大气污染课程设计--高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计

大气污染控制工程课程设计前言今天，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。随着国民经济的发展，能源的消耗量逐步上升，大气污染物的排放量相应增加。而就我国的经济和技术发展就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。我国的大气污染仍将以煤烟型污染为主。因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和二氧化硫危害的关键问题。我国随着经济的快速发展，因燃煤排放的二氧化硫、颗粒物等有毒有害的污染物质急剧增多。空气污染以煤烟型为主，主要污染物是二氧化硫和烟尘。据统计，1990年全国煤炭消耗量10.52亿吨，到1995年煤炭消耗量增至12.8亿吨，二氧化硫排放量达2232万吨。超过欧洲和美国，居世界首位。由于我国部分地区燃用高硫煤，燃煤设备未能采取脱硫措施，致使二氧化硫排放量不断增加，造成严重的环境污染。如不严格控制，到2010年我国煤炭消耗量增长到15亿吨时，二氧化硫排放量将达2730万吨3。 因而已经到了我们不得不面对的时候，我们这里我们将用科学的态度去面对去防治。1设计任务1.设计题目 SHS20-25型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计2.设计原始资料锅炉型号：SHS20-25 即，双锅筒横置式室燃炉（煤粉炉），蒸发量20t/h，出口蒸汽压力25MPa设计耗煤量：2.4t/h设计煤成分：CY=72% HY=6% OY=4% NY=1% SY=3% AY=10% WY=4% ；VY8 属于高硫无烟煤 排烟温度：160空气过剩系数1.25飞灰率29 烟气在锅炉出口前阻力800Pa污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度150m，90弯头20个。3.设计内容及要求（1）根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量，烟尘和二氧化硫浓度。（2）净化系统设计方案的分析，包括净化设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；净化效率的影响因素等。（3）除尘设备结构设计计算（4）脱硫设备结构设计计算（5）烟囱设计计算（6）管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择（7）根据计算结果绘制设计图，系统图要标出设备、管件编号、并附明细表；除尘系统、脱硫设备平面、剖面布置图若干张，以解释清楚为宜，最少4张A4图，并包括系统流程图一张。2燃料计算2.1 烟气量的计算表1-1 1Kg煤燃烧为基础的烟气量计算表成分质量/g摩尔数/mol需氧量/mol生成物/molC720606060H60601530O402.5-1.25-S300.93750.93750.9375N100.714-W402.222-2.222A100-V80-1.标准状态下的理论需氧量:=60+15-1.25+0.9375=74.68752.理论烟气量：=60+30+0.9375+2.22+74.67853.76=373.98453.理论空气量：4.实际烟气量: =5.标态下总烟气量为：设计耗煤量6.工况下烟气量为：2.2 烟气浓度的计算标准状态下的烟气含尘浓度 (m3/) 式中：排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数； 煤中不可燃成分的含量； 标准状态下实际烟气量，m3/kg。 所以 2.3二氧化碳浓度的计算SO2 浓度 ：(/ m3)式中：煤中硫的质量分数标准状态下燃煤产生的实际烟气量 m3/。