大氣課程設計格式00000

1、大氣污染控制工程課程設計設計題目：21t/h燃煤鍋爐煙氣的工藝設計姓名：郎琛學號：123010040122年級：1201級系部：食品工程學院專業(yè)：環(huán)境工程指導教師：羅劼完成時間：2015-12-4- 1 -武昌工學院 大氣污染控制工程課程設計 目 錄1設計任務及基本資料- 1 -1.1課程設計題目- 1 -1.2課程設計基本資料- 1 -2設計方案- 2 -2.1物料衡算- 2 -2.2工藝方案的比較和選擇- 3 -3工藝計算- 5 -3.1一級除塵裝置袋式除塵器（舉例）- 5 -3.2二級除塵裝置旋風除塵器（舉例）- 7 -4附圖- 8 -4.1袋式除塵器- 8 -4.2旋風除塵器- 8 -

2、5結論- 8 -武昌工學院 大氣污染控制工程課程設計1 設計任務及基本資料1.1 課程設計題目21t/h燃煤鍋爐煙氣的工藝設計1.2 課程設計基本資料1. 設計規(guī)模鍋爐蒸發(fā)量2t/h38t/h2. 設計原始資料 （1）煤的工業(yè)分析如下表（質量比，含N量不計）：發(fā)熱量CHSO灰分水分2093965.7%3.2%2.1%2.3%18.1%9.0%（2）鍋爐型號：FG-35/3.82-M型（3）鍋爐熱效率：75%（4）空氣過剩系數：1.3（5）水的蒸發(fā)熱：2570.8KJ/Kg（6）煙塵的排放因子：30%（7）煙氣溫度：473K（8）煙氣密度：1.18kg/m3（9）煙氣粘度：2.4×10

3、-5 pa·s（10）塵粒密度：2250kg/m3（11）煙氣其他性質按空氣計算（12）煙氣中煙塵顆粒粒徑分布平均粒徑/m0.537.51525354555>60粒徑分布/320152016106373. 排放標準按鍋爐大氣污染物排放標準（GB13271-2014）中新建燃煤鍋爐標準執(zhí)行：標準狀態(tài)下煙塵濃度排放標準：50mg/m3、二氧化硫排放濃度：300mg/m3。2 設計方案2.1 物料衡算2.1.1 標準狀態(tài)下理論空氣量（1）鍋爐煙氣含塵、含硫量計算蒸發(fā)量為21t/h的鍋爐所需熱量為：1小時鍋爐需煤量：設1kg燃煤燃燒為基礎：燃料成分名稱質量/g煤成分的物質的量/理論需氧

4、量/生成物的量/C65754.7554.75C02 54.75H32168H2O 16S210.656250.65625SO2 0.65625O230.71875-0.71875H2O905H2O 5（2）理論需氧量為假定干空氣中氮和氧的摩爾比為3.78，則1kg煤完全燃燒所需要的理論空氣量為:即 2.1.2 標準狀態(tài)下理論煙氣量理論煙氣量:即 2.1.3 標準狀態(tài)下實際煙氣量空氣過剩系數時，實際煙氣量為:473K下的煙氣量：2.1.4 標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度SO2的濃度：473K狀態(tài)下煙氣總量為：2.2 工藝方案的比較和選擇2.2.1 除塵效率煙氣的除塵效率煙塵除塵效率：SO2的脫硫效率SO

5、2脫硫效率2.2.2 除塵設備的論證（各種除塵器的優(yōu)缺點，為什么選定這個除塵器）預除塵設備的論證選擇煙氣的預除塵設備一般選用重力沉降室、慣性除塵器、旋風除塵器、多管旋風除塵器和噴淋洗滌塔等。它們基本性能如表下表21示。 表21 除塵設備的基本性能除塵器名稱阻力（Pa）除塵效率()初投資運行費用重力沉降室501504060少少慣性除塵器1005005070少少旋風除塵器40013007092少中多管旋風除塵器80015008095中中噴淋洗滌塔1003007595中中表22 各種除塵器設備費、耗鋼量及能耗量指標除塵器名稱所占空間體積m3/(1000m3/h)存儲設備費（比值）耗鋼量kg/(m3/

