某燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统设计 大气课程设计汇总

大 气 课 程 设 计 学校 洛阳理工学 院 指导老师 刘琼 姓名 徐亚楠 学号 B11070204 洛阳理工学院课程设计 论文 目 录 一 设计概况 3 1 1 设计目的 3 1 2 设计资料 3 1 3 设计内容及要求 4 二 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 4 三 净化系统设计方案的分析确定 6 四 除尘脱硫设备的比较和选择 7 4 1 除尘器的选择和设计 7 4 2 脱硫设备设计 9 五 管网的布置及计算 10 5 1 管道布置原则 10 5 2 管道管径计算 10 5 3 烟囱设计 11 5 4 系统阻力计算 13 6 风机和电机的选择设计 13 6 1 泵的选择 13 6 2 风机风量计算 14 6 3 风机风压计算 14 6 4 电机功率计算 15 七 总结 15 洛阳理工学院课程设计 论文 八 主要参考文献 16 摘要 目前 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 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 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 环境污染甚至已经直接影响到人们的身体健康 通过设计合适的除尘脱硫 系统对烟气进行处理 从而尽量使排放的烟气污染物浓度达标 而不至于 污染环境和危害人体健康 关键词 燃煤锅炉 除尘脱硫 课程设计 1 设计概况 1 1 设计目的 通过课程设计的综合训练 进一步消化和巩固本课程所学的内容 并 使所学的知识系统化 培养运用理论知识进行净化系统设计的初步能力 使我们掌握 大气污染控制工程 课程所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 锻炼我们查阅和收集专 业资料和设计手册的技能 培养我们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 通过设计 了解工程设计 的内容 方法及步骤 培养我们确定大气污染控制系统的设计方案 进行 设计计算 使用技术资料 绘制工程图 编写设计说明书的能力 1 2 设计原始资料 1 锅炉型号 SZL10 1 6 型 共 3 台 2 燃煤量 1550kg h 台 3 空气过剩系数 1 36 4 当地大气压 98kPa 5 飞灰占煤中不燃分比例 18 6 排烟温度 150 7 烟气密度 标态 1 3 kg m 3 8 烟气出口处离地面 2 5m 9 年平均气温 18 6 极端最高气温 39 9 极端最低气温 1 9 10 空气含水 标况 0 016 kg m3 11 烟气其他性质按空气计算 12 煤的工业分析值 CY 67 85 HY 4 12 OY 5 56 SY 2 52 AY 16 12 WY 3 83 13 烟气中烟尘颗粒粒径分布 14 按锅炉大气污染物排放标准 GB13217 2001 中二类区标 准执行 标准状态下烟尘浓度排放标准 200mg m 3 标准状态下 SO2浓度排放标准 900mg m 3 1 3 设计内容及要求 1 编写设计计算书 粒径 m 15 25 8 15 5 8 3 5 1 3 1 含量 3 6 4 8 59 2 27 1 4 2 1 1 洛阳理工学院课程设计 论文 设计计算内容包括以下几方面 1 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 2 净化系统设计方案的分析确定 3 除尘脱硫设备的比较和选择 确定除尘脱硫设备的类型 型号及 规格 并确定其主要运行参数 4 管网布置及计算 确定各装置的位置及管道布置 并计算各管段 的管径 长度 烟囱高度和出口内径及系统总阻力 5 风机及电机的选择设计 