《大气污染控制工程》课程设计

课 程 设 计 任 务 书一设计目的通过本课程设计，掌握大气污染控制工程课程要求的基本设计方法；具备初步的大气污染控制工程方案及设备的独立设计能力；明确大气污染控制系统的设计过程，能够进行设计计算、工程绘图、查找与使用技术资料、编写设计说明书，从而培养环境工程专业学生综合运用所学的理论知识独立分析和解决大气污染控制工程实际问题的实践能力。二 设计资料广州某硫酸厂硫酸制造装置以浮选硫化铁矿尾沙为原料，采用接触法。生产工艺主要包括焙烧、净化、干燥、转化、吸收等工序，SO2转化率一般为97，SO3转化率为99.95。在生产过程中产生的废气包括SO2、NOx、As、硫酸气溶胶等，以SO2为主要污染物。SO2在低温、潮湿的静风天气下，形成了含有硫酸和硫酸盐的气溶胶，在近底层聚集，严重危害人类的呼吸系统，会造成严重的危害。所以对硫酸厂的废气处理非常的必要。1、烟气处理量 50000m3/h2、烟气中含二氧化硫 0.30.453、吸收剂 氨水4、二氧化硫吸收率 955、中间产品 亚硫酸氢铵溶液6、吸收塔气液比为2000（由于烟气脱硫中烟气量大，常采用较大的气液比操作）7、吸收塔循环液量为50m3/h8、设硫酸厂烟气吸收后的中间产物：NH+10mol/L； HSO3-7.5mol/L；SO32- + HSO3-9mol/L9、设脱硫后烟气中NH3为90mol/m310、吸收段温度505511、吸收塔液泛气速为4.3m/s课 程 设 计 任 务 书三设计内容和要求1二氧化硫回收量的计算、吸收剂（NH4）2SO3的用量、排出的中间产物（NH4）2SO3NH4HSO3水溶液量。2塔设备的工艺计算。主要有塔径、堰长、板间距、塔板结构的运算。3塔板校核。主要是检验所选经验数据的正确度，确保塔板能稳定操作。4烟囱的设计，泵和风机的选型。5主要设备及其参数。6编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写、包括方案的确定，设计计算、设备选择和有关设计的简图等内容。课程设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分，文字应简明、通顺、内容正确完整，书写工整、装订成册。7图纸要求(1)平面布置图1张。图应按比例绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。在平面布置图中应有方位标志(指北针)。(2)高程图1张 。图应标高，图中设备管件应标注编号。锅炉房及锅炉的绘制可以简化，但应能表明建筑外形和主要结构型式。(3)主要设备图1张。图应详细标注。并附明细表。8排版要求课程设计中各部分内容的字体、字号、行间距、图形、表格、标题编排等排版格式，按照环境工程教研室的统一要求进行。9装订要求封面，任务书，目录，正文（设计说明书、设计计算书、心得体会）、参考文献、附图四主要参考文献1邝生鲁主编，化学工程师技术全书，化学工业出版社，2002年3月第一版2化工部环境保护设计技术中心站编写，化学环境保护设计手册，化学工业出版社，1998年6月第一版3刘天齐主编，三废处理工程技术手册（废气卷），化学工业出版社，1999年5月第一版4杨凤林等译，环境工程计算手册，中国石化出版社，2003年6月第一版5肖文德等编著，二氧化硫脱除与回收，化学工业出版社，2001年5月第一版6杨飏编著，二氧化硫减排技术与烟气脱硫工程，冶金工业出版社，2004年1月第一版7魏先勋主编，环境工程设计手册，湖南科学技术出版社，2002年7月第一版目 录1前言41.1概况41.2设计依据与设计原则41.3工艺原理及初始数据51.4设计范围61.5工艺流程61.6NADS氨法烟气脱硫工艺技术优势71.6.1完全资源化71.6.2脱硫副产品价值高71.6.3脱硫装置可靠71.6.4装置设备占地小81.6.5适应环保更高要求82设计计算及说明82.1SO2的计算82.2塔设备设计计算82.2.1塔径82.2.2塔板间距HT82.2.3.堰长及降液管设计92.2.4.浮阀布置102.2.5.压降112.2.6.液泛（淹塔情况）112.2.7雾沫夹带计算112.2.8负荷上限（泛塔控制）112.2.9负荷下限（漏液控制）122.3烟囱设计122.3.1.