大氣污染課程設(shè)計(jì)某燃煤鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)說明書題目:某燃煤鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 : 環(huán)境工程 年級(jí)/專業(yè)/班: 09級(jí)環(huán)境工程1班 學(xué) 生 姓 名: 學(xué) 號(hào): 指 導(dǎo) 教 師: 任務(wù)下達(dá)時(shí)間: 2012 年 2 月 13 日完 成 時(shí) 間: 2012 年 2 月 19 日目 錄第一章 引言1第二章 設(shè)計(jì)方案的確定12.1 物料衡算1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量1 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度12.2 工藝方案的比較和確定1第三章 工藝計(jì)算13.1 除塵器設(shè)計(jì)13.2 脫硫裝置設(shè)計(jì)13.3 除塵脫硫設(shè)備、風(fēng)機(jī)和煙囪的位置及管道的布置1 各裝

2、置及管道布置的原則1 3.3.2管徑的確定.13.4 煙囪的設(shè)計(jì)13.5 系統(tǒng)阻力的計(jì)算23.6 風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)選擇及計(jì)算2第四章 結(jié)論2參考文獻(xiàn)2第一章 引言1、闡述煙氣除塵脫硫及其在環(huán)境保護(hù)中的作用；我國是一個(gè)以煤炭為主要能源的國家，煤炭在我國一次能源的生產(chǎn)和消耗中占70%以上。然而，我國大多數(shù)燃用高硫煤的電站沒有脫硫設(shè)施，普遍存在工藝落后、煤耗高等缺點(diǎn)。二氧化硫排放大的中小型電站和工業(yè)窯爐還很普遍，到目前為止，一些城市的居民爐灶仍采用散煤，我國城市二氧化硫污染相當(dāng)嚴(yán)重。大量二氧化硫的排放是我國降雨呈酸性的主要原因，二氧化硫的酸雨的危害面極廣，包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通運(yùn)輸、建筑物、人身健康等諸多

3、方面，造成的經(jīng)濟(jì)損失更是巨大的。由于二氧化硫和酸雨對(duì)人類環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害，因此控制燃煤煙塵的SO2對(duì)改善大氣污染狀況至關(guān)重要。2、列舉幾種除塵器、脫硫工藝的種類及工作原理等；高溫氣體凈化主要包括脫硫和除塵兩部分，此外還須脫除HCI、HF和堿金屬蒸汽等有害雜質(zhì)。在常規(guī)工藝中，脫硫和除塵作為獨(dú)立的單元操作分別在各自的裝置中完成。從氣體中去除或捕集固態(tài)或者液態(tài)微粒的設(shè)備稱為除塵器。目前常用的除塵器可分為：機(jī)械除塵器、電除塵器、濕式除塵器等。機(jī)械除塵器是指利用質(zhì)量力的作用使顆粒物與氣流分離的裝置，包括重力沉降室、慣性除塵器和旋風(fēng)除塵器等。重力沉降室：工作原理：通過重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除

4、塵裝置。氣流進(jìn)入重力沉降室后，流動(dòng)截面積擴(kuò)大，流速降低，較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降。慣性除塵器：工作原理：沉降室內(nèi)設(shè)置各種形式的擋板，含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力作用，使其與氣流分離。旋風(fēng)除塵器：工作原理：利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離。電除塵器是指利用高壓電場(chǎng)使塵粒荷電，在電場(chǎng)力作用下使粉塵從氣體中去除的裝置，與其他除塵器的根本區(qū)別在于，分離力直接作用在粒子上，而不是作用在整個(gè)氣流上。工作原理：懸浮粒子荷電；帶電粒子在電場(chǎng)內(nèi)遷移和捕集；將捕集物從集塵表面上清除。濕式除塵器是使含塵氣體與液體密切接觸，利用水滴和塵粒的慣性碰撞及其它作用捕集

5、塵粒或使粒徑增大的裝置，可分為重力噴霧洗滌器、旋風(fēng)洗滌器、文丘里洗滌器等。將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣達(dá)到一定飽和度后，結(jié)晶形成二水石膏。經(jīng)吸收塔排出的石膏漿液經(jīng)濃縮、脫水，使其含水量小于10%，然后用輸送機(jī)送至石膏貯倉堆放，脫硫后的煙氣經(jīng)過除霧器除去霧滴，再經(jīng)過換熱器加熱升溫后，由煙囪排入大氣。由鍋爐排出的未經(jīng)處理的煙氣從吸收塔（即流化床）底部進(jìn)入。吸收塔底部為一個(gè)文丘里裝置，煙氣流經(jīng)文丘里管后速度加快，并在此與很細(xì)的吸收劑粉末互相混合，顆粒之間、氣體與顆粒之間劇烈摩擦，形成