根据净化系统所处理烟气量 烟气温度 系统总阻力等计算选择风机种类 型号及电动机的种类 型号和功率 6 需要说明的其他问题 7 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 不少于 4000 字 2 绘制设计图 1 工艺流程示意图 1 平面布置图 应按比例绘制 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 在平面布置图中应有方位标志 指北 针 2 锅炉烟气除尘脱硫系统图 应按比例绘制 标出设备 管件编号 并附明细表 3 主要除尘脱硫设备剖面图 只需标出设备的主要性能参数 主要 尺寸 内部结构不用细画 二 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 燃煤量 1550 3 4650kg h 设 1kg 燃煤时 燃料成 分名称 可燃成 分含 量 可燃成 分的量 理论需 氧量 mol 烟气 中组 分 mol 洛阳理工学院课程设计 论文 C H O S 水 灰分 67 85 4 12 5 56 2 52 10 30 16 12 56 54 20 60 0 79 56 54 10 30 1 74 0 79 0 57 56 54 20 60 0 79 0 57 合计 65 89 1 标准状态下理论空气量 理论空气量 65 89 4 78 314 95 mol kg 标准状态下的体积为 314 95 22 4 10 3 7 06m3 kg 2 标准状态下理论烟气量 理论烟气量 65 89 3 78 56 54 20 6 0 79 0 57 327 56 mol kg 标准状态下理论烟气体积 327 56 22 4 10 3 7 34 m3 kg 3 标准状态下实际烟气量 在空气过剩系数 1 36 时 实际烟气量 7 34 7 06 1 36 1 9 88 m 3 kg 4650kg 煤的烟气量 4650 9 88 45949 44 m 3 h 4 工况下总烟气量 7196 310 325 842 759 3 hmhTQ 每台烟气量 71196 39 3 23732 13m 3 h 5 标准状态 SO2的浓度 0 79 64 103 9 88 5117 41 mg m32SOC 6 标准状态烟气浓度 161 2 10 3 18 9 88 2936 84 mg m3 7 实际烟气浓度 2936 84 423 273 101 325 98 4704 88mg m 3 8 除尘效率计算 75 98 20 4 1 Cs 式中 C 烟气含尘浓度 mg m 3N Cs 锅炉烟尘排放标准中规定值 200mg m 3N 9 脱硫效率计算 42 81 57 90 1 2 so 式中 C SO 2 标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中规定值 900 3 mg 洛阳理工学院课程设计 论文 SO2 标准状态下二氧化硫浓度 5 11741 103 sC 3 mg 三 净化系统设计方案的分析确定 本组资料中 燃煤锅炉为三台 粉尘捕集后的气体进入脱硫塔 以湿 式石灰石 石灰 石膏法进行脱硫处理 处理后的达标烟气通过风机的作用 从烟囱排放入大气中 工艺流程图见附图 脱硫除尘工艺比较选择 脱硫除尘工艺比较表 湿法 半干法 干法 脱 硫 工 艺 石 灰 石 石 膏 法 钠 法 双 碱 法 氧 化 镁 法 氨 法 海 水 法 喷 雾 干 燥 炉 内 喷 钙 循 环 流 化 床 等 离 子 体 脱 硫 效 率 9 0 9 8 9 0 9 8 9 0 9 8 9 0 9 8 9 0 9 8 7 0 9 0 7 0 8 5 6 0 7 5 6 0 9 0 9 0 可 靠 性 高 高 高 高 一般 高 一般 一般 高 高 结 垢 易 结 垢 不 结 垢 不 结 垢 不 结 垢 不 结 垢 不 结 垢 易 结 垢 易 易 不 结 垢 堵 塞 堵 塞 堵 塞 不 堵 塞 不 堵 塞 不 