故 3除尘器的选择及计算3.1除尘器的效率及影响因素3.1.1除尘器的效率根据工况下烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率来确定除尘器（袋式除尘器）式中： 标准状态下锅炉烟尘排放标准中的规定值； 标准状态下烟气的含尘浓度。所以除尘效率：3.1.2影响因素滤料及除尘滤袋 滤料（袋）是袋式除尘器的核心部件，“核心”主要体现在几个方面：一是费用比例高：对高温烟气袋式除尘器而言，滤料的费用约占全部投资的三分之一左右；二是作用重要：排放浓度的达标和除尘器阻力、寿命等重要指标的优劣都要靠滤料（袋）的性能来实现；三是故障率高，而且大多数除尘器的故障最终都表现在滤料上。因此除尘滤袋的选择和应用技术就尤为重要。关于滤料的技术包括：滤料配方（各成分配比）、纤维制造、滤料结构、加工工艺、后处理工艺、滤袋缝制工艺、滤料选择和使用等几个方面。作为从事除尘工艺或设备设计的技术人员，虽然不需要掌握滤料全部知识，但对其做比较详细的了解是非常必要的，特别是各种滤料的使用条件和适用范围等重要性能指标及其随着使用时间的变化、滤料失效形式及原因等的熟悉程度，从某种程度上决定着除尘项目的成败。清灰技术 清灰系统可以比作人的“消化器官”，其重要性不言而喻。从技术的成熟度和应用的广泛性上看，脉冲清灰是清灰技术的主流和趋势，这类除尘器又分为两大基本类型：固定行喷吹和回转喷吹，国外燃煤电厂80%以上应用的是固定行喷吹技术。清灰技术的研究主要是解决清灰系统的操作参数和结构参数的设计问题。对固定行喷吹袋式除尘器而言，主要是确定以下参数：1.结构参数：电磁脉冲阀类型和规格、气包规格、喷吹管、喷吹管上喷孔规格、喷孔到袋口的距离等。2.操作参数：电脉冲宽度、清灰压力（气包内压力）、脉冲间隔等。其中结构参数是在设计阶段就确定下来的；操作参数是在调试阶段进行整定的，而且随着除尘器运行时间的变化，会对操作参数进行调整，以适应不断变化的工况条件。3.2 除尘器形式的选择袋式除尘器是使含尘气体通过滤袋滤去其中离子的分离捕集装置，是过滤式袋式除尘器中一种，其结构形式多种多样，按不同特点可分为圆筒形和扁形；上进气和下进气，内滤式和外滤式，密闭式和敞开式；简易，机械振动，逆气流反吹，气环反吹，脉冲喷吹与联合清灰等不同种类,其性能比较如下表：表31除尘种类的性能比较除尘种类除尘效率%净化程度特点简易袋式30中净化机械振动袋式90中净化要求滤料薄而光滑，质地柔软，再过滤面上生成足够的振动力。脉冲喷吹袋式99细净化清灰方式作用强度很大，而且其强度和频率都可以调节，清灰效果好气环式袋式99细净化适用高湿度、高浓度的含尘气体，造价较低，气环箱上下移动时紧贴滤袋，使滤袋磨损加快，故障率较高通过比较最终决定选用袋式除尘器，由于本设计处理烟气量较大及不同型式的袋式除尘器的优缺点，最终决定选用脉冲喷袋式除尘器。并采用下进气的方式。3.3脉冲袋式除尘器的工作原理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积尘的除尘装置。具有除尘效率高、处理能力大等优点，是一种新型高效除尘器1。脉冲袋式除尘器主要有上体箱、中体箱、下体箱和控制器等组成。含尘气体由进口进入装有若干滤袋的的中部箱体，由外向里经过滤袋，使气体得到净化，粉尘被阻隔在滤袋表面箱体，由排气口排出。待经过一定的过滤周期，进行脉冲喷吹清灰。每排滤袋上都装有一根喷吹射管，经脉冲阀与压缩空气气包相连，喷射管上的喷射孔与每条滤袋相对应。有控制器定期发出脉冲信号，通过控制阀使各脉冲阀顺序开启，。此时与该脉冲阀相连的喷射管与气包相连，高压空气以极高速度从喷射孔喷出，在高速气流周围形成一个比喷冲气流打57倍的诱导气流，一起经过文氏管进入滤袋，使滤袋急剧膨胀，引起冲击振动，同时产生瞬间反向气流，将附着在滤袋外边面上的粉尘吹扫下来，落入灰斗，并经排灰阀排出。各滤袋依次轮流得到清灰2。