某燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统设计-大气课程设计汇总

大气课程设计学校：洛阳理工学院指导老师：刘琼姓名：徐亚楠学号：B11070204目录一、设计概况 31.1设计目的. 31.2 设计资料. 31.3 设计内容及要求 4二、燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 4三、净化系统设计方案的分析确定 . 6四、除尘脱硫设备的比较和选择 74.1 除尘器的选择和设计. 74.2 脱硫设备设计 9五、管网的布置及计算 . 105.1 管道布置原则 105.2 管道管径计算 105.3 烟囱设计 115.4 系统阻力计算 13六、风机和电机的选择设计 136.1 泵的选择 136.2 风机风量计算 146.3 风机风压计算 146.4 电机功率计算 15七、总结 15八、主要参考文献 16摘要：目前，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。我国随着经济的快速发展，因燃煤排放的二氧化硫、颗粒物等有毒有害的污染物质急剧增多。由于我国部分地区燃用高硫煤，燃煤设备未能采取脱硫措施，致使二氧化硫排放量不断增加，造成严重的环境污染甚至已经直接影响到人们的身体健康。通过设计合适的除尘脱硫系统对烟气进行处理，从而尽量使排放的烟气污染物浓度达标，而不至于污染环境和危害人体健康。关键词：燃煤锅炉 除尘脱硫 课程设计一、设计概况1.1、设计目的通过课程设计的综合训练，进一步消化和巩固本课程所学的内容，并使所学的知识系统化。培养运用理论知识进行净化系统设计的初步能力，使我们掌握《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，锻炼我们查阅和收集专业资料和设计手册的技能。培养我们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。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养我们确定大气污染控制系统的设计方案，进行设计计算、使用技术资料、绘制工程图、编写设计说明书的能力。1.2、设计原始资料锅炉型号：SZL10-1.6型(共3台)燃煤量：1550kg/h（台）空气过剩系数：1.36当地大气压：98kPa飞灰占煤中不燃分比例：18%排烟温度：150℃烟气密度（标态）：1.3kg/m3烟气出口处离地面2.5m年平均气温18.6℃；极端最高气温39.9℃，极端最低气温-1.9℃；空气含水（标况）：0.016kg/m3烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值：CY=67.85%,HY=4.12%,OY=5.56%,SY=2.52%,AY=16.12%,WY=3.83%烟气中烟尘颗粒粒径分布：粒径/μm15~258~155~83~51~3≤1含量/%3.64.859.227.14.21.1按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）中二类区标准执行：3标准状态下烟尘浓度排放标准：≤ 200mg/m;3标准状态下SO2浓度排放标准：≤900mg/m;1.3、设计内容及要求1、编写设计计算书设计计算内容包括以下几方面：（1）燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算。（2）净化系统设计方案的分析确定。（3）除尘脱硫设备的比较和选择：确定除尘脱硫设备的类型、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）需要说明的其他问题。（7）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。不少于4000字。2、绘制设计图（1）工艺流程示意图。（1）平面布置图。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）。（2）锅炉烟气除尘脱硫系统图。应按比例绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。（3）主要除尘脱硫设备剖面图。只需标出设备的主要性能参数（主要尺寸），内部结构不用细画。二、燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算燃煤量：1550×3=4650kg/h设1kg燃煤时燃料成可燃成可燃成理论需烟气分名称分含分的量氧量中组量(﹪)(﹪)/mol分/molC67.8556.5456.5456.54H4.1220.6010.3020.60O5.56——-1.74——S2.520.790.790.79水10.30——0.570.57灰分16.12——————合计65.89标准状态下理论空气量理论空气量：65.89×4.78=314.95(mol/kg)标准状态下的体积为:314.95×22.4×10-3=7.06m3/kg标准状态下理论烟气量理论烟气量：65.89×3.78+56.54+20.6+0.79+0.57=327.56mol/kg-33标准状态下实际烟气量在空气过剩系数α=1.36时：实际烟气量：7.34+7.06×（1.36-1）=9.88m3/kg4650kg煤的烟气量：4650×9.88=45949.44m3/h工况下总烟气量Q'

QT'