烟囱出口直径122.3.2 求烟柱抬升高度122.3.3烟囱高度h132.4通风机的选择132.5泵的选择142.5.1循环泵的选择142.5.2酸性泵的选择153参考文献164心得体会165致谢171前言1.1概况广州某硫酸厂硫酸制造装置以浮选硫化铁矿为原料，采用接触法。生产工艺主要包括焙烧、净化、干燥、转化、吸收等工序，SO2转化率为99.99%。在生产过程中产生的废气包括SO2、NOX、As、硫酸气溶胶等，以SO2为主要污染物。SO2在低温、潮湿的静风天气下，形成了含有硫酸和硫酸盐的气溶胶，在近底层聚集，严重危害人类的呼吸系统，会造成严重的危害。所以对硫酸厂的废气处理非常的必要。1.2设计依据与设计原则1.2.1设计原则1、严格执行环境保护的各项规定，确保经处理后的废气达到有关排放标准。2、采用国内技术成熟，运行可靠，操作管理简单的工艺，尽量降低工程投资和运行费用。3、平面布置和工程设计时，布局力求合理，尽量节省占地。4、尽量使操作运行与维护管理简单方便。1.2.2设计依据根据GB16297-1992设计计算及说明规定SO2排放量应该mg/L，特选用新型氨酸法NADS氨法。氨酸法是将吸收SO2后的吸收液用酸分解的方法，应用最多的酸是硫酸。氨酸法在30年代就已应用于工业生产，具有工艺成熟、设备简单、操作方便等优点，其副产品是化肥，实用价值高。NADS氨法用氨水作为SO2的吸收剂，采用大孔径浮阀塔作为吸收塔，并利用多段吸收提高吸收效率与产品浓度。与其它碱类相比，吸收塔用酸分解后的回收100%的SO2,并得到副产品化肥，脱硫效率高，SO2的去除率可达98%以上，回收价值高。1.3工艺原理及初始数据1.3.1工艺原理NADS氨法主要包括三个步骤：SO2的吸收、吸收液的酸解和过量酸的中和。将氨水通入吸收塔中，使其与含SO2的废气接触，发生吸收反应，主要反应为：NH3+H2O+SO2NH4HSO32NH3+H2O+SO2(NH4)2SO3(NH4)2SO3+H2O+SO22NH4HSO3随着吸收过程的进行，循环液中的NH4HSO3增多，吸收能力下降，需补充氨使部分NH4HSO3转变为(NH4)2SO3：NH4HSO3 + NH3(NH4)2SO3当吸收塔吸收液中S/C达到0.80.9时，即可将吸收液自循环吸收系统导出一部分，送入分解塔中用硫酸进行分解。一般用硫酸分解，所得副产品除高浓度SO2外，还有可做化肥的硫酸铵。反应方程式如下：(NH4)2SO3+H2SO4(NH4)2SO4+SO2+H2O2NH4HSO3+H2SO4(NH4)2SO4+2SO2+2H2O中和反应为：H2SO4+2NH3(NH4)2SO41.3.2初始数据1、烟气处理量 50000m3/h2、烟气中含二氧化硫 0.30.453、吸收剂 氨水4、二氧化硫吸收率 955、中间产品 亚硫酸氢铵溶液6、吸收塔气液比为2000（由于烟气脱硫中烟气量大，常采用较大的气液比操作）7、吸收塔循环液量为50m3/h8、设硫酸厂烟气吸收后的中间产物：NH+10mol/L； HSO3-7.5mol/L；SO32- + HSO3-9mol/L9、设脱硫后烟气中NH3为90mol/m310、吸收段温度505511、吸收塔液泛气速为4.3m/s1.4设计范围设计从烟气发生点到烟囱，包括大孔径浮阀塔，烟囱、风机，泵等部分。1.5工艺流程锅炉引风机（或脱硫增压风机）来的烟气，经换热降温至100左右进入脱硫塔后用氨化液循环吸收生产亚硫酸铵；脱硫后的烟气经除雾净化如再热器（可用蒸汽加热或气气交换器）加热至70左右进入烟囱排放。脱硫塔为喷淋大孔径浮阀塔，吸收剂氨水与吸收液混合进入吸收塔。吸收形成的亚硫酸铵在吸收塔底部氧化成硫酸铵溶液，再将硫酸铵溶液泵入过滤器，除去溶液中的烟尘后送入蒸发结晶器中蒸发结晶，生成的结晶浆液流入过滤离心机分离得到固体硫酸铵（含水量（2%3%）。固体硫酸铵在进入干燥器，干燥后的成品入料仓进行包装，即可得到商品硫酸铵化肥。脱硫分吸收、分解、中和三个步骤。为了制备硫酸铵，需要制备出高浓度的亚硫酸铵和亚硫酸铵母液，根据气液平衡关系，需要采用两段氨法吸收，在第一吸收段中，吸收母液可以维持较高的NH4HSO4浓度，以满足制取硫酸铵产品的要求。在第二吸收段中，吸收母液浓度较低，保证较高的SO2吸收率。因此，NADS氨法很好的解决了SO2吸收率及母液产品的浓度。