堵 塞 不 堵 塞 堵 塞 堵 塞 堵 塞 不 堵 塞 占 地 面 积 大 小 中 小 大 中 中 中 中 中 运 行 费 用 高 很高 一般 低 高 低 一般 一般 一般 一般 投 资 大 小 较 小 小 大 较 小 较 小 小 较 小 大 通过对脱硫除尘工艺 湿法 半干法 干法的对比分析 石灰石 石膏法工艺非常成熟 因此 本方案选用石灰石石膏法工艺 洛阳理工学院课程设计 论文 四 除尘脱硫设备的比较和选择 4 1 除尘器的选择 烟气的预除尘设备一般选用重力沉降室 惯性除尘器 旋风除尘器 多管旋风除尘器和喷淋洗涤塔等 表 4 1 该锅炉粉尘粒径分布表本性能 4 2 除尘设备的分类及基本性能 表 4 3 效率较高的除尘器对不同粒径粉尘的除尘效 通过粒径 风量等各方面的比较 旋风除尘器管理 制作方便 体积 小 价格便宜 因此 选用旋风除尘器的 XCZ 型组合旋风除尘器 4 1 1 旋风除尘器的结构设计及选用 1 尺寸计算 1 烟气处理量 Q 71196 39 m 3 h 粒径 m 15 2 5 8 1 5 5 8 3 5 1 3 1 含量 3 6 4 8 59 2 27 1 4 2 1 1 除尘器名 称 适用的粒 径范围 m 效 率 阻 力 Pa 设 备 费 运 行 费 重力沉降 室 50 50 50 130 少 少 旋风除尘 器 5 30 60 70 800 15 00 少 中 文丘里洗 涤器 0 5 1 90 98 4000 1 0000 少 多 电除尘器 0 5 1 90 98 50 130 多 中上 袋式除尘 器 0 5 1 95 99 1000 1 500 中上 多 0 5 5 10 10 20 10 44 44 长椎体旋风除 尘器 84 2 40 79 92 99 5 100 电除尘器 97 0 90 94 5 97 99 5 100 文丘里洗涤器 99 5 99 99 5 100 100 100 袋式除尘器 99 7 99 5 100 100 100 100 洛阳理工学院课程设计 论文 2 初步选用 XLP B 型旋风除尘器 处理烟气量大 将选用 11 个并 联 取 5 8 每个烟气处理量 71196 39 11 6472 4m 3 h u 2 P 0 5 2 900 1 3 5 8 0 5 15 45m s 在这里取 u 16m s P 876 900 Pa 进口面积 A Q u 6472 4 16 3600 0 1124m2 根据 XLP B 型旋风除尘器尺寸比例 入口宽度 b A 2 0 5 0 237m 筒体直径 D 3 33b 0 789m 参考 XLP B 型旋风除尘器产品系列 取 D 820mm 则是 XLP B 8 2 Y 型号 参数见表 XLP B 型旋风除尘器外形尺寸 3 选型论证 a b 0 1201 m2 入口风速 u Q A 14 98m s 旋风除尘器压力损失 P u 2 2 845 90 Pa XLP B 型旋风除尘器的分割粒径 分级效率和总效率的计算 dc 18 vr r0 p vto2 1 2 18 2 4 10 5 0 56 0 1715 2 1 103 22 44 1 2 2 97 m 平均粒 径 m 0 5 2 4 6 5 11 5 20 粒径分 布 1 1 4 2 27 1 59 2 4 8 3 6 分级效率 17 7 40 7 57 9 70 2 83 7 91 6 外形尺寸型 号 D H H1 H2 L W C C1 a a1 b b1 D1 D2 D3 D4 质 量 kg XLP B Y 82 0 360 0 54 5 92 5 11 67 10 40 55 0 45 8 24 5 29 1 49 0 53 6 49 0 53 6 16 5 19 7 214 68 洛阳理工学院课程设计 论文 总效率 66 5 经过预除尘后 一级处理 烟尘浓度是 4704 88 1 66 5 1576 13 mg m3 二级除尘的效率将要达到 1576 13 200 1576 13 87 3 4 1 2 二级除尘设备选择 在选择除尘技术时 