6、h)能耗量（KJ/m3）重力沉降室20401.0慣性除塵器0.71.23.06.00.150.3旋風除塵器約1.751.04.00.050.10.81.6多管旋風除塵器3.92.55.00.070.151.64.01.重力沉降室利用粉塵與氣體的比重不同的原理，使揚塵靠本身的重力(重力) 從氣體中自然沉降下來的凈化設備，通常稱為沉降室或降生室。它是一種結構簡單、體積大、阻力小、易維護、效率低的比較原始的凈化設備，只能用于粗凈化。重力降塵室的工作原理如下圖所示：含塵氣體從一側以水平方向的均勻速度V進入沉降室，塵粒以沉降速度V沉下降，運行t時間后，使塵粒沉降于室底。凈化后的氣體，從另一側出口排出 。

7、2.慣性除塵器慣性除塵器也叫惰性除塵器。它的原理是利用粉塵與氣體在運動中慣性力的不同，將粉塵從氣體中分離出來。一般都是在含塵氣流的前方設置某種形式的障礙物，使氣流的方向急劇改變。此時粉塵由于慣性力比氣體大得多，塵粒便脫離氣流而被分離出來，得到凈化的氣體在急劇改變方向后排出。 慣性除塵器以百葉式的最常用。（它適用于凈化含有非粘性、非纖維性粉塵的空氣，通常與其它種除塵器聯(lián)合使用組成機組3.旋風除塵器工作原理:：旋風除塵器的工作原理如下圖所示，含塵氣體從入口導入除塵器的外殼和排氣管之間，形成旋轉向下的外旋流。懸浮于外旋流的粉塵在離心力的作用下移向器壁，并隨外旋流轉到除塵器下部，由排塵孔排出。凈化后的

8、氣體形成上升的內旋流并經過排氣管排出。應用范圍及特點：旋風除塵器適用于凈化大于510微米的非粘性、非纖維的干燥粉塵。4.電除塵器電除塵器是含塵氣體在通過高壓電場進行的電離過程使塵粒荷電，并在電場力的作用下使塵粒沉積在集塵極上，將塵粒從含塵氣體中分離的一種含塵設備，其優(yōu)點為：壓力損失小，一般為200500pa，煙氣量大，能耗低，對細粉塵有很高的捕集效率，可高于99%，可在高溫和強腐蝕氣體下操作。綜上所訴通過比較，旋風除塵器管理、制作方便，體積小、價格便宜，因此，選用旋風除塵器作為二級除塵系統(tǒng)中的預除塵。2.2.3 工藝方案（包括選用什么除塵器，多高的煙囪）采用二級處理，首先利用旋風除塵為一級除塵

9、，二級除塵為袋式除塵器。注：考慮到壓損過大對除塵器的不利影響和對操作的要求高，作為一級預除塵，除塵要求不高，因此，確定旋風除塵器型號時要求阻力不大于900Pa。3 工藝計算3.1 一級除塵裝置旋風除塵器（舉例）3.1.1 設備計算（1） 煙氣處理量 （2） 初步選用XLP/B型旋風除塵器，處理煙氣量大，選用5個并聯(lián) 每個的煙氣處理量 （3） 根據所選除塵器類型可知進口速度 在這里?。?） 進口的截面積（5） 入口高度（6） 入口寬度（7） 筒體直徑 3.1.2 設備選型（1）根據參考XLP/B品系列；取處理量 則選型XLP/B-10.6-Y型號 （2）交界圓柱面的高度： （3）交界圓柱面的直徑

10、： ,（4）平均徑向速度：（5）漩渦指數：（6）交界面處氣流的切向速度： （7）分割粒徑：（8）分級效率：平均粒徑/m0.537.51525354555>60粒徑分布/32015201610637分級效率/0.5616.9556.0683.6293.4196.5397.8798.5698.79總效率/59.23經過預除塵后（一級處理），煙塵濃度是：二級除塵的效率將要達到：3.2 二級除塵裝置袋式除塵器（舉例）在選擇除塵技術時，應充分考慮經濟性、可靠性、適用性和社會性等方面的影響。除塵技術的確定受到當地條件、現(xiàn)場條件、燃燒煤種特性、排放標準和需要達到的除塵效率等多種因素的影響。針對目前環(huán)保

