便即可。7.2管径计算d= (m)VK式中，d为管道直径，m；一 75+273Q为实际体积流量：Q=3.5x105x- =4.46x105m3/h；273v为管内流体的平均流速（对于锅炉内烟尘v=10〜25m/s）,取为.v=18m/s.则：■4x4.46则：■4x4.46x105d二 二3m3600x18x3.14兀d2/4 3600x3.14x32/47.3阻力损失的计算1）摩擦压力损失，可按下式计算：7-1)式中，L为直管段长度，m；入为摩擦压力损失系数；v为管道内气体的平均流速，m/s；p为管道内气体的密度，kg/m3；Rs为管道的水力半径，m。已知：L=450m；采用钢管，则入=0.02；管道内气体的平均流速v=17.5m/s；工作状态下的烟气密度为p=1.15kg/m3；对于气体充满直径为d的圆形管道的水力半径：R=nd2/（4Kd）=d/4，则R=3/4二0.75m，则：Ap则：Ap=450x^75x 222）局部压力损失，可按下式计算：7-2)式中，Z为局部压力损失系数；v为异型管件处管道断面平均流速，m/s；90°弯头（R/D=1.5）,Z=0.23[6]：60个弯头：AP=0.23x1.15x17.52=60个弯头：AP=60AP=60x40.5=2430Pa烟气出口前阻力为1060Pa,电除尘器阻力为400Pa,脱硫设备阻力为2600Pa,脱硫设备后袋式除尘器阻力为800Pa，烟囱阻力损失为56.4Pa,管道摩擦压力损失为528Pa，局部压力损失为2430Pa。贝V：工AP=1060+400+2600+800+56.4+528+2430=7874.4Pa

8风机和电机的选择8.1风机的选择273+75 273+75(1)工况下风量：Q =1.1Q- =l.lx3.5xlO5x- =4.9x105m3/h0 273 273工况下风压：迥=1.2》AP=1.2x7874.4=9449.28Pa换算为标态下的参数：风量不变：Q=4.9x105m3/h0风压变化：=8064.5Pa5AP'・T-P9449.28x297=8064.5PaAP= oo =o T-P 3480结合风机全压及送风量，因计算所得风压与风量均较大，则应选用型号为M7-29的四台高压风机并联才能满足要求，其性能参数见表8-1[7]：表8-1M7-29型高压风机型号功率/kw转速(/r/min)流量/(m2/h)全压/PaM7-2945~80014501250~1408204511~118698.2电机的选择所需电机可按下式计算：QAPKQAPKo——o—4x3600x1000qq128-1)Q0为风机的总风量，m3/h；AP0为风机的风压，Pa；K为备用系数，对于引风机取1.3；n1为通风机分压效率，一般为0.5~0.7；n2为机械传动效率，对直连传动为1，联轴器直连传动为0.98；三角皮带传动为0.95，代入数据得：=626kwN=丄9x105x8064・5心=626kwe4x3600x1000x0.6x0.95则可选用型号为JS1410-4(6000V)的电机，其功率为800kW。9净化性能分析9.1从最高允许排放浓度分析烟气中烟尘浓度为:7340mg/m3，除尘设备净化效