大气污染控制工程烟气除尘脱硫系统设计.docx

目录一、课程设计的目的二、设计原始资料三、课程设计计算与说明1、燃煤锅炉烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算2、除尘脱硫装置的选择设计3、确定除尘脱硫设备、风机和烟囱的位置及管道的布置4、烟囱的设计5、系统阻力的计算6、风机和电动机选择及计算四、小结五、课程设计教材及主要参考资料一、课程设计的目的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。二、设计原始资料锅炉型号：SZL4-13型，额定蒸发量2.8MW/h设计耗煤量：见附表。排烟温度：160烟气密度（标准状态下）：1.34kg/m3空气过剩系数：1.4排烟中飞灰占煤中灰分（不可燃成分）的比例，见附表。烟气在锅炉出口前阻力：800Pa当地大气压力：97.86kPa冬季室外空气温度：1空气含水（标准状态下）按0.01293kg/m3烟气其它性质按空气计算。学号锅炉台数（台）设计耗煤量kg/(h·台）烟尘的排放因子（）煤质组别27265028（1）燃煤煤质(按质量百分含量计，%)组别（1）68415161513按锅炉大气污染排放标准（GB132712001）中二类区标准执行烟气浓度排放标准（标准状况下）：200mg/m3二氧化硫排放标准（标准状况下）：900mg/m3 净化系统布置场地在锅炉房北侧20米以内三、课程设计计算与说明1、燃煤锅炉烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算（1）标准状态下理论空气量Qa=4.76×(1.867CY+5.56HY+0.7SY-0.7OY) =4.76×( 1.867*68%+5.56*4%+0.7*1%-0.7*5%)=6.9684 (m3/kg)式中：CY, HY, SY, OY分别为煤中各元素所含的质量分数。（2）标准状态下理论湿烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）Qs=1.867(CY+0.375SY)+11.2HY+1.24WY+0.016Qa+0.79Qa+0.8NY=1.867(68%+0.375*1%)+11.2*4%+1.24*6%+0.016*6.9684+0.79*6.9684+0.8*1%= 7.4235 (m3/kg)式中：Qa标准状态下理论空气量，m3/kg；WY煤中水分所占质量分数，%；NYN元素在煤中所占质量分数，。（3）标准状态下实际烟气量Qs=Qs+1.016(a-1)Qa=7.4235+1.016*（1.4-1）*6.9684=10.2555（m3/kg）式中：a空气过量系数Qs标准状态下理论烟气量，m3/kg；Qa标准状态下理论空气量，m3/kg。注意：标准状态下烟气流量应以计，因此， =10.2555*650=6666.08(m3/h)（4）标准状态下烟气含尘浓度 =28% * 15% / 10.2555 =4095 (mg/m3 )式中：dsh排烟中飞灰占煤中灰分（不可燃成分）的质量分数，排放因子，； AY煤中灰分（不可燃成分）的含量，； Qs标准状态下实际烟气量，m3/kg。（5）标准状态下烟气中二氧化硫浓度=2×0.8×0.01/10.2555×1000000=1560.1(mg/m3)式中：SY煤中含可燃硫的质量分数； Qs标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m3/kg。2、除尘脱硫装置的选择设计（注：采用先除尘后脱硫工艺）（1）除尘脱硫装置应达到的净化效率：=1-200/4095=95.12%(2) 除尘器的脱硫效率：式中：C标准状态下烟气含尘、SO2浓度，mg/m3；Cs标准状态下锅炉烟尘、SO2排放标准中规定值，mg/m3。（3）工况下烟气总流量：Q/=(m3/h)= (m3/h) （4）除尘器的选择根据烟尘的粒径分布和种类、工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定除尘器的种类、型号及规格。确定除尘器的运行参数，如气流速度、压力损失等。通过比较最终决定选用袋式除尘器，根据处理烟气性质及不同型式的袋式除尘器的优缺点，最终决定选用JHI型系列逆喷脉冲袋式除尘器。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上积尘的袋式除尘器，它具有处理风量大，除尘效率高的优点，而且清灰机构设有运动部件，滤袋不受机械力作用，损伤较小，滤袋使用周期长的特点。用环境工程设计手册中选取JH系列逆喷脉冲袋式除尘。结构特点：由上、中、下三个箱体与反吹清灰机构四部分组成。为圆筒形外壳，梯形扁袋，由反吹风机供给反吹风，经回转臂上的反吹口。