6、流化床，在噴入均勻水霧降低煙溫的條件下，吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成CaSO3 和CaSO4。脫硫后攜帶大量固體顆粒的煙氣從吸收塔頂部排出，進(jìn)入再循環(huán)除塵器，被分離出來的顆粒經(jīng)中間灰倉返回吸收塔中。3、介紹并分析設(shè)計(jì)任務(wù)。1. 課程設(shè)計(jì)題目某燃煤鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)2. 課程設(shè)計(jì)目的通過本課程設(shè)計(jì)的綜合訓(xùn)練，使環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生掌握大氣污染控制工程課程所要求的基本設(shè)計(jì)方法，具備初步的大氣污染控制工程方案及設(shè)備的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，鍛煉學(xué)生查閱和收集專業(yè)資料和設(shè)計(jì)手冊(cè)的技能，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)獨(dú)立分析和解決大氣污染控制工程實(shí)際問題的實(shí)踐能力。3. 設(shè)計(jì)原始資料燃煤量：1550 kg

7、/h（臺(tái)）排煙溫度：150 空氣過剩系數(shù)：1.36煙氣出口處離地面：2.5m鍋爐型號(hào)：SZL10-1.6型，共3臺(tái)煙氣密度（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）：1.3 kg/m3排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：18%當(dāng)?shù)卮髿鈮海?8 kPa年平均氣溫：18.6；極端最高氣溫：39.9；極端最低氣溫：-1.9空氣含水（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：0.016 kg/m3煤的工業(yè)分析值：CY=67.85%；HY=4.12%；SY=2.52%；OY=5.56%；NY=1.22%；WY=10.30%；AY=16.12%；VY=12.08%粉塵粒徑分布：粒徑（m）15258155835131含量（%）3.64.859.227.14.21.

8、1按鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13271-2001）中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：200 mg/m3二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：900 mg/m34.設(shè)計(jì)內(nèi)容1、基本物料衡算：計(jì)算燃煤鍋爐排煙量、煙塵濃度、二氧化硫濃度及凈化效率的計(jì)算；2、凈化系統(tǒng)工藝方案的確定；3、主要設(shè)備尺寸的計(jì)算；4、官網(wǎng)布置及計(jì)算：確定各裝置的位置及管道的布置，并計(jì)算各管段的管徑、長度、煙囪高度和出口內(nèi)徑及系統(tǒng)總阻力。5、風(fēng)機(jī)及電機(jī)的選擇設(shè)計(jì)：根據(jù)凈化系統(tǒng)處理的煙氣量、煙氣溫度及系統(tǒng)總阻力等的計(jì)算，選擇風(fēng)機(jī)種類、型號(hào)及電動(dòng)機(jī)的種類、型號(hào)和功率。6、編寫設(shè)計(jì)說明書，用CAD完成設(shè)計(jì)圖紙12份，需做

9、一份系統(tǒng)立面圖，可選做一份主要設(shè)備尺寸圖。 第二章 設(shè)計(jì)方案的確定2.1 物料衡算根據(jù)基礎(chǔ)資料計(jì)算煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度，除塵效率和脫硫效率。2.1.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量式中 CY，HY，SY，OY分別為煤中各元素所含的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量（空氣含濕量16g/m3）式中 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量，() ；WY煤中水分所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)，% ；NYN元素在煤中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，% 。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量式中 a空氣過量系數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量，；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量，。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量Q應(yīng)以計(jì)，因此，。2.1.4 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度式中 排煙中飛灰占煤中不可燃成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；AY煤中不

10、可燃成分的含量；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量，。2.1.5 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度式中 S煤中含可燃硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；2.2 工藝方案的比較和確定根據(jù)排煙性質(zhì)、經(jīng)工藝系統(tǒng)處理后的目標(biāo)要求及技術(shù)成熟度等其他方面，確定合理工藝流程，說明理由，并對(duì)工藝流程中各構(gòu)筑物單元的功能進(jìn)行詳細(xì)說明。 本次設(shè)計(jì)采用的是CCJ/A-10沖激式除塵器,它是濕式除塵器的一種。由除塵器本體、通風(fēng)機(jī)、溢流箱、排灰閥等部件組成。溢流箱解決了普通水箱無法達(dá)到均衡、自動(dòng)控制水位的欠缺。該除塵裝置具有凈化粉塵的同時(shí)，又能有效的去除煙氣中的二氧化硫的特點(diǎn)，且占地面積小，設(shè)備投資小因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、電廠輸煤系統(tǒng)、鍋爐采暖等領(lǐng)域中煙

