大气污染控制工程课程设计

1设计任务书 11、设计目的 2、设计任务 3、设计依据及原则 4、基本资料 5、通风除尘系统的主要设计程序 26、设计成果 2一、设计方案的确定 3二、工艺流程的参数设计 21、标准状态下理论空气量 42、标准状态下理论烟气量 43、标准状态下实际烟气量 54、标准状态下烟气含尘浓度 55、标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 6三、除尘器的选择 71、除尘器应该达到的除尘效率 2、除尘器的选择 7四、确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置 1、各装置及管道布置的原则 2、管径的确定 五、烟囱的设计 1、烟囱高度的确定 2、烟囱的抽力 六、系统阻力计算 1、摩擦压力损失 2、局部压力损失 3、系统总阻力 七、烟气脱硫方法说明 八、风机和电动机的选择及计算 1、标准状态下风机风量计算 212、风机风压计算 213、电动机功率计算 九、设计说明 23参考文献 24致谢 25附图1设计任务书通过设计进一步消化和巩固本能课程所学内容，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。运用所学知识设计某一燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统。3、设计依据及原则严格按照锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2001)中二类区标准、烟尘浓度排放标准、二氧化碳排放标准进行设计计算。a.锅炉设备的主要参数额定蒸发量主蒸汽压力主蒸汽温度燃煤量排烟量排烟温度b.烟气密度(标准状况下):1.35kg/m3;空气含水(标准状况下):0.01296kg/m3;烟气在锅炉出口的阻力：850Pa;排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：18%;空气过剩系数：a=1.4。c.煤的工业分析值：C=68%;H=4%;S=1%;N=1%;W=6%;A=15%;V=13%;O=5%d.应用基灰分：13.38%;应用基水分：16.32%;可燃基挥发分：41.98%;应用基低位发热量：16768Kj/kg(由于媒质波动较大，要求除尘器适应性较好)e.按锅炉大气污染排放标准(GB13271-2001)中二类区标准执行；烟尘浓度排放标准(标准状况下):200mg/m3;2二氧化硫排放标准(标准状况下):900mg/m3;净化系统布置场地在锅炉房北侧15米以内。5、通风除尘系统的主要设计程序A、计算燃煤锅炉实际烟气量、排烟量及烟尘和二氧化硫浓度B、计算或设定除尘效率。C、选择除尘器。D、确定除尘器，风机，烟囱的位置及管道布置。并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统各部分阻力。F、绘制系统工艺流程图、除尘器结构图及主要构件的设计简图。6、设计成果①设计计算说明书一份(30页以内，包括计算书，内容详尽说明设计计算，选型及其方法，可手写，可打印，内容科学性和完善性将影响评分);②工艺流程图；③核心除尘设备图；④流程中各主要构件设计图。3目前，越来越多的环境问题出现在了人们的生活中，其中包括水污染、环境污染、大气污染、噪声污染、固体废弃物污染等等，这些污染在有形和无形中对人们的生活和健康产生了影响。其中危害性最大、范围最广就是大气污染，他是潜移默化的，在人们不知不觉中使人们的健康受到影响，大气污染对人体的的危害是多方面的，主要表现在呼吸道疾病与生理机能障碍，以及眼鼻等粘膜组织受到刺激而患病。对于植物而言，大气污染物尤其是二氧化硫等对植物的危害是十分严重的。当污染物浓度高时；当污染物浓度不高时，会对植物产生慢性危害，使植物叶片退绿，或则表面上看不见什么危害症状，但植物的生理机能受到影响，造成植物产量下降，品质变坏。因此，社会对大气污染的关注程度越来越高，对大气污染治理的意愿也越来越强烈，在工业生产中，对高效率、低成本、低能耗的除尘脱硫设备的需要与日俱增。现在社会上运用的烟气除尘设备种类很多，包括过滤式除尘器、湿式除尘器、电除尘器、机械除尘器等。