3.4 滤料的选择滤料是组成袋式除尘器的核心部分，其性能对袋式除尘器操作有很大的影响。选择滤料时应考虑含尘气体的特征，如颗粒和气体的性质。滤料特性除与纤维本身的性质有关外，还与滤料表面结构有关。袋式除尘器的滤料种类较多，按滤料材质分，有天然纤维、无机纤维和合成纤维等；按滤料结构分，有滤布和毛毡两类。由于该设计中含尘气体是锅炉烟气，出口温度为160，温度在410K530K之间，通过参考各种相关资料和综合分析，最终选择了玻璃纤维作为滤料1。3.5 除尘器的尺寸设计3.5.1 过滤面积的计算过滤面积，；处理流量，m3/h； 滤料过滤速度，取2m/min。即过滤面积为：取A=330m23.5.2确定滤袋的数量取滤袋直径D=200mm，高L=4.0m。则单条滤袋的面积为：。滤袋的数量：为了计算简便，可取。将除尘器分为4个工作室，每个工作室滤袋采用56长方形排列。设同组滤袋之间近距离为50mm，组与组之间以及滤袋与外壳之间的距离为600mm，从而可得每个工作室的横截面尺寸为26502400。可设灰斗高度为3000mm。灰斗底部出口为距地面为1000mm。4 脱硫设备结构设计计算4.1 湿式石灰法脱硫工艺湿式石灰/石灰石法脱硫最早由英国皇家化学工业有限公司在20世纪30年代提出，目前是应用最广泛的脱硫技术。在现代的烟气脱硫工艺中，烟气用含亚硝酸钙和硫酸盐的石灰石和石灰浆液洗涤，SO2与浆液中的碱性物质发生化学反应生成亚硫酸盐和硫酸盐，新鲜的石灰石和石灰浆液不断地加入脱硫液的循环回路1。湿法烟气脱硫过程是气液反应，其脱硫反应速率快，脱硫效率高，钙利用率高，在钙硫比为1时，可达90以上的脱硫效率，主要适合用于大型燃煤电站锅炉的烟气脱硫。湿式石灰/石灰石法脱硫是用石灰石和石灰浆液吸收烟气中的SO2，分为吸收和氧化两个阶段。先吸收生成亚硫酸钙，然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙即石膏2。4.2运行参数的选择和设计运行PH值9；烟气流速：15m/s,本设计取3m/s；石灰/石灰石浆质量浓度：10%15%；除雾器残余水分75；脱硫石膏含水率4060；脱硫系统阻力：25003000pa4.3石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术主要特点主要设备有：吸收塔、循环泵、除雾器和再热器1。优点：技术成熟；脱硫效率高，可达95%以上；烟气处理量大；煤种适应性强，对高硫煤优势突出；吸收剂利用率高；缺点：设备腐蚀；易于结垢、堵塞；投资费用高；占地面积大，耗水量相对较大，有少量污水排放。4.4 石灰石的消耗量4.4.1二氧化硫物质的量：式中：SO2物质的量，mol/h； 原烟气中SO2含量，mg/m3； 脱硫效率，取94； SO2的分子量。即 。4.4.2石灰石的消耗量可由下式计算： 式中： 钙硫比，取1.03； 石灰石纯度，92； M碳酸钙分子量。则 4.4喷淋塔内的烟气流量假设烟气经过再热器后在喷淋塔内平均温度为75，则喷淋塔内烟气流量为：式中：喷淋塔内烟气流量，m3/h； 标况下烟气流量，m3/h； P塔内压力，KPa； t塔内温度。故 4.5吸收浆液量气液比一般在25，取气液比L/G为10，则供应吸收浆液量为：=。4.6 喷淋塔径的计算本设计中选择喷淋塔内烟气流速v=3m/s，则喷淋塔直径D0为：m式中：工况下气体的体积流量，； 喷淋塔内的烟气流速，。则 4.7喷淋塔高度计算4.7.1吸收区高度入口烟道到第一层喷淋层的距离为3米，选择喷淋塔喷气液反应时间t=3s，则喷淋塔的吸收区高度为：m设4层批喷淋层，层间距为2米。4.7.2除雾区高度除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最上层喷淋层3m，除雾器到吸收塔的出口距离为1米，则除雾区的总高度为H2=4米。4.7.3浆池高度浆池容量按液气比浆液停留时间t1确定式中：浆池的容量，；浆液量； ；浆液停留时间，s；一般t1为4min8min，本设计中选择4min，则浆池容量为：。