11、塵及粉塵的控制。第三章 工藝計(jì)算3.1 除塵器設(shè)計(jì)除塵器應(yīng)達(dá)到的除塵效率式中 C標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度，；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下鍋爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值，。3.1.2除塵器工況下的煙氣流量 式中 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的煙氣流量，； 工況下煙氣溫度，K； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度，273K； P標(biāo)準(zhǔn)狀況下的壓強(qiáng)，101.325KPa； P工況下的壓強(qiáng)，Pa。則煙氣流速為： 除塵器的選擇與確定該燃煤廠鍋爐排放煙量不大，但其煙氣含塵濃度及含硫濃度都比較大，應(yīng)該考慮煙塵的粒徑分布、除塵效率、工況的煙氣流量及脫硫效率等確定除塵器的種類、型號(hào)及規(guī)格。煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排放量是200mg/m3，二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的二氧化硫排放量要

12、達(dá)到900mg/m3。本工藝方案是按鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13271-2001）中的二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)工況下的煙氣量20.29m3/s、煙氣溫度150及要求的除塵效率=93.01%確定除塵器：選用CCJ/A-10沖激式除塵脫硫器。型號(hào) 風(fēng)量（m3/h） 設(shè)備阻力（Pa） 除塵效率CCJ/A-10 8000-12000 1000-1600 99%脫硫率 設(shè)備凈重（Kg） 蒸發(fā)（Kg/h） 3580% 2292 耗水量 溢流（Kg/h） 300 排灰（Kg/h） 860 型號(hào) 4-72No5A通風(fēng)機(jī) 全壓（Pa）3240-2240 電動(dòng)機(jī) Y160M2-2 風(fēng)量（m3/h）7950-14

13、720 至斗底，由排灰閥自動(dòng)排出，以達(dá)到除塵脫硫的目的。含塵氣體通過進(jìn)風(fēng)管道進(jìn)入除塵器，首先氣流向下沖擊水面，部分較大的塵粒落入水中。氣流再以一定的速度通過“S”型通道時(shí)，激起大量的泡沫和水霧，使含塵、含硫氣體與液體充分接觸，粉塵被液滴捕獲，通過沖激吸收和二次逆向噴淋吸收，取得較高的脫硫除塵效率，捕集的粉塵與液滴一起落回儲(chǔ)液沉淀斗，沉淀至斗底，由排灰閥自動(dòng)排出，以達(dá)到除塵脫硫的目的。3.2 脫硫裝置設(shè)計(jì)脫硫裝置應(yīng)達(dá)到的脫硫效率式中 C標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣二氧化硫濃度，；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下鍋爐二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值，。SO2的去除是采用堿性液體吸收法。將CaO或Ca(OH)2配制成堿液，當(dāng)氣體進(jìn)入除塵器時(shí)采

14、用噴淋脫硫，煙氣和堿液充分混合接觸，SO2與液體中的堿性成分及水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而SO2被去除，以Ca(OH)2為例反應(yīng)式如下：2Ca(OH)2+SO2=CaSO31/2H2O+1/2H2O由于煙氣中含有氧氣，因此會(huì)發(fā)生如下氧化反應(yīng)：2CaSO31/2H2O+O2= 2CaSO41/2H2O以上反應(yīng)的生成物，隨粉塵一起沉降至灰斗，同灰渣一起用除灰機(jī)排出，達(dá)到凈化的目的。凈化后的氣體由氣水分離器脫水后從除塵器出口經(jīng)引風(fēng)機(jī)排至大氣。3.3 除塵脫硫設(shè)備、風(fēng)機(jī)和煙囪的位置及管道的布置3.1. 各裝置及管道布置的原則 根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況確定各裝置的位置。一旦確定了各裝置的位置，管道的布置

15、也就基本可以確定了。對(duì)各裝置及管道的布置應(yīng)力求簡單，緊湊，管路短，占地面積，并使安裝、操作和檢修方便。本方案的管道確定如圖所示。3.2. 管徑的確定式中 Q工況下管道內(nèi)的煙氣流量，； 煙氣流速，m/s，（可查有關(guān)手冊(cè)確定，對(duì)于鍋爐煙塵=1015m/s）。 取 v = 14 m/s 表一 管道規(guī)格外徑D/mm鋼制板風(fēng)管外徑允許偏差/mm壁厚/mm 500 1 0.75 圓整后取d =500mm，取鋼制板風(fēng)管壁厚 =0.75mm內(nèi)徑d1=500-0.75 x 2=498.5mm由公式 計(jì)算實(shí)際煙氣流速圖7 凈化系統(tǒng)管道布置圖3.4 煙囪的設(shè)計(jì)1. 煙囪高度的確定首先確定共用一個(gè)煙囪的所有鍋爐的總的