11、要求、污染物排放費用的征收情況以及靜電除塵器和布袋除塵器在性能上的差異和在各行各業(yè)應用的實際情況，對兩種除塵器在實際應用中的基本性能做一個簡單客觀的對比。 1）除塵效率 布袋除塵器：對人體有嚴重影響的重金屬粒子及亞微米級塵粒的捕集更為有效。通常除塵效率可達99.99%以上，排放煙塵濃度能穩(wěn)定低于50mg/Nm3，甚至可達10 mg/Nm3以下，幾乎實現(xiàn)零排放。 從目前電力行業(yè)燃煤鍋爐應用的情況來看，布袋除塵器的排放能保證在30 mg/Nm3以下。呼和浩特電廠兩臺200MW機組的鍋爐煙氣凈化采用了布袋除塵器，從CEMS系統(tǒng)長期自動監(jiān)測的結果和權威檢測單位的測試人員人工采樣測試的結果來看，排放濃度

12、均低于27 mg/Nm3。 電除塵器：隨著國家環(huán)保標準的進一步提高和越來越多的電廠燃用低硫煤（或者經過了高效脫硫），比電阻大，即使達標也變得越來越困難。而布袋除塵器的過濾機理決定了它不受燃燒煤種物化性能變化的影響，具有穩(wěn)定的除塵效率。針對目前國家環(huán)保的排放標準和排放費用的征收辦法，布袋除塵器所帶來的經濟效益是顯而易見的。3.2.1 設備計算（1） 煙氣處理量：（2） 初步選型ZC型回轉反吹扁袋除塵器。型號：240ZC400型 過濾面積 過濾氣速： 符合ZC型回轉反吹扁袋除塵器的入氣速度 濾袋數240 濾袋高度為4.0m （3） 每條濾袋的面積： 所以 符合要求。3.2.2 設備選型除塵器名稱總

13、效率（%）不同粒徑（um）所對應的分級效率/%0-55-1010-2020-44>44袋式除塵器99.799.5100100100100所以二級除塵效率大于97.96% 滿足要求。3.3 鍋爐煙氣脫硫工藝方案的比較和選擇3.3.1 工藝比較目前, 世界上煙氣脫硫工藝有上百種, 但具有實用價值的工藝僅十幾種。根據脫硫反應物和脫硫產物的存在狀態(tài)可將其分為濕法、干法和半干法 3 種。濕法脫硫工藝應用廣泛, 占世界總量的 85.0%。下面將常用的幾種煙氣脫硫工藝作比較。吸收劑比較常用煙氣脫硫工藝比較序號工藝名稱工藝原理工藝特點應用情況1石灰石/石灰-石膏濕法利用石灰漿液洗滌煙氣，使石灰與煙氣中S

14、O2反應生成亞硫酸鈣，脫去煙氣中的SO2，再將亞硫酸鈣氧化反應生成石膏。優(yōu)點：脫硫率高95%、工藝成熟 、適合所有煤種、操作穩(wěn)定、操作彈性好、脫硫劑易得、運行成本低、副產物石膏可以綜合利用，不會形成二次污染；缺點：一次性投資較高。國內外應用最為廣泛，使用比例占到80%以上。2簡易石灰石/石灰-石膏濕法簡易濕式法煙氣脫硫工藝脫硫原理和普通濕法脫硫原理基本相同，只是吸收塔內部結構簡單（采用空塔或采用水平布置），省略或簡化換熱器。優(yōu)點：投資和占地面積較?。喝秉c：脫硫率低，約為70%。國外應用較少，國內也有應用實例。3海水脫硫法利用海水洗滌煙氣，吸收煙氣中的SO2氣體。優(yōu)點：脫硫率比較高90%、工藝流

