大气课程设计

PAGEPAGE71燃煤烟气与污染物产量的计算1.1原始数据资料锅炉型号：SHF35-39即，双锅筒横置式沸腾炉，蒸发量35t/h，出口蒸汽压力39MPa；设计耗煤量：4.2t/h；设计煤成分：CY=65.2%HY=6%OY=4%NY=1%SY=0.8%AY=16%WY=7%；VY＝18％；属于低硫烟煤；排烟温度：160℃；空气过剩系数＝1.2；飞灰率＝35％；烟气在锅炉出口前阻力820Pa；连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度200m，90°弯头40个。1.2燃料计算成分质量摩尔数燃烧耗氧量生成气体量生成气体体积C65254.354.354.31216.32H60301530672O401.25————28N100.36——0.368S80.250.250.255.6W703.89————87.136A160————————表1-11Kg应用煤的相关计算1.2.1锅炉燃烧产生的烟气量（1）1Kg该煤完全燃烧时所需要标准状况下的氧气的体积为：=L（2）1Kg煤完全燃烧时所需要的理论空气量体积为：=L（3）实际消耗空气量体积为：=L（4）1Kg该煤完全燃烧后生成的烟气量为：（5）在160℃时的实际烟气体积为为：m3（6）该锅炉一小时产生的烟气流量为：m3/h1.2.2锅炉燃烧产生的烟尘和SO2浓度烟尘浓度：g/m3SO2浓度：g/m3

2净化系统总体设计2.1净化系统流程设计净化系统总流程设计：烟囱SHF35-39型锅炉烟囱SHF35-39型锅炉脉冲袋式除尘器石灰石/石灰法湿法烟气脱硫2.2除尘设备系统设计2.2.1脉冲袋式除尘器的工作原理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积尘的除尘装置。具有除尘效率高、处理能力大等优点，是一种新型高效除尘器[1]。脉冲袋式除尘器主要有上体箱、中体箱、下体箱和控制器等组成。含尘气体由进口进入装有若干滤袋的的中部箱体，由外向里经过滤袋，使气体得到净化，粉尘被阻隔在滤袋表面箱体，由排气口排出。待经过一定的过滤周期，进行脉冲喷吹清灰。每排滤袋上都装有一根喷吹射管，经脉冲阀与压缩空气气包相连，喷射管上的喷射孔与每条滤袋相对应。有控制器定期发出脉冲信号，通过控制阀使各脉冲阀顺序开启，。此时与该脉冲阀相连的喷射管与气包相连，高压空气以极高速度从喷射孔喷出，在高速气流周围形成一个比喷冲气流打5~7倍的诱导气流，一起经过文氏管进入滤袋，使滤袋急剧膨胀，引起冲击振动，同时产生瞬间反向气流，将附着在滤袋外边面上的粉尘吹扫下来，落入灰斗，并经排灰阀排出。各滤袋依次轮流得到清灰[2]。2.2.2除尘器结构及滤料的选择除尘器按其结构形式可分为简易清灰袋式除尘器、机械振动清灰袋式除尘器、逆气流清灰袋式除尘器。脉冲喷吹袋式除尘器、回转反吹扁带除尘器等，本设计中采用脉冲喷吹袋式除尘器。该除尘器的除尘效率高，占地面积小，所需的投资较小。滤料是组成袋式除尘器的核心部分，其性能对袋式除尘器操作有很大的影响。选择滤料时应考虑含尘气体的特征，如颗粒和气体的性质。滤料特性除与纤维本身的性质有关外，还与滤料表面结构有关。袋式除尘器的滤料种类较多，按滤料材质分，有天然纤维、无机纤维和合成纤维等；按滤料结构分，有滤布和毛毡两类。由于该设计中含尘气体是锅炉烟气，温度在410K~530K之间，可以选择玻璃纤维滤袋[1]。滤袋的形式有圆形和扁形，本设计中才圆形滤袋。过滤方式采用外滤式，清灰方式采用脉冲喷吹清灰。2.2.3脉冲袋式除尘器的特点（1）直通式喷吹装置自身嘴里小，脉冲阀启闭迅速，因而喷吹压力低，时间短。（2）滤袋采用6m长袋，除尘器占地面积小。（3）由于清灰能耗大幅度降低，使除尘器运行能耗低。（4）滤袋拆装方便，换袋时人与污袋接触短，操作条件好[2]。2.2.4影响过滤效率的主要因素（1）滤布的积尘状态清洁滤料滤尘效率最低，积尘后效率最高，振打清灰后效率有所下降（2）滤料结构不同的滤料结构其滤尘效率是不同的，不起绒的素布滤尘效率最低，且清灰后效率急剧下降。（3）过滤风速过滤速度是表征袋式除尘器处理气体能力的重要经济指标，它选取决定着袋式除尘器的一次性投资和运转费用，也影响袋式除尘器的过滤效率。2.3脱硫设备系统设计2.3.1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫采用石灰/石灰石浆液吸收烟气中的SO2，分为吸收和氧化两个阶段。先吸收生成亚硫酸钙，然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙（即石膏）[1]。吸收阶段：氧化阶段：在氧化过程中，主要是将吸收过程中所生成的氧化成为：由于在吸收过程中生成了部分，在氧化过程中，亚硫酸氢钙也被氧化，分解出少量的：2.3.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫工艺流程主要设备有：吸收塔、循环泵、除雾器和再热器[1]。再热器