16、蒸發(fā)量（t/h），然后根據(jù)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定（表2）確定煙囪的高度。表2 鍋爐煙囪高度表鍋爐總額定出力/(t/h)1122661010202635煙囪最低高度/m202530354045鍋爐總的蒸發(fā)量/(t/h)：，則煙囪最低高度 45 m 。2. 煙囪直徑的計(jì)算煙囪出口內(nèi)徑可按下式計(jì)算： 式中 Q通過煙囪的總煙氣量，；按表3選取的煙囪出口煙氣流速，。取 v=4 m/s （見表3）(煙囪出口流速w=4m/s，自然通風(fēng)，全負(fù)荷時(shí))則圓整取d = 2.5 m 。表3 煙囪出口煙氣流速（m/s）通 風(fēng) 方 式運(yùn) 行 情 況全負(fù)荷時(shí)最小負(fù)荷機(jī) 械 通 風(fēng)102045自 然 通 風(fēng)6102.

17、53煙囪底部直徑 （m） 式中：d2煙囪出口直徑（m） H煙囪高度（m） i煙囪錐度（通常取i=0.020.03）。 取 i = 0.02 3.煙囪的抽力 （Pa）式中：H煙囪高度（m）； tk外界空氣溫度（）； tp煙囪內(nèi)煙氣平均溫度（）； B當(dāng)?shù)卮髿鈮海≒a）。3.5 系統(tǒng)阻力的計(jì)算1. 摩擦壓力損失 對(duì)于圓管， （Pa）式中： L管道長度（m）d管道直徑（m）；煙氣密度（kg/m3）；管中氣流平均速率（m/s）；摩擦阻力系數(shù)，是氣體雷諾數(shù)Re和管道相對(duì)粗糙度的函數(shù)。可以查手冊(cè)得到（實(shí)際中對(duì)金屬管道值可取0.02，對(duì)磚砌或混凝土管道值可取0.04）。1.1. 對(duì)于圓形管道直徑為500mm的

18、管道密度換算：摩擦壓力損失：1.2. 對(duì)于磚砌拱形煙道（如圖8）D=500mm ；故B=531mm ；則 (其中A為面積，X為周長)；圖8 磚砌拱形煙道示意圖因 A=0.3925m2 則 又 取 則 2. 局部壓力損失 （Pa）式中：異形管件的局部阻力系數(shù)，可在有關(guān)手冊(cè)中查到，或通過實(shí)驗(yàn)獲得； 與相對(duì)應(yīng)的斷面平均氣流速率（m/s）； 煙氣密度（kg/m3）。.1. 進(jìn)氣管部分局部水頭損失的計(jì)算1) 漸縮管 則 則 2) 90彎頭彎管兩個(gè)圓形90彎頭圓管直徑D=0.5m，取曲率半徑R=D，查表得則 3) 漸擴(kuò)管查三廢處理工程技術(shù)手冊(cè)廢氣卷625頁表17-23部分管件局部阻力系數(shù)，取=30，得則

19、則 5.2.2. 出氣管部分局部水頭損失的計(jì)算1) 90彎頭彎管三個(gè)圓形90彎頭圓管直徑D=0.5m，取曲率半徑R = D，查表得則 2) 三通管圖9 T形三通管示意圖a. 對(duì)于圖9所示的三通管，則 b. 對(duì)于T形合流三通管，則 系統(tǒng)總阻力計(jì)算（其中鍋爐出口前阻力800 Pa，除塵器阻力1200 Pa）3.6 風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)選擇及計(jì)算1. 風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計(jì)算式中 1.1風(fēng)量備用系數(shù)；Q標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)前風(fēng)量，m3/h；tp風(fēng)機(jī)前煙氣溫度， 。若管道不太長，可以近似取鍋爐排煙溫度；B當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，kPa。6.2. 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的計(jì)算式中 1.2風(fēng)壓備用系數(shù)；系統(tǒng)總壓力，Pa；Sy煙囪抽力，Pa；tp風(fēng)機(jī)前煙氣溫度；ty風(fēng)機(jī)性能表中給出的試驗(yàn)用氣體溫度，；y標(biāo)準(zhǔn)狀況下煙氣密度，1.34kg/m3。6.3. 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算式中 Qy風(fēng)機(jī)風(fēng)量，m3/h；Hy風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，Pa；1風(fēng)機(jī)在全壓頭時(shí)的效率（一般風(fēng)機(jī)為0.6，高效風(fēng)機(jī)為0.9）；2機(jī)械傳動(dòng)效率，當(dāng)風(fēng)機(jī)與電機(jī)直接傳動(dòng)時(shí)2=1，用聯(lián)軸器連接時(shí)2=0.950.98，用V形帶傳動(dòng)時(shí)2=0.95；電動(dòng)機(jī)備用系數(shù)，對(duì)引風(fēng)機(jī)，=1.3 。第