脱硫塔 吸收 氧化再热器工艺水锅炉烟气来自增压风机空气硫铵装置商品硫铵图1 工艺流程图1.6NADS氨法烟气脱硫工艺技术优势1.6.1完全资源化NADS脱硫技术将回收的二氧化硫、氨全部转化为硫酸铵化肥(也可根据当地的条件副产其它产品)，不产生任何废水、废液和废渣二次污染，是一项真正意义上的将污染物资源化并且符合循环经济要求的技术。1.6.2脱硫副产品价值高因为NADS脱硫技术室回收法，副产品附加值的产品，可使氨增值，所以氨法脱硫的运行费用小，煤中含硫量越高，运行费用越低。脱硫装置的运行过程既是硫酸铵的生产过程，每吸收1t二氧化硫需消耗0.5t氨并可生产2t硫酸铵。1.6.3脱硫装置可靠氨法为气液两相反应，反应性活性强，具有较大的化学反应速率，脱硫剂及脱硫产物皆为澄清的溶液无积垢无磨损。氨法更容易实现自动控制，使控制操作简单易行，脱硫效率可稳定在90%以上。其次，氨法采用了先进的重防腐技术，并选用可靠的材料和设备，使装置可靠性高达98.5%，日常维护量少，且节约维修费用。1.6.4装置设备占地小氨法脱硫装置无需原料预处理工序，脱硫副物的生产过程相对比较简单，装置总配置的设备在30台套左右，且处理量较少，设备选型无需太大。1.6.5适应环保更高要求氨法脱硫的吸收剂为氨，氨对NO同样有吸收作用。另外脱硫过程中形成的亚硫酸铵对NO还具有还原作用，所以氨法脱硫的同时也可实现脱销的目的，减轻温室效应。2设计计算及说明2.1SO2的计算 SO2的回收量为：500000.45%95%=213.75m3/h2.2塔设备设计计算2.2.1塔径取气速为泛点气速的80%则由化工工艺设计手册知：当塔径大于1m时，间隙按0.2m进行圆整，则D=2.4m由得L=25m3/h由化工工艺设计手册知，塔径在800mm以上选板式塔。由液体负荷与板上流的关系知：L5s 自上校核初步认为塔径取2.4m是合理的。2.2.3.堰长及降液管设计堰长lw=0.726D=0.7262.4=1.7424m求how由图液体收缩系数查得E=1.015液面梯降由图弓形的宽度与面积得Wd=0.3744mZ1=D-2Wd=1.2-20.3744=0.7488mhf=2.5hL=2.50.09=0.225查化学工艺设计手册得：60%氨水的密度/m3粘度4210-69.80665=0.42CP （可省略）求hL设hL=0.08m，hw=hL-how=0.09-0.0169=0.631取hw=62mm则hL=hw+how=0.062+0.0169=0.0789mhL再求h0假设h0比hw低15mm则h0=hw-0.015=0.047m故取h0=45mm2.2.4.浮阀布置F0为阀孔动能因素，为孔速取F0=11，阀数N按公式按JB1205-80标准，取中心距t=65mm，得到N=530个孔速每层板上孔的面积2.2.5.压降由公式阀片全开后液层有效阻力hl=0.5hL=0.50.0789=0.03945m液柱hp=hc+hL=0.194+0.03945=0.233452.2.6.液泛（淹塔情况）液相通过降液管底部的压力降液管内液面高度故不会淹塔2.2.7雾沫夹带计算2.2.8负荷上限（泛塔控制）淹塔控制时Hd（max）=0.5(HT+hw)=0.5(0.6+0.62)=0.331m液柱hp=Hd-hL-hd=0.331-0.0889-0.00011=0.242m液柱hc（max）=hp-0.5hL=0.242-0.50.0889=0.242m液柱负荷上限为64%时仍能满足生产要求，如需要更大负荷，可适当增大板间距或减少塔板间距2.2.9负荷下限（漏液控制）漏液控制时取Fomin=5，则 Vhmax=5000021.85%=10.926.57%2.3烟囱设计2.3.1.烟囱出口直径通过烟炉烟气量，由接入烟囱的全部炉子在额定负荷想运行时的情况而 定，m3/hW烟囱的出口烟气速度,m/s，取15m/s2.3.2 求烟柱抬升高度 W烟囱出口处平均风速，按各地气象条件选用工业锅炉污染物排放控制指标制定中按W=3m/s计算t烟囱出口处烟气温度，烟气出口处温度与大气温度之差，,大气常年平均温度按各地气象条件选用，一般地区可取15202.3.3烟囱高度hh烟囱高度，m M有害物质排放量，g/sCx垂直方向的大气扩散系数Cy水平方向的大气扩散系数，工业锅炉污染物排放控制指标制定中可按.0计算Cmax地面空气中有害物允许最大浓度日平均值，根据TJ36工业企业设计卫生标准的标定对飘尘和SO2均取Cmax=0.15mg/m32.4通风机的选择选用圆形通风机管道直径280mm，查表知v取8m/s，则风量D风管直径，mV风速，m/s查化学工艺设计手册知：圆形风管及配件钢板厚度为0.5mm，圆形风管法兰材料规则为254l=60mm无缝钢管，即查图沿程阻力摩擦阻力=0.0205查表各种管件阀门和流量计以管径计的当量长度得三通管为物料在炉管中流动总阻力，Pad管子内径，ml管内通道长度，m流体在操作状态下的平均密度，kg/m3v流体在操作状态下的平均速度，m/s由通风机技术性能和主要用途选择型号为T4-72的离心通风机。