选取的浆池直径D0为3.0m，然后再根据V1计算浆池高度：式中：h0浆池高度，m； V浆池容积，m3； D0浆池直径，m； 则浆池的高度： 取6.7米。4.7.4 喷淋塔总高度喷淋塔由吸收区、除雾区、浆池和烟气进出口高度四部分组成，则喷淋塔高度为：。5 烟囱的设计5.1 烟气热释放率的计算式中：烟气热释放率，KW； 大气压力，1013.25hpa； 烟气出口温度，（273+120）K；环境大气温度，（273+20）K。所以有 。5.2 烟气抬升高度的计算具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量,且温度高于周围气温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。这相对增加了烟囱的几何高度。 由于1700kw ，所以 式中：H烟气抬升高度，m； 烟气出口速度，m/s； 烟囱的内径，m； 环境的平均风速，取4m/s。则有 。5.3 烟囱的有效高度设脱硫效率为94，则可得排放烟气中的SO2的浓度： 烟囱的有效高度，m；源强，mg/s；国家标准最大落地浓度，二级，0.15mg/m3；环境本地浓度，0.075mg/m3；环境平均风速，4m/s；取0.8。则 。取烟囱的几何高度为Hs=40m。5.4烟囱的内径计算烟囱的出口内径可按下式计算：烟囱的出口内径，m；通过烟囱的烟气流量，m3/h；烟气流速，取10m/s。则 。 取d=1.2m。烟囱的底部内径：。（i为烟囱的锥度，取0.02）5.5 校核数据5.5.1计算净烟气中的SO2浓脱硫效率为94，则可得排放烟气中的SO2的浓度： ，达到排放标准。5.5.2 SO2的排放速率SO2的排放速率：。符合标准。5.5.3地面最大浓度SO2地面最大浓度可按下式计算：式中：地面最大浓度，mg/m3； SO2排放浓度，g/s； 环境风速，4m/s； 取值0.8。则SO2的地面最大浓度为：查环境空气质量标准，二级标准的时平均值SO2浓度为0.15mg/m3。取当地的本地浓度为0.075mg/m3,则+0.075=0.141mg/m30.15mg/m3，符合标准。5.5 烟囱的阻力式中： 烟囱的阻力，Pa； 烟囱的平均直径，m； 烟囱几何高度,m； 烟气密度，0.9kg/m3； 烟囱内流体流速，m/s； 摩擦阻力系数。烟囱采用砖砌管，其摩擦阻力系数为0.04，则烟囱阻力为：6 管道系统的设计6.1管道布置原则根据锅炉运行情况和锅炉的实际情况确定各装置的位置。一旦去确定了各装置的位置，管道的布置也就基本确定了。对各装置及管道的布置应力求简单、紧凑、管路短、占地面积少，并使安装、操作和检修方便。6.2 管径的确定管径由下式确定:式中: 管道内烟气流量，m3/s； 管道内烟气流速，取15m/s。则管径为：，选取规格为1000mm1mm的钢板制风管，其内径为：100021=998mm。管内的实际流速为：。6.3 摩擦阻力损失管道为金属圆管，可按下式计算：式中： 管道长度，m/s； 管道的直径，m； 管道中烟气的实际流速，m/s； 金属管道的摩擦阻力系数，取0.02； 烟气的密度，0.9kg/m3。于是，。6.4 局部阻力损失有90弯头20个，则总的局部阻力损失为：式中： 弯头的阻力系数，0.23。 。6.5 系统总阻力计算由任务书知锅炉出口前阻力为P4=800pa，设备阻力P5 =1000pa，机阻，则系统总阻力损失为： Pz=P1+P2+P3+P4+P5 =36+267.8+405.7+800+1200=2709.5pa。7 风机与电机的选型7.1 风机风量的计算风机的风量可按下式计算：式中： 风机的风量，m3/h； 管道系统的总通风量，m3/h； 安全系数，取0.1。故风机的风量为：=1.139474.4=43421.8m3/h。7.2 风机风压的计算风机的风压可按下式计算：=(1+0.2)2709.5=3251.4Pa。