换热器再热器

换热器除雾器固液分离器循环泵储液槽烟

囱吸收塔含硫烟气引风机新鲜石灰浆液含硫烟气图2-3石灰石/石灰法湿法烟气脱硫工艺流程2.3.3优点：技术成熟；脱硫效率高，可达95%以上；烟气处理量大；煤种适应性强，对高硫煤优势突出；吸收剂利用率高；缺点：设备腐蚀；易于结垢、堵塞；投资费用高；占地面积大，耗水量相对较大，有少量污水排放。2.3.4（1）料浆的Ph值料浆的Ph值对的吸收影响很大，一般新配制的浆液Ph值约在之间。随着吸收反应的进行，Ph值迅速下降，当Ph值低于6时，这种下降变得很缓慢，而当Ph值小于4时，则几乎不能吸收。Ph值的变化除对的吸收有影响外，还可影响到结垢、腐蚀和石灰石粒子的表面钝化[3]。 （2）石灰石的粒度石灰石粒度的大小，直接影响到有效面积的大小。一般来说，粒度越小，脱硫率及石灰利用率越高。石灰石粒度一般控制在200~300目。（3）吸收温度吸收温度低，有利于吸收，但温度过低会使与或间的反应速率降低，因此吸收温度不是一个独立可变的因素。（4）洗涤器的持液量洗涤器的持液量对与的反应时重要的，因为它影响到所接触的石灰石表面积的数量。只是在洗涤器中与和接触，才能大量溶解，因此洗涤器的持液量大对吸收反应有利。（5）气液比气液比除对吸收推动力存在影响外，对吸收设备的持液量也有影响。增大液气比对吸收有利，当Ph值为7时，气液比(L/V)值为15时，脱硫率接近100%[3]。（6）防止结垢石灰—石灰石湿式洗涤法的主要缺点是装置容易结垢堵塞。造成固体沉淀主要以三种方式出现：湿干结垢，即因溶液水分蒸发而使固体沉淀；或沉淀或结垢析出：或从溶液中结晶析出。为防止固体结垢，特别是防止的结垢，除使吸收器应满足持液量大，气液相间相对速度高，有较大的气液接触表面积，内部构件少，压力降低等条件，还可采用控制吸收液饱和和添加剂等方法[3]。2.3.5本次设计中SHF35-39双锅筒横置式沸腾炉应根据锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行，其烟尘最高允许排放浓度为200mg/m3,SO2最高允许排放浓度为900mg/m3。2.4净化效率要求2.4.1除尘效率根据相关资料及实际运行情况，本设计中烟气的入口速度取为。根据国家相关规定及标准确灰分风的最高允许排放浓度为。则本设中要求达到的除尘效率为：2.4.2脱硫效率燃用中低硫煤（含硫<2%）的中小电站锅炉建设烟气脱硫设施时，可采用简易湿式工艺和半干法技术；如简易湿式石灰右一石膏法和旋转喷雾干燥烟气脱硫技术，脱硫率应保证在80%以上，运行可靠性应保证在99%以上。2.5总排污量计算一年按十个月计算，一月按30天计算，一天按8小时计算烟尘浓度tSO2浓度t