从滤袋上部吹入袋内进行反吹灰。主要性能与主要结构尺寸见下表4-5:表4 主要性能型号过滤面积m2滤袋数量/条处理风量m3/h外形尺寸/直径*高JHc-125125547500225002200*6650设备质量/kg滤袋长度/mm设备阻力/Pa除尘效率过滤风速/m/min33503.01000120099.5%13表5 主要结构尺寸型号DHABJHc-1252200665056402060 23702970150011603300（5）脱硫装置采用先除尘后脱硫工艺，本设计脱硫设施采用填料塔进行吸收净化，只确定其塔径和填料层高度。具体步骤如下：吸收剂的选择。本设计选用石灰石浆液作为吸收液。填料的选择。填料可为气体液两相提供良好的传质条件。选用的填料应满足以下基本条件：具有较大的比表面积和良好的润湿性；具有较高的孔隙率（多在0.45-0.95）；对气流的阻力较小；尺寸适当。通常不应大于塔径的；耐腐性、机械强度大、造价低、堆积密度小、稳定性好等。选用的填料的特性见下表5:填料类别及名称尺寸实际尺寸（外径*高*厚）比表面积(A)()孔隙率/（）堆积密度（pp）/(kg/)填料因子（）陶瓷拉西环（乱堆）2525*25*21900.78505450（5.1）最小吸收剂用量的计算 = =24536.81(kg/h)式中：石灰石消耗量，kg/h;烟气流量，；原烟气中SO2含量，；摩尔量，100.09kg/kmol;的摩尔量，64.06kg/kmol;Fr石灰石纯度，92%； St钙硫比，1.03(5.2)液泛气速与填料塔的压降液泛气速是填料塔正常操作气速的上限。当空塔气速超过液泛气速时，填料塔持液量迅速增加，压降急剧上升，气体夹带液沫严重，填料塔的正常操作被破坏。填料塔的压降影响动力消耗和正常操作费用。影响压降和液泛气速的因素很多，主要有填料的特性。气体和液体的流量及物理性质等。埃克特（Echert）等人提出的填料塔压降。液泛和各种因素之间的关系见图1。图1 填料塔液泛点与压降的通用关系图图中最上方的三条线分别为弦栅、整砌拉西环及各类型乱堆填料的液泛线，三条线左下方的线为等压降线。图中横坐标为，纵坐标为其中，液气比、气体、液体密度，kg/m3液体粘度，Pa·s;填料因子，m-1水的密度与液体的密度之比填料塔液泛速度g 重力加速度图中横坐标 = = 0.028选用乱堆填料泛点线查图1通用关系得：纵坐标=0.12解得，=2.38 m/s（5.3）填料塔塔径的计算填料塔直径D取决于处理的气体量Q和适宜的空塔气速，即：D=2.15m进行圆整;取外径D=2.3m,壁厚50mm，则内径d=2.2mQ（m3/s）一般由生产任务所给定；一般由填料塔的液泛速度确定根据生产经验，取值可由填料塔的液泛速率确定，即=0.660.80，取=0.7=1.67m/s 。也可从有关手册中查得。小则塔径大，动力消耗少，但设备投资高；反之，大则压降大，塔径小，动力消耗大，但是设备投资少。由上式计算出的塔径应按照国内压力容器公称直径标准（JB-1153-73）圆整，直径在1m以下时，间隔为100mm；直径在100mm以上时，间隔为200mm。(5.4) 伴有化学反应的吸收塔高的计算常用吸收设备的总传质高度值在0.151.5m，本实验吸收设备的总传质高度=1.4m填料层高度Z=1.4（）=1.4*（）=1.4*（1560/900）=0.77m因为二氧化硫含量很小，所以约等于应对填料层总高度的理论计算值进行修正，引入1.3-1.5的安全系数，取Z=1.4 Z=0.77×1.4=1.078m散装填料分段高度推荐值填料类型拉西环矩鞍鲍尔环阶梯环环矩鞍hD2.558510815815m46666对于拉西环填料，4m计算得填料层高度为1.078m，故需要分成一段来吸收。总塔高H=Z+h+h=1.078+1.0+1.3=3.378m进行圆整；总塔高H=3.4m h塔顶空间高，0.8-1.4m; h塔底空间高, 1.2-1.5m3、确定除尘脱硫设备、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。（2）管径的确定（2.1）除尘器入口之前管道直径：=0.804m式中： Q工况下管道内烟气流量，m3/s V烟气流速m/s，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘v1015m/s）,取v=12m/s，对管径进行圆整，圆整后的管道内径：d=846mm，外径：d2=850mm 壁厚=2mm实际烟气流速为V=10.82m/s（2.2）除尘器出口之后管道直径，取v=15m/s（除尘器之前流速不可过大，烟尘过多磨损管道，除尘器之后流速可适当增加）=0.72m对管径进行圆整，圆整后的管道内径：d=796mm，外径：d2=800mm 壁厚=2mm实际烟气流速为V=12.22m/s4、烟囱的设计（1）烟囱高度的确定首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准（GB132712001）中的规定（见表2）确定烟囱的高度。