15、程簡單，投資少占地面積小、運行成本低；缺點；受地域條件限制，只能用于沿海地區(qū)。只適用于中低硫煤種、有二次污染。國內外均有部分成功應用實例（深圳西部電廠）。4旋轉噴霧干燥法將生石灰制成石灰漿，將石灰噴入煙氣中，使氫氧化鈣與煙氣中的SO2反應生成亞硫酸鈣。優(yōu)點：工藝流程比石灰石-石膏法簡單，投資也比較小。缺點：脫硫率較低(約為70-80%)、操作彈性小、鈣硫比高、運行成本高、副產物無法利用且易發(fā)生二次污染（亞硫酸鈣分解）。國內外均有少數成功實例（黃島電廠）。5煙氣循環(huán)流化床法在流化床中將石灰粉按一定比例加入煙氣中，使石灰粉在煙氣當中處于流化狀態(tài)反復反應生成亞硫酸鈣。優(yōu)點：鈣利用率高、無運動部件、投

16、資省。缺點：脫硫率較低（90%）、對石灰純度要求較高、國內石灰不易保證質量、煙氣壓頭損失大、由于加料不均勻會影響鍋爐運行。國內外均有少數成功實例。6活性炭法使煙氣通過加有催化劑的活性炭，煙氣中的SO2經催化反應成SO2并吸附在活性炭中，用水將SO3洗滌成為稀硫酸同時使活性炭再生。優(yōu)點：脫硫效率較高（90%）、工藝流程簡單、無運動設備、投資較省、運行費用低。缺點：副產物為稀硫酸，不適宜運輸，只能利用就地消化。活性炭定期需要更換。國內外均有少數成功實例（四川豆壩電廠）。7電子束法將煙氣冷卻到60左右，利用電子束輻照，產生自由基，生硫酸和硝酸，再與加入的氨氣反應生成硫酸銨和硝酸銨。收集硫酸銨和硝酸銨

17、粉制成復合肥。優(yōu)點：脫硫率較高（90%），同時脫硫并脫銷，副產物是一種優(yōu)良的復合肥，無廢物產生。缺點：投資高，因設備原件不過關，大型機組應用較困難。國內外均有少數成功實例（黃島電廠）。3.3.2濕法脫硫是一種化學吸收反應，吸收劑對吸收過程有很大的影響，不同的吸收劑與SO2反應的速度也不一樣，常用的吸收劑有：氫氧化鈉或碳酸鈉、氧化鎂、鈉-鈣雙堿、氨、海水、石灰乳等。（1）氫氧化鈉或碳酸鈉作為吸收劑脫硫，存在如下諸多問題：a) 如果將脫硫后的產物亞硫酸鈉回收利用，存在流程過長、回收費用過高、副產品無銷路等問題；b) 脫硫劑消耗量大、脫硫成本高；c) 增加水處理費用。d) 氧化鎂作為吸收劑脫硫：e)

18、 氧化鎂來源有限；f) 直接排放，對水體會造成嚴重污染；g) 如果循環(huán)利用脫硫劑，則流程很長、設備繁多、占地面積大。海水作為吸收劑脫硫：海水通常呈堿性，具有天然的酸堿緩沖能力及吸收SO2的能力，當SO2被海水吸收后，在經處理氧化為無害的硫酸鹽而溶于海水。硫酸鹽是海水的天然成分，不還造成水體污染，但有一硬性要求海水脫硫必須以工廠坐落于海邊為前提。（2）氨作為吸收劑脫硫： 氨是一種良好的堿性吸收劑，其吸收反應是氣-氣反應，吸收反應速度快，反應全，但氨的價格相對于低廉的石灰石來說是太高了。過高的運行成本使氨法脫硫的推廣受到極大的影響，在脫硫應用中極少。（3）鈉-鈣雙堿法脫硫：用作吸收劑脫硫，用Ca(