但这些单一除尘器对二氧化硫的去除效果并不是很理想，均需要另设脱硫设备，故本设计通过综合考虑各种设备与技术的特征与性能，以及对设备的使用效率和综合费用的衡量，故采用除尘与脱硫分开的操作系统，以得到更好的处理效果。本设计选用了旋风除尘器。该除尘器结构简单，器身无运动部件，不需特殊的附属设备，占地面积小，制造，安装投资较少；它的压力损失中等，动力消耗较小，维护费用偏低；最重要的是不受含尘气体的温度和浓度的限制对粉尘的物理性质无特殊要求。从经济条件，和工作要求方面考虑，旋风除尘器是较好的选择。SO₂的去除是采用碱性液体吸收法。将CaO或Ca(OH)₂配制成碱液，当气体进入除尘器时采用喷淋脱硫，烟气和碱液充分混合接触，SO₂与液体中的碱性成分及水分发生化学反应，从而SO₂,和SO₃被去除。最后净化后的气体由引风机排至烟囱。(工艺流程简图如下)锅炉除尘装置脱硫装置风机烟囱4二、工艺流程的参数设计1、标准状态下理论空气量建立煤燃烧的假定：1)煤中固定氧可用于燃烧；2)煤中硫主要被氧化为SO₂;3)热力型NOx的生成量较小，燃料中氮含量较低，在计算理论空气量时可以忽略，煤中的N在燃烧时转化为N₂:4)空气尽是由氮气和氧气组成的，其体积比为79.1/20.9=3.78。该燃烧装置采用煤作燃料，煤成分工业分析结果如下(质量分析结果):C=68%;H=4%;S=1%;N=1%;W=6%;A=15%;V=13%;O=5%质量/g煤成分物质的量/mol理论需氧量/molCHSN000HO0所以理论需氧量为：(56.67+10+0.313-1.5625)=65.419mol/kg(煤)假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78,则1kg煤完全燃烧所需要的理论空气量为：65.419×(3.78+1)=312.703mol/kg(煤)标准状况下理论空气量：则该燃烧炉每天需要的总理论空气量，标准状况下为：Q=Q'a×38000=266190m³/d2、标准状态下理论烟气量根据(表一)以1kg煤完全燃烧计算标准状况下理论烟气量：Q'=Q'a+W⁴+N'5[(56.67+0.313+0.357+20+3.33+8.33)×22.4÷1000]+[(3.78*65.419)×22.4÷w”——每千克煤燃烧烟气中水分的体积m²/kg(煤);N°——每千克煤燃烧烟气中氮气体积m³/kg(煤)。3、标准状态下实际烟气量a——空气过量系数，1.4;实际烟气量小于锅炉排烟量(18750m³/h),故选用一台锅炉即可。4、标准状态下烟气含尘浓度6C=0.00264(kg/m³)=2640(mg/m³)C₂=1952.6(mg/m³)7三、除尘器的选择1、除尘器应该达到的除尘效率结果为：2、除尘器的选择除尘器的选型要考虑多种因素和条件，在决定设备的容量时，处理气体量的多少是决定除尘器大小的决定性因素，选择时需要保证有一定的余量或预留一些可能增加设备的空间。其次考虑烟气的物理性质，例如燃煤烟气中硫含量较高，须考虑装置的防腐蚀性。由于旋风除尘器结构简单不受含尘气体的温度和浓度的限制对粉尘的物理性质无特殊要求。根据工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定选用旋风除尘器。工况下烟气流量：T标准状态下温度，273K结果为：扩散式旋风除尘器筒身呈倒圆锥形，因而减少了含尘气体自筒身中心短路到出口去的可能性，并装有圆锥形的反射屏，防止两次气流将已经分离下来的粉尘重8新卷起，被上升气流带出，它具有除尘效率高，结构简单，加工制造容易，投资低和压力损失适中等优点。出于安全考虑，旋风除尘器按烟气流量为25200(m²/h)进行设计。由于处理气量过大，若选用高流量旋风除尘器其除尘效率(50%-80%)达不到要(92.4%),故可选用高效旋风除尘器(除尘效率为95%以上),工作时将三台除尘器并联，即可满足流量与除尘效率的要求。1、确定旋风除尘器的进口气流速度v通常锅炉的烟气流速为12—25m/s,可根据推荐取v=18m/s。