(m3/h)T45949.44

423/273

101.325/98

71196.39

(m3

/h)每台烟气量:71196.39/3=23732.13m3/h标准状态SO2的浓度：CSO2=0.79×64×103÷9.88=5117.41mg/m3标准状态烟气浓度：161.2×103×18%/9.88=2936.84mg/m3实际烟气浓度:2936.84×423/273×101.325/98=4704.88mg/m3除尘效率计算:1Cs1-(200/4704.88)95.75%C3式中：C—烟气含尘浓度，mg/mN；3Cs—锅炉烟尘排放标准中规定值， 200mg/mN。脱硫效率计算1 C'so2 1-900/5117.41 82.42%Cso2式中：C′SO——标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中规定值，2900mg/m3。CsSO2——标准状态下二氧化硫浓度， 5.11741 103mg/m3；三、 净化系统设计方案的分析确定本组资料中，燃煤锅炉为三台。粉尘捕集后的气体进入脱硫塔，以湿式石灰石/石灰－石膏法进行脱硫处理。处理后的达标烟气通过风机的作用从烟囱排放入大气中。工艺流程图见附图。脱硫除尘工艺比较选择：脱硫除尘工艺比较表湿法半干法干法脱石循灰氧喷炉等硫双海环石钠化氨雾内离工碱水流石法镁法干喷子艺法法化膏法燥钙体床法脱999997766硫000000000≥效～～～～～～～～～9率9999998790/%888880550可一一一靠高高高高高高高般般般性结易不不不不不易不结结结结结结结易易结垢垢垢垢垢垢垢垢垢堵堵堵不不不不堵堵堵不堵堵堵堵堵塞塞塞塞塞塞塞塞塞塞塞占地大小中小大中中中中中面积运行高很一低高低一一一一费高般般般般般用投大小较小大较较小较大资小小小小通过对脱硫除尘工艺———湿法、半干法、干法的对比分析:石灰石-石膏法工艺非常成熟,因此,本方案选用石灰石石膏法工艺。四、 除尘脱硫设备的比较和选择4.1除尘器的选择烟气的预除尘设备一般选用重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、多管旋风除尘器和喷淋洗涤塔等。表4-1 该锅炉粉尘粒径分布表本性能粒径/μm15~28~15~3~1~55853≤1含量/%3.64.859.227.14.21.14-2除尘设备的分类及基本性能除尘器名适用的粒效阻设运称径范围/μm率力/Pa备行/%费费重力沉降＞50＜5050～130少少室旋风除尘5～3060～70800～少中器1500文丘里洗0.5～190～984000～少多涤器10000电除尘器0.5～190～9850～130多中上袋式除尘0.5～195～991000～中上多器1500·0~55~1010~2010~44＞44长椎体旋风除84.240799299.5100尘器电除尘器97.09094.59799.5100文丘里洗涤器99.59999.5100100100袋式除尘器99.799.5100100100100表4-3 效率较高的除尘器对不同粒径粉尘的除尘效通过粒径、风量等各方面的比较，旋风除尘器管理、制作方便，体积小、价格便宜，因此，选用旋风除尘器的XCZ型组合旋风除尘器。4.1.1 旋风除尘器的结构设计及选用1、尺寸计算（1）烟气处理量：Q=71196.39(m3/h)2）初步选用XLP/B型旋风除尘器，处理烟气量大，将选用11个并联，取ξ=5.8每个烟气处理量 ：71196.39/11=6472.4m3/h)u=(2△P/ρξ)0.5={2×900/（1.3×5.8）}0.5=15.45m/s在这里取u=16m/s△P=876﹤900Pa进口面积A=Q/u=6472.4/16/3600=0.1124m根据XLP/B型旋风除尘器尺寸比例