3除尘设备计算3.1参数设计（1）滤袋规格：mmmm（2）滤料过滤速度=1.9m/min3.2设计计算（1）过滤面积：m2--处理流量，m3/h--滤料过滤速度，m/min（2）滤袋条数：为了分布方便，取240条滤袋3.3滤袋的分布状况240滤袋分为4组，每组分别有20个滤袋，采用4长方形排列3.4灰斗的设计灰斗高：2.54m出尘口：400mmmm3.5袋式除尘器的尺寸：长：3.5m；高（加梯子）：a=13.35m；宽：3.2m3.6袋式除尘器的压力损失袋式除尘器压力损失ΔP由结构阻力ΔPc、清洁滤料阻力ΔPo、粉尘阻力ΔPd构成,即：根据相关资料，分别取结构阻力300Pa，清洁滤料阻力150Pa，粉尘阻力700Pa，则ΔP=1150Pa，符合袋式除尘器压力损失800~1200P[2]a。

4脱硫设备的计算4.1运行参数的选择和设计运行PH值>9;烟气流速：1～5m/s,本设计取3m/s；石灰/石灰石浆质量浓度：10%~15%。除雾器残余水分<100mg/m3;液气比：8～25L/m3,本设计取16.6L/m3；气液反应时间：3～5s；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℃脱硫石膏含水率40％～60％。脱硫系统阻力：2500～3000pa。4.2喷淋塔内的烟气流量假设喷淋塔内平均温度为80℃，压力为120KPa，则喷淋塔内烟气流量为：m3/h=20.5m3式中：—喷淋塔内烟气流量，m3/h；—标况下烟气流量，m3/h；K—除尘前漏气系数，0～0.1，本设计中取0.1；4.3喷淋塔径的计算本设计中选择喷淋塔内烟气流速v=3m/s，则喷淋塔截面积A为：m2则喷淋塔直径d为：m取塔径D0为3m4.4喷淋塔高度计算喷淋塔可看做由吸收区、除雾区、浆池和烟气进出口高度四部分组成。4.4.1吸收区高度选择喷淋塔喷气液反应时间t=4s，则喷淋塔的吸收区高度为：m4.4.2除雾区高度除雾器设计成两段。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最上层(3.4～3.5)m。则取除雾区高度为：H2=3.5m4.4.3浆池高度浆池容量按液气比浆液停留时间t1确定：16.6m3式中：L/G—液气比，取16.6L/m3；Qv—标况下烟气量，m3/h；t1—浆液停留时间，s；一般t1为4min~8min，本设计中选择6min选取的浆池直径D1为3.5m，然后再根据V1计算浆池高度：=10.63式中：—浆池高度，m；—浆池容积，m3；—浆池直径，m；从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.8~2m。本设计中取为1.5m4.4.4烟气进出口的高度根据本工艺要求，进出口流速（一般为12m/s~30m/s）确定进出口的面积，一般希望进气在塔内能够分布均匀，且烟道呈正方形，故高度尺寸取得较小，但宽度不宜过大，否则影响稳定性。因此取得进口烟气流速为20m/s,而烟气流量为20.5m3/s可得：m(包括进口烟气和净化烟气进出口烟道高度)4.4.5喷淋塔高度喷淋塔高度为：m设计中取：30m。4.5脱硫系统压力损失根据相关资料查阅，脱硫设备的阻力损失为2500~3000Pa,因此本设计中取2500Pa。