2、确定旋风除尘器的几何尺寸A—旋风除尘器的进口高度；'B—旋风除尘器的进口宽度；查阅资料得CLK扩散式旋风除尘器局部阻力系数：9.0则：由于旋风除尘器操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kpa,此时设计的结果符合计算旋风除尘器的理论尺寸：9和宽b/lh1气费直排气警摇排气警摇西推高度1D₂/D1b.筒体直径D取B=0.26D,则D=B/184=708mm;c.筒体高度H₁取H=2.0D=2.0×708=1416mm;d.锥体高度H₂取H₂=3.0D=2.0×708=2124mm;e.排灰口直径D₁取D₁=1.65D=1.65×708=1169mmf.出口管直径D₂取D₂=0.5D=0.5×708=354mm;g.排气管插入深度H₃取H₃=1.1D=1.1×708=779mm;由上述计算可知所设计的除尘器的处理量为25200m³/h,每台除尘器处理气量为8400m³/h,进口气流速度为18m/s,△P=1269.9Pa,旋风除尘器具体外型结构尺寸如下(mm)型号规格进口风速处理风量阻力除尘效率%外型尺寸(直径*高)重量kg】选用四台(三用一备)CLK-φ700扩散式除尘器。扩散式旋风除尘器结构示意图1一排气管：2—进气管；3—简休：4—锥体；5～反射屏；6—灰斗1、各装置及管道布置的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。一旦确定各装置的位置，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。2、管径的确定风道主管道直径：v——烟气流速m/s(对于锅炉烟尘v=10-15m/s)取v=14m/s结果为：d=0.798(m)(表四)圆形风道规格表外径D/mm钢板制通风管道外径允许偏差/mm壁厚/mmdn=800-2×1.00=798.00(m/s)根据经验值可取通风管径长度12m。五、烟囱的设计1、烟囱高度的确定本设计采用P值法计算烟囱高度H:①计算P值：p=β·p,·Cβ----点源调整系数，可取β=1;P₁----地理区域性点源排放控制系数，可查(表五)C。=0.15mg/m(表五)我国各地区总量控制系数A,低源分担率a,点源控制系数p地区序号省(市)名AaP总量控制区非总量控制区1新疆，西藏，青海7.0-8.42黑龙江，吉林，辽宁，内蒙古阴山以北)5.6-7.03北京，天津，河北，河南，山东4.2-5.64内蒙古(阴山以南),山西，陕西(秦岭以北),宁夏，甘肃(渭河以北)5上海，广东，广西，湖南，湖北，江苏，浙江，安徽，海南，台湾，福建，江西6云南，贵州，四川，甘肃，(胃河以南),陕西(秦岭以南)28-4.2740-8040-90烟气抬升高度：v----------烟囱出口流速，由表查T,---------烟囱直径的确定：烟囱出口处的平均风速烟囱出口处的烟流温度环境大气温度，已知 得可取20m/s;烟囱出口内径可按下式计算：式中：,——按(表六)选取的烟囱出口烟气流速，取20m/s通风方式运行情况全负荷时最小负荷时机械通风自然通风由已知数据和①②③④得△H=6.591m,结合实际情况烟囱高度可圆整为29m。烟囱底部直径：d=D+2×i×H式中：d——烟囱出口直径，mH——烟囱高度，m;i烟囱锥度(通常取i=0.02-0.03),取i=0.02结果为：d=1.695(m)为例方便施工，烟囱底部直径取为2m.2、烟囱的抽力¹,——烟肉内烟气平均温度，150°CSy=127.4(Pa)六、系统阻力计算1、摩擦压力损失λ——摩擦阻力系数(实际中对金属管道可取0.02);v——管中气流平均速率，13.996m/s结果为：说明：由于设计条件和数据的限制，以上计算是对摩擦压力损失的初步估算。2、局部压力损失由于本设计方案采用了三台除尘设备并联的除尘方法，烟气从锅炉中进入风管道时须采用吸入四通管平均分割气流。用三个完全相同的支管将气流输送至旋风除尘器。同理经处理后的气流，用三个相同的支管通入压出四通管，将气流汇总后通入风机，然后进入烟囱。管道核心部件图如下：g(除尘器入口前管道示意图)四通管接头(图中尺寸不代表本设计尺寸)经统计整个管道共有12个90°弯管；6个管道突然扩大接口；6个突然缩小接口；一个管道局部阻力损失计算公式：式中ξ——异形管件的局部阻力系数(可查到);v——与ξ像对应的断面平均气流速率，m/s;a.