20.5入口宽度 b=(A/2) =0.237m参考XLP/B型旋风除尘器产品系列①，取D=820mm,则是XLP/B-8.2-Y型号参数见表XLP/B型旋风除尘器外形尺寸型D外形尺寸HLWCCaabbDDDD号HH质121111234量/kgXLP823605492111055452429495349531619214/B-005567400851060657.68Y选型论证a×b=0.1201m2入口风速u=Q/A=14.98m/s旋风除尘器压力损失：△ P=ξu2ρ/2=845.90 PaXLP/B型旋风除尘器的分割粒径、分级效率和总效率的计算dc=(18×μ×vr×r0/ρp×vto2)1/2=(18×2.4×10-5×0.56×0.1715/2.1×103×22.44)1/2=2.97μm平均粒径0.46.511/μm2205.5粒径分布1.14.227.159.24.83.6/％分级效率17.740.757.970.283.791.6/％总效率66.5/％经过预除尘后（一级处理），烟尘浓度是4704.88×（1-66.5﹪）=1576.13mg/m3二级除尘的效率将要达到：（1576.13-200）/1576.13=87.3﹪4.1.2 二级除尘设备选择在选择除尘技术时，应充分考虑经济性、可靠性、适用性和社会性等方面的影响。除尘技术的确定受到当地条件、现场条件、燃烧煤种特性、排放标准和需要达到的除尘效率等多种因素的影响。通过各方面因素比较，选择袋式除尘器。常用袋式除尘器有简易袋除尘器、机械振打袋式除尘器、脉冲喷吹袋式除尘器和气环式袋式除尘器。袋式除尘器清灰方式作用强度很大，而且其强度和频率都可以调节，所以清灰效果好。综合比较，将选用脉冲袋式除尘器4.2脱硫技术的选择我国由于地域辽阔，各地经济条件，燃煤煤质、脱硫剂来源、环保要求等不尽相同，结合相关材料，该锅炉脱硫技术的选用应考虑以下主要原则：技术成熟、运行可靠，至少在国外已有商业化先例，并有较多的应用业绩。脱硫后烟气中的SO2达到(GB13271-2001)中二类标准。脱硫设施的投资和运行费用适中，一般应低于电厂主体工程总投资的15%以下，烟气脱硫后发电成本增加不超过 0.03元/（KW?h）脱硫剂供应有保障，占地面积小，脱硫产物可回收利用或卫生处理处置。通过之前对基础资料的物料衡算，该燃煤锅炉的脱硫效率应达到77.20%。综合以上的分析和要求，我们组最终决定选用石灰石/石灰－石膏法作为该锅炉的脱硫工艺。采用该工艺的优势如下：首先石灰石/石灰－石膏法开发较早，工艺成熟，Ca/S比较低，且在国外应用广泛。（美国脱硫工艺80%是石灰石/石膏法，德国有90%，日本也有75%以上）该工艺在我国有先例：上海闸北电厂曾进行过工业试验，重庆珞璜电厂中FGD占电厂总投资11.5%。4.2.1 脱硫工艺流程并流式石灰石/石灰-石膏法工艺流程。锅炉烟气经除尘、冷却后送入吸收塔，吸收塔内用配置好的石灰石或石灰浆液洗涤含 SO2烟气，经洗涤净化的烟气经除雾和再热后排放。石灰浆液在吸收 SO2后，成为含有亚硫酸和亚硫酸氢钙的混合液，在母液槽中用硫酸将其混合液的pH值调整为4～4.5，用泵送入氧化塔，在氧化塔内60～80。C下被4.9×105Pa的压缩空气氧化。生成的石膏经增稠器使其沉积， 上清液返回吸收循环系统，石膏浆经离心机分立得到石膏。五、网管布置及计算5.1 各装置及管道布置的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。5.2管道管径计算d4Q(m)d4Q471196.391.34(m)（4-1）vV143600式中Q——工况下管道内的烟气流量， m3/s；——烟气流速，m/s，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘 v=10～15m/s）。取v=14m/s，取整d 1400mm表5-1焊接钢管壁厚内径：d11400271386mm由公式d4Q可计算出实际烟气流速：v4Q471196.39/360013.12(/)(1.386)2d25.3烟囱设计5.3．1烟囱高度计算有三台锅炉，每台10t/h,根据锅炉大气污染物排放标准中的规定确定烟囱的高度。表锅炉烟囱高度表锅炉总额定出力/(t/h)11～22～66～1010～2026～35烟囱最低高度/m202530354045锅炉总的蒸发量/(t/h)：31030，则烟囱最低高度45m。5.3.2烟囱直径计算表5-3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烟囱出口内径可按下式计算：d20.0188Q1.12(m)Q——通过烟囱的工况总烟气量，m3/hv——按表三选取的烟囱出口烟气流速， m/s。根据表5-3取20m/s求得d2 1.12m取整d2 1200mm3.6烟囱的抽力Sy110.0342H()B(Pa)273tk273tp式中H——烟囱高度，m；tk——外界空气温度， oC；tp——烟囱内烟气平均温度， oC；B——当地大气压， Pa。Sy0.034245(11)9810327318.6273150160.67(Pa)5.4系统阻力计算5.4.1 摩擦压力损失PL