19、OH)2作為的再生劑。其主要化學反應反應式如下：吸收：再生： （4） 石灰乳作為吸收劑脫硫: 脫硫產物是硫酸鈣（石膏），可容易地從脫硫系統(tǒng)中分離出來，不會對環(huán)境水體造成污染，不存在脫硫廢水的處理問題；這種脫硫劑是價廉易得的石灰石，脫硫成本低，企業(yè)能承受，且這種方法技術成熟，可靠性高。3.3.3 脫硫效率按鍋爐大氣污染物排放標準（GB13217-2001），計算出SO2 的脫硫效率3.3.4 脫硫設備的論證吸收塔是煙氣脫硫系統(tǒng)的核心裝置，要求有持液量大、氣液相見的速度高、氣液接觸面積大、內部構件少、壓力小等特點。目前較常用的吸收塔主要有噴淋塔、填料塔、噴射鼓泡塔和道爾頓型塔四類。其中噴淋塔是濕法

20、脫硫的主流塔型。各種塔型的優(yōu)缺點列于下表。煙氣脫硫用洗滌塔性能比較洗滌塔形式持液量逆流抗堵塞性低負荷比壓力降除塵填料塔尚可是尚可好中等差轉盤式洗滌塔好否好差中等好湍流塔尚可否好差中等好文丘里洗滌塔差否好好高好噴淋塔差是好好低差道爾頓型塔好否好差中等好噴射鼓泡塔好否好差中等好3.3.5 工藝方案根據上述分析，本設計擬用鈉-鈣雙堿法脫硫工藝，以氫氧化鈉為吸收劑，氫氧化鈣為氫氧化鈉的再生劑，并采用噴淋塔。本設計具體的工藝流程如下: 由于鍋爐煙氣溫度高達200，不適合二氧化硫的吸收去除，故需先將其進行冷卻預處理，經過冷卻塔后煙氣的溫度可降至60左右，送入鈉堿吸收塔，原始吸收溶液濃度150kg/m3,吸

21、收后生成的Na2SO3進入儲罐投加Na2CO3固體濃縮緩沖。根據儲罐中溶液的停留時間，選兩個儲罐，一個生產儲罐，另一個作為備用儲罐。應吸收塔較高，吸收塔出口溶液進入儲罐采用自流，省去了泵的使用。因尾氣溫度較高，且碳酸鈉溶考慮到尾氣的溫度較高，濕度較大，不適宜用干法吸收，該工藝流程設計以碳酸鈉溶液吸收塔吸收尾氣中的二氧化硫。高溫不利于吸收反應的進行，并且對吸收塔的腐蝕較大，應此先將尾氣降溫處理。由于尾氣中的二氧化硫具有強腐蝕性，操作過程中反應都受到PH值的影響，隨時需要進行酸度調節(jié)；因此需在地下池設備中安裝PH值自動控制儀表，調節(jié)水的酸度，防止對環(huán)境的二次污染。冷卻塔出水由于吸收大量的熱能，出水

22、溫度升高，要循環(huán)利用地下池的水需經循環(huán)水冷卻塔降溫，循環(huán)水冷卻塔采用自然通風冷卻，安裝兩臺進水泵，一個生產用泵，一個備用泵，水來自集水池；兩臺出水泵，一個生產用泵，一個備用泵，水送往冷卻塔。水經過循環(huán)利用從而節(jié)省了大量的水資源。液吸收二氧化硫的反應放熱，高溫不利于吸收反應的進行，因此濃縮后的堿液需經換熱器的降溫后 進入吸收塔循環(huán)吸收二氧化硫。吸收塔出口氣體溫度為60左右，用引風機引氣排放，由于氣液分離不完全，氣體中攜帶水蒸氣會引起引風機的震蕩，因此在引風機前應設置氣液分離器。且氣體溫度降低，在高煙囪中會冷凝酸化，腐蝕煙囪，且氣體溫度降低不利于氣體的擴散排放，在排放前要升高氣體溫度，使氣體在煙囪