5烟囱的计算具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量,且温度高于周围气温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。这相对增加了烟囱的几何高度，因此烟囱的有效高度为：式中：H—烟囱的有效高度，m；HS—烟囱的几何高度，m；ΔH—烟囱抬升高度，m；参照国家标准，确定烟囱高度为30m。5.1烟气释放热计算取环境大气温度18℃，大气压力=1005kPa取烟囱出口速度为12m/s，烟囱口径为1.2m，出口处的风速为4m/sm3/skw式中：—烟气热释放率，kw；—大气压力，取邻近气象站年平均值；—实际排烟量，m3/s—烟囱出口处的烟气温度，433K；—环境大气温度，K；5.2烟囱抬升高度的计算由于<1700kw，所以Δmm5.3烟尘直径的计算设烟气在烟囱内的流速为m/s，则烟囱平均截面积为：m2则烟囱的平均直径d为：m取烟囱直径为1.1m，校核流速：m/s烟囱底部直径d1为：m式中：H--烟囱有效高度i--烟囱椎角,通常取0.02～0.03,本设计中取0.025.4烟囱阻力计算烟囱采用钢管，其阻力可按下式计算：式中：——摩擦阻力系数，无量纲，取0.02；——管内烟气平均流速，m/s；——烟气密度，kg/m3；——管道长度，m；——管道直径,m；5.5烟气高度校核假设吸收塔的吸收效率为：96%，可得排放烟气中二氧化硫的浓度为：g/m3=43.6mg/m3SO2的排放速率：g/s均符合排放标准。

6管道系统设计6.1管径的计算管道采用薄皮钢管，管内烟气流速为V0=15m/s，则管道直径为：1.204m式中：Qv——烟气流量，；——烟气流速，；取管径1.25m则实际烟气流速为：m6.2摩擦阻力损失计算根据流体力学原理，空气在任何横截面形状不变的管道内流动时，摩擦阻力可用下式计算：式中：——摩擦阻力系数，无量纲；——管内烟气平均流速，；——烟气密度，；——管道长度，；Rs——管道的水力半径，m，它是指流体流经直管段时流体的断面积A与湿润周边x之比对于气体充满直径为d的圆形管道的水力半径：所以，6.3局部阻力损失计算烟气管道局部阻力损失可按下式计算：式中：——弯头个数；——局部阻力系数，无量纲，设计中取0.75；——烟气密度，kg/m3；——管内烟气平均流速，m/s；6.4管道总阻力损失管道总阻力损失为：

7风机的选择7.1系统总阻力的计算系统总阻力：=锅炉出口前阻力+设备阻力+管道阻力+烟囱阻力=2830.54+2500+1150+326.27+960=7766.81Pa7.2风机全压头、风量计算引风机全压头可按下式计算：式中：1.2——风压备用系数；—系统总阻力，Pa；引风机的风量可按下式计算：式中：1.1——风量备用系数；Q——通过风机前的风量；结合风机全压及送风量，选用Y5-47-6c型离心引风机，其性能参数见表5-1。表3-4Y5-47-12D型离心引风机性能参数机号NO功率Kw转速r/min流量m3/h全压pa12D75145037100～682502471～3609采用四台风机串联工作。8结束语通过本次的课程设计，我学到了锅炉烟气除尘系统的设计步骤、湿法脱硫系统的设计步骤和需要注意的地方,包括排烟量及烟尘浓度的计算,净化系统设计方案的确定,除尘器的选择和确定运行参数,脱硫塔的相关设计运算、风机电机的选择以及管道系统的布置。我进一步了解了袋式除尘器和喷淋塔的构造、工作原理及其优缺点。在整个设计的过程中，我遇到了很多难题，向老师和同学求助得以解决。我深刻体会到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。同时我也发现，写论文和绘图工作都是一个学习的过程，从模糊的认识到自己操作，才慢慢的体会到实践对于学习的重要性。

9参考文献[1]郝吉明，马大广，王书肖.大气污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，2010：211～243[2]祁君田.现代烟气除尘技术[M].北京：化学工业出版社，2008：464～587[3]童志权.大气污染控制工程[M].北京：机械工业出版社，2006：291～30010附图目录1燃煤烟气与污染物产量的计算 11.1原始数据资料 11.2燃料计算 11.2.1锅炉燃烧产生的烟气量 21.2.2锅炉燃烧产生的烟尘和SO2浓度 22净化系统总体设计 32.1净化系统流程设计 32.2除尘设备系统设计 32.2.1脉冲袋式除尘器的工作原理 32.2.2除尘器结构及滤料的选择 32.2.3脉冲袋式除尘器的特点 42.2.4影响过滤效率的主要因素 4