L v2d 2式中： L——管道长度， m；d——管道直径，m；——烟气密度，1.3kg/m3；v——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 K/d的函数。查手册得：实际中对金属管道值可取 0.02，对砖砌或混凝土管道可取0.04。对于φ1400mm圆管：计算后管道约为75m(包括接出管总长)，经风机加速后烟气流速达到20m/s，锅炉出口烟气流速经计算接近12m/s（粗略计算，忽略除尘器、脱硫装置的减速）。PL(L1v2L2v22)0.0221.3(520275122)118.86(Pa)2d1.45.4.2局部压力损失(Pa)Pv20.2121.3122224.64(Pa)22在所设计的管路中有 12段弯道区，可求得局部的压力损失：式中：ξ——异形管件的局部阻力系数可查到，取 0.2——与ξ像对应的断面平均气流速率,m/sρ——烟气密度, kg/m35.4.3 系统总阻力（除尘器的压力损失在1000～1500Pa之间，取1250Pa，不考虑及出口气管及三通管阻力损失）系统总阻力=1250+118.86+224.64=1593.5Pa六、泵和风机的选型计算6.1泵的选择水泵其作用是将地下水的水送往循环水冷却塔，于地面安装，提升高度5m，流3量90m/h,查《工业水处理设备手册》，选用型号为IS80-65—160的水泵2台，一用一备，性能参数如下：表6-1水泵性能参数扬流轴电效转质排程量功率机率速量出功口率径1169729603.79k.58900r45mm20m/mhwkw﹪/minkg循环水泵其作用是将冷却水从集水池提升到冷却塔，于地面安装，提升高度13.8m，3的水泵流量90m/h，查《工业水处理设备手册》，选用型号为IS100-80-125台，一用一备，性能参数如下：表6-2循环水泵性能参数表扬流轴电效转质排程量功率机率速量出功口率径2171721803.28k1k4900r10mm45m/mhww﹪/min3kg碱液泵安装在换热器之前，用于将碱液从储罐送往换热器及循环送往吸收塔，选用型号为IS65-50-125的泵2台，一用一备，性能参数如下：表6-3碱液泵性能参数电机电动流量扬程轴功功率机转速率1.5k290012.532m1.79wr/min3kwm/h6.2风机风量计算Qy273tp101.324(m3/h)1.145949.44273B式中: 1.1 风量备用系数；Q 工状态下风机前标态下风量， m3/htp℃，风机前烟气温度，150B当地大气压力，kPa。Qy273150101.32580973.17(3/)982736.3 风机风压计算对于除尘器后装的风机风压计算：Hy1.2(hSy)273tp101.3251.293Pa273tyBy式中：1.2 风压备用系数；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；标准状况下烟气密度，1.35kg/m3。Hy273150101.3251.2931.2(1593.5-160.67)200981581.25(Pa)2731.3根据以上计算，对照常用风机性能表选定 Y5-50-12.6C型号的风机，其性能规格如下表6-4所示。表6-4Y6-41-7.1C型锅炉离心引风机风机性能表型号

转速(r/min)

流量(m3/h)

全压(Pa)

有效功率(KW)Y6-41-7.1C

2200

15819~8171

2454~3483

18.5~46.4电机功率计算QyHy(kW)Ne1000136002式中Qy风机风量，m3/h；Hy风机风压，Pa1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，取0.8）；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20.95~0.98，用V形带传动时20.95；电动机备有系数，对引风机， 1.380973.171581.251.360.84(kW)Ne10000.80.953600根据电动机的功率Ne，选定与Y280M-2型电动机。其性能表如表6-5所示。表6-5Y280M-2型电动机的性能表电动机 转速(r/min) 功率(KW)Y280M-2 2970 90七、总结7.1方案的优势最终排放烟气中污染