表2 锅炉烟囱高度表锅炉房装机总容量MW<0.70.7<1.41.4<2.82.8<77<1414<28t/h<11<22<44<1010<2020<40烟囱最低允许高度m202530354045锅炉总额定出力：2.8MW×2=5.6（MW/h），故选定烟囱高度为35m（2）烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算（m）式中：Q通过烟囱的总烟气量，m3/h；u按表3选取的烟囱出口烟气流速，m/s。表3烟囱出口烟气流速（m/s）通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风102045自然通风6102.53烟囱底部直径：=0.98+2*0.025*35=1.13 (m)式中：d2烟囱出口直径，m；H烟囱高度，m；i烟囱锥度，通常取i=0.020.03。（3）烟囱的抽力： = =183.0（Pa）式中：H烟囱高度，m；tk外界空气温度，；tp烟囱内烟气平均温度，；P当地大气压，Pa。5、系统阻力的计算（1）摩擦压力损失对于圆管：=42.11（Pa）式中：L管道长度，m；d管道直径，m；烟气密度，kg/m3；u管中气流平均速率，m/s；摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度的函数。可以查手册得到（实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌和混凝土管道值可取0.04）。（2）局部压力损失吸入四通，=0.290弯头，=0.23故 = =96.73（Pa）式中：异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过实验获得；u与相对应的断面平均气流速率，m/s；烟气密度，kg/m3。烟气在锅炉出口前阻力为800Pa,除尘器阻力为1200Pa总阻力=800+1200+42.11+96.73=2138.84（Pa）6、风机和电动机选择及计算（1）风机风量的计算 =37427.68（m3/h）式中：K1考虑系数漏风所附加的安全系数。一般管道取K=0.1；除尘管道取K=0.10.15；Q标准状态下风机前标态下风量，m3/h；tp风机前烟气温度，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度；P当地大气压力，kPa。（2）风机风压的计算=3693.75(Pa)式中：K2考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数。一般管道取K=0.10.15，除尘管道取K=0.10.2；h系统总阻力，Pa；Sy烟囱抽力，Pa；0、p0、T0风机性能表中给出的标准状态的空气密度、压力、温度。一般说，p0=101.3kPa，对于引风机T0=200，0=0.745kg/m3。、p、T运行工况下进入风机时的空气密度、压力、温度。根据计算出的风机风量Qy和风机风压py，按风机产品样本给出的性能曲线或表格选择风机的型号为Y5-47。引风机性能表型号转速/r/min风量/m3/h全压/Pa电动机功率/kw介质温度适用范围Y5-472320374283733882501-20t/h（3）电动机功率的计算=87.32（kW）式中：Qy风机风量，m3/h；py风机风压，Pa；1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）；2机械传动效率，当风机与电动机直联传动时21，用连轴器时20.950.98，用V形带传动时20.95；电动机备用系数。对引风机，1.3。根据电动机的功率，风机的转速，传动方式选择电动机型号为Y280M-2。四、小结本次课程设计较为复杂，涉及的知识较广，从锅炉、袋式除尘器的选择，到脱硫装置的设计，再到烟囱河管路的设计、以及风机的选择，需要考虑的方面多，计算量较大。对学生的能力要求较高；通过查阅大量的的资料信息，了解了大量本次设计所需的数据和图纸，初步掌握对本次课程设计的流程，并初步通过使用CAD进行本次设计工艺流程的简单绘制，这次的课程设计不仅是对大气污染控制工程的一次回顾，更是一次重新的的认识和了解，对所学的知识有了更深的认识和了解。五、课程设计教材及主要参考资料，1郝吉明，马广大等主编，大气污染控制工程.第1版.北京：高等教育出版社2魏先勋主编，环境工程设计手册.湖南技术出版社3气体管道设计手册.机械工业部设计研究总院4吴忠标，燃煤锅炉延期除尘脱硫设备运行与管理.北京出版社5李月红主编，化工原理，中国环境科学出版社，2009.9