渐扩管局部压力损失的计算A₁/A01ξ10(管道突然扩大时的阻力系数)管路中共有6个渐缩管，故△P₃=6×13.65≈81.90Pa管路中共有12个90°弯管，故△P₅=12×19.62=235.44Pac.渐缩管局部压力损失的计算：(管道突然缩小时的阻力系数)A₂/A₁01ξ0管道中共有6个渐缩管，则压力损失△P₃=6×21.27≈127.62Pad.四通管局部压力损失的计算：(表七)四通管局部阻力损失系数名称局部阻力系数ζ(5值以图内所示的速度v计算)压出西通w/r0000000吸入四通002压出四通管的局部阻力损失：说明：由于设计数据和条件的限制，以上计算是对局部压力损失的初步估算。3、系统总阻力△P=锅炉出口前阻力损失+管道摩擦阻力损失+管道局部阻力损失+除尘器阻力损失(其中锅炉出口前阻力为850Pa,除尘器阻力1269.9Pa)经计算系统总阻力损失：AP=2641.64pa七、烟气脱硫方法说明故采用除尘与脱硫分开的操作系统，以得到更好的处理效果。锅炉烟气经旋风除尘器除尘后，通过风机后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除S02、SO3,与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏(CaSO4·2H2O),并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器(作为一级脱水设备)、浆液分配器和真空皮带脱水机。经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔液位。最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。②CaCO3+H2S03→CaSO3+C02+H20(中和)③CaS03+1/202→CaSO4(氧化)④CaS03+1/2H20→CaSO3·1/2H2O(结晶)⑤CaS04+2H20→CaSO4·2H2O(结晶)⑥CaSO3+H2S03→Ca(HSO3)2(pH控制)尾气尾气碱性废水填液体再分布板料支承板出水(脱硫吸收塔)八、风机和电动机的选择及计算1、标准状态下风机风量计算1.1——风量备用系数，¹?——风机前烟气温度，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度，150°CB——当地大气压，97.86kP结果为：2、风机风压计算1.2——风机备用系数；t,——风机前烟气温度，150°C结果为：H=2419.9(Pa)由于处理后的烟气中二氧化硫的浓度相对较高(符合国家排放标准),温度较高，根据烟气的这些特性，须考虑选择耐腐蚀和耐高温的风机。考虑到有些风道可能漏风，有些阻力损失不太准确，为了实际工作顺利，选择风量和风压时应适当大于计算的数值。通过查阅资料，选用Y5-47型锅炉离心引风机，Y180M-4型号。选用三台(两用一倍)。性能表如下。Y5-47型锅炉离心引风机性能表机号传动转速/r/min流量/m³/h全压内效率内功率所需功率C式3、电动机功率计算式中：Q,——风机风量，m²/hn₁——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)n₂——机械传动效率，当风机与电机直联传动时?₂=1,用联轴器连接时72=0.95—0.98,用V型带传动时72=0.95β电动机备用系数，对引风机，β=1.3所选风机为高效风机，V型带传动，则：Ne=16.49(kW)根据电动机的功率、风机的转速、传动方式选定Y180M-4型电动机。序号名称个数规格型号备注1人孔12导流板13烟囱砖制4圆管外径直径800,壁厚1.00钢制5V形带46风机3Y180M-4型引风机7电动机3Y180-2型电动机8弯头90度圆形弯管9填料吸收塔1旋风除尘器4CLK-φ700除尘器锅炉1[1]孙一坚主编.工业通风.北京：中国建筑工业出版社，1994[2]钢铁企业采暖通风设计手册。北京：冶金工业出版社，2002[3]同济人学等编。锅炉及锅炉房设备。北京：中国建筑工业出版社，1986[4]黄学敏，张承中主编，大气污染控制工程实践教程。北京：化学工业出版社，2003.[5]陆耀庆