23、口的排放溫度達到160以上。3.3.6 工藝原理（1）吸收反應洗滌過程的主要反應式： +2洗滌液內含有再生后返回的及系統(tǒng)補充的,在洗滌過程中生成亞硫酸鈉。 2+ 在洗滌液中還含有,系煙氣中的與亞硫酸鈉反應而生成。 2+2（2）再生反應 用石灰漿料進行再生時： + +2 + 亞硫酸鈣的一般形式為半水亞硫酸鈣。用石灰石粉再生時：2 + + +1/2（3） 硫酸鈉的去除 硫酸鈉用硫酸酸化使其轉變?yōu)槭鄟砣コ?+2+32+2加酸后，PH 下降到23，使亞硫酸鈣轉化為亞硫酸氫鈣而溶于溶液中，于是溶液中的超過了石膏的溶度積，使石膏沉淀出來。（4） 氧化反應在回收法中，最終產品是石膏，需將由再生反應應得到

24、的亞硫酸鈣氧化為石膏。 +3.4 工藝計算3.4.1 設計計算鍋爐煙氣性質：煙氣量，1.冷卻塔 冷卻塔中的相變過程   200(汽）100 (汽）100 (水）60（水）（1） 總放熱量其中:鍋爐煙氣的平均比熱容/();(/() 鍋爐煙氣的溫度差；（ ）（2） 冷卻水的用量 其中：Cp2水的比熱容，；（） 冷卻水的溫度差，；（ t2=45-10=35） 水的密度,kg/m3;(=1000)（3） 塔徑其中：v氣體體積流量，; 空塔氣速，m/s;（空塔氣速一般為0.5-1.2m/s,取=1.2m/s)塔截面積將塔截面積放大1.1倍，即： 塔徑為：（4） 塔高冷卻塔是

25、空塔，其高度是液氣接觸段、上部的液氣分離段與下部的液氣分離段之和。設液氣接觸段氣體的停留時間設計10秒，則液氣接觸段的高度。 根據經驗值，上下段分離高度至少大于塔徑，一般為1.52D（塔徑）。取1.5倍，則上下段分離高度為： 群座高為 =1m,則吸收塔高為 2 吸收塔（1） Na2SO3溶液的用量鍋爐煙氣中二氧化硫的含量為：尾氣急冷過程中被吸收掉0.7%.則進塔氣體中含量為： 設吸收塔中的去除率為96%，即去除量為： 排除氣體中含量為： =由反應方程式： + + 可知吸收64kg需 106kg ，則用量為： ，設用溶液的濃C為200,質量分數為30%，則用量為： 取安全系數1.2，則Na2CO

26、3溶液實際用量為 L=（2） 塔徑氣體體積流量 其中 ： 鍋爐煙氣出口每小時排除煙氣質量，kg/h;(=21t/h) 60時煙氣密度，;(=1.4393)常溫時碳酸鈉溶液：密度=1200, 黏度=2.3溶液密度與水的密度比為： =0.8進塔氣體質量流量=5t/h進塔碳酸鈉溶液質量流量WL= 331.2kg/h查圖得 p=0.008,液泛氣速=0.55m/s其中： 氣體體積流量，m3/s； U 空塔氣速,m/s;塔截面積為：比例因子取1.2， 計算得 D=4.00m（3） 塔高 氣相流率 標準狀態(tài)下氣體體積流量為： 氣相流速為: 傳質單元高度： 其中總傳質系數，；=4.10傳質單元數進塔氣體的摩

27、爾流量為： （4） 填料層高度 分一層，層高度0.497m（5） 總塔高 其中：填料層高度，m：h=0.5m; 分離與分布區(qū)高，m; =3.2m; 裙座高度，m; =3.5m;4 設備選型4.1 水泵其作用是將地下水的水送往循環(huán)水冷卻塔，于地面安裝，提升高度5m，流量90m3/h,查工業(yè)水處理設備手冊，選用型號為IS80-65160的水泵2臺，一用一備，性能參數如下：水泵性能參數揚程流量軸功率電機功率效率轉速質量排出口徑10m120m3/h6.79kw9.5kw782900r/min94kg65mm4.2 循環(huán)水泵其作用是將冷卻水從集水池提升到冷卻塔，于地面安裝，提升高度13.8m，流量90m3/h，查工業(yè)水處理設備手冊，選用型號為IS