由上述计算，选择上海循特流体机械有限公司 Y8-39 10D锅炉引风机，其性能如下表：Y8-39 10D锅炉引风机性能表转速（r/min）全压（Pa）风量（m3/h）效率（）所需功率（KW）145029223412253305366682.3607.3 电动机功率的计算 注： 选用电机的型号为Y280S-4。结束语通过本次的课程设计，我学到了锅炉烟气除尘系统的设计步骤、湿法脱硫系统的设计步骤和需要注意的地方,包括排烟量及烟尘浓度的计算,净化系统设计方案的确定,除尘器的选择和确定运行参数,脱硫塔的相关设计运算、风机电机的选择以及管道系统的布置。我进一步了解了袋式除尘器和喷淋塔的构造、工作原理及其优缺点。在整个设计的过程中，我遇到了很多难题，向老师和同学求助得以解决。我深刻体会到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。同时我也发现，写论文和绘图工作都是一个学习的过程，从模糊的认识到自己操作，才慢慢的体会到实践对于学习的重要性。通过本次课程设计提高了我的逻辑思维能力以及对材料的整合和筛选能力，这对于我今后的研究和学习有很大的帮助，通过了整个课程设计方案的描述，让我更加全面的拓宽自己的思考能力。让我更加重视对实际工作的关注，有利于提高我的理论联系实际能力。通过这次学习，我知道了如何去自觉学习，如何去体验实践的成果，如何在实践中享受胜利的喜悦。对于我来说，独自完成课程设计是相当困难的，它的完成与老师和同学的合作是密不可分的，在共同的努力中我感受到了团队的合作力量，团队的温暖，工作的同时也增进了我们的友谊，我想我们每个人都会为我们共同努力的汗水所骄傲和自豪。总的来说，本次设计在严谨、求实中完成，这将对我的一生都有启迪和警示作用。由于本人经验不足，设计中不妥之处在所难免，恳请各位老师和同学提出宝贵的建议和意见，我会诚恳地接受并在今后的设计中改正。末了，允许我衷心的感谢在本课程设计中帮助我的老师和同学。参考文献1 郝吉明，马大广，王书肖.大气污染控制工程M.北京：高等教育出版社，2010：2112432 祁君田.现代烟气除尘技术M.北京：化学工业出版社，2008：4645873 童志权.大气污染控制工程M.北京：机械工业出版社，2006：2913004 环境空气质量标准(GB 30951996).第1页目录前言11设计任务22燃料计算32.1 烟气量的计算32.2 烟气浓度的计算32.3二氧化碳浓度的计算43除尘器的选择及计算43.1除尘器的效率及影响因素43.1.1除尘器的效率43.1.2影响因素43.2 除尘器形式的选择53.3脉冲袋式除尘器的工作原理63.4 滤料的选择73.5 除尘器的尺寸设计73.5.1 过滤面积的计算73.5.2确定滤袋的数量74 脱硫设备结构设计计算84.1 湿式石灰法脱硫工艺84.2运行参数的选择和设计84.3石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术主要特点84.4 石灰石的消耗量94.4.1二氧化硫物质的量：94.4.2石灰石的消耗量94.4喷淋塔内的烟气流量94.5吸收浆液量104.6 喷淋塔径的计算104.7喷淋塔高度计算104.7.1吸收区高度104.7.2除雾区高度104.7.3浆池高度114.7.4 喷淋塔总高度115 烟囱的设计115.1 烟气热释放率的计算115.2 烟气抬升高度的计算125.3 烟囱的有效高度125.4烟囱的内径计算135.5 校核数据135.5.1计算净烟气中的SO2浓135.5.2 SO2的排放速率135.5.3地面最大浓度145.54 烟囱的阻力146 管道系统的设计156.1管道布置原则156.2 管径的确定156.3 摩擦阻力损失156.4 局部阻力损失166.5 系统总阻力计算167 风机与电机的选型167.1 风机风量的计算167.2 风机风压的计算167.3 电动机功率的计算17结束语17参考文献18