它的主要性能参数：风压范围/Pa 1803000，风量范围/m3.h-1 79479015,功率范围/KW 0.7575 输送介质温度t/ 2.5泵的选择选择泵的配管为无缝钢管，其直径为280mm，根据泵的配管要求，泵的吸入口处有水平布置的弯头时，应在吸入口和弯头之间设一段直管段，设计为单吸吸入，单吸吸入所设置的弯头之间设一段直管段，设计为单吸吸入，单吸吸入所设置的管段长度为5m，远大于3倍管径。选择泵的参数应按工艺要求的最大流量和最大流程再乘以附加泵的安全系数的数值为根据附加值为10%。2.5.1循环泵的选择泵的流量 Q=1.1Qmax=1.150=55m3/h ,该流动类型为湍流无缝钢管，查图沿程摩擦阻力得=0.0225管道总长度为62m查表各种管件阀门和流量计以管径计的当量长度的三通管得总阻力损失泵的扬程水位差最大值为25mH=1.1Hmax=1.1（25+0.162）=27.68m氨水=0.203MPa=20.35m清水IS型离心泵适用于工矿企业、城市给水、排水和农田排灌供输送清水或物理化学性质类似于清水的其他类型。它的性能范围：流量Q为6.3400m3/h,流程H为5125m，可知这类泵是适合的。查IS型泵的单级单吸离心泵工作性能表得到具体型号为IS100-80-160,转速n=2900r/min,该泵的主要性能参数为：允许汽蚀余量为NPSHr=4.0m，效率=78%,轴功率为11.2KW，所配电动机型号为Y160M2-2,功率为15KW。2.5.2酸性泵的选择泵的流量 Q=1.1Qmax=1.150=55m3/h,该流动类型为湍流无缝钢管，查图沿程摩擦阻力得=0.0225管道总长度为160m查表各种管件阀门和流量计以管径计的当量长度的三个90弯头得总阻力损失泵的扬程水位差最大值为105mH=1.1Hmax=1.1（105+0.403）=116m氨水=0.853MPa=85.28m清水查IS型泵单级单吸离心泵工作性能表得到具体型号为IS100-65-315,转速为n=2900r/min,它的主要参数为允许汽蚀余量为NPSHr=3.6m，效率=66%,轴功率为51.6KW，所配电动机型号为Y280S-2,功率为15KW。3参考文献1邝生鲁主编，化学工程师技术全书，化学工业出版社，2002年3月第一版2化工部环境保护设计技术中心站编写，化学环境保护设计手册，化学工业出版社，1998年6月第一版3刘天齐主编，三废处理工程技术手册（废气卷），化学工业出版社，1999年5月第一版4杨凤林等译，环境工程计算手册，中国石化出版社，2003年6月第一版5肖文德等编著，二氧化硫脱除与回收，化学工业出版社，2001年5月第一版6杨飏编著，二氧化硫减排技术与烟气脱硫工程，冶金工业出版社，2004年1月第一版7魏先勋主编，环境工程设计手册，湖南科学技术出版社，2002年7月第一版8 中国石化集团上海工程有限公司编，化工工艺设计手册下，化工工业出版社，2003年8月第一版4心得体会课程设计是一个将书本上的理论知识运用于实际问题的平台。通过这次的课程设计，它使我们掌握大气污染控制工程课程要求的基本设计方法；具备初步的大气污染控制工程方案及设备的独立设计能力；明确大气污染控制系统的设计过程，能够进行设计计算、工程绘图、查找与使用技术资料、编写设计说明书的能力。这对于培养我们环境工程专业学生综合运用所学的理论知识独立分析和解决大气污染控制工程实际问题的实践能力具有十分重要的作用。这次的课程设计还使我明白了自己有许多不足，在很多方面都需要继续努力！5致谢在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做的更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。最后再一次感谢所有在课程设计中曾经帮助过我的良师益友。 17