应充分考虑经济性 可靠性 适用性和社会性等 方面的影响 除尘技术的确定受到当地条件 现场条件 燃烧煤种特性 排放标准和需要达到的除尘效率等多种因素的影响 通过各方面因素比较 选择袋式除尘器 常用袋式除尘器有简易袋除尘器 机械振打袋式除尘器 脉冲喷吹袋式 除尘器和气环式袋式除尘器 袋式除尘器清灰方式作用强度很大 而且其 强度和频率都可以调节 所以清灰效果好 综合比较 将选用脉冲袋式除 尘器 4 2 脱硫技术的选择 我国由于地域辽阔 各地经济条件 燃煤煤质 脱硫剂来源 环保要 求等不尽相同 结合相关材料 该锅炉脱硫技术的选用应考虑以下主要原 则 1 技术成熟 运行可靠 至少在国外已有商业化先例 并有较多的应 用业绩 2 脱硫后烟气中的 SO2达到 GB13271 2001 中二类标准 3 脱硫设施的投资和运行费用适中 一般应低于电厂主体工程总投资 的 15 以下 烟气脱硫后发电成本增加不超过 0 03 元 KW h 4 脱硫剂供应有保障 占地面积小 脱硫产物可回收利用或卫生处理 处置 5 通过之前对基础资料的物料衡算 该燃煤锅炉的脱硫效率应达到 77 20 综合以上的分析和要求 我们组最终决定选用石灰石 石灰 石膏法作 为该锅炉的脱硫工艺 采用该工艺的优势如下 1 首先石灰石 石灰 石膏法开发较早 工艺成熟 Ca S 比较低 且 在国外应用广泛 美国脱硫工艺 80 是石灰石 石膏法 德国有 90 日本 洛阳理工学院课程设计 论文 也有 75 以上 2 该工艺在我国有先例 上海闸北电厂曾进行过工业试验 重庆珞璜 电厂中 FGD 占电厂总投资 11 5 4 2 1 脱硫工艺流程 并流式石灰石 石灰 石膏法工艺流程 锅炉烟气经除尘 冷却后送入 吸收塔 吸收塔内用配置好的石灰石或石灰浆液洗涤含 SO2烟气 经洗涤 净化的烟气经除雾和再热后排放 石灰浆液在吸收 SO2后 成为含有亚硫 酸和亚硫酸氢钙的混合液 在母液槽中用硫酸将其混合液的 pH 值调整为 4 4 5 用泵送入氧化塔 在氧化塔内 60 80 C 下被 4 9 105Pa 的压缩 空气氧化 生成的石膏经增稠器使其沉积 上清液返回吸收循环系统 石 膏浆经离心机分立得到石膏 五 网管布置及计算 5 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 5 2 管道管径计算 4 1 4 Qdmv 34 16049 7mVd 式中 工况下管道内的烟气流量 s 烟气流速 m s 可查有关手册确定 对于锅炉烟尘 10 15m s 取 14m s 取整vvmd140 表 5 1 焊接钢管壁厚 内径 d38672140 由公式 可计算出实际烟气流速 vQ 12 3 386 1 0 97422 smd 洛阳理工学院课程设计 论文 5 3 烟囱设计 5 3 1 烟囱高度计算 有三台锅炉 每台 10t h 根据锅炉大气污染物排放标准中的规定 确定烟囱的高度 表 锅炉烟囱高度表 锅炉总额定出力 t h 1 1 2 2 6 6 10 10 20 26 35 烟囱最低高度 m 20 25 30 35 40 45 锅炉总的蒸发量 t h 则烟囱最低高度 45 m 30 5 3 2 烟囱直径计算 表 5 3 烟囱出口烟气流速 运 行 情 况 通风方式 全负荷时 最小负荷 机械通风 10 20 4 5 自然通风 6 8 2 5 3 烟囱出口内径可按下式计算 12 018 2 mQd 通过烟囱的工况总烟气量 Qh 3 按表三选取的烟囱出口烟气流速 根据表 5 3 取 20v ssm 求得 md12 取整 0 3 6 烟囱的抽力 1 342 723y kpSHBPatt 式中 H 烟囱高度 m 洛阳理工学院课程设计 论文 外界空气温度 kt Co 烟囱内烟气平均温度 p B 当地大气压 aP 310 3425 9810738 62516 yS 5 4 系统阻力计算 5 4 1 摩擦压力损失 2vdLP 式中 管道长度 Lm 管道直径 d 烟气密度 1 3 3 kg 管中气流平均速率 m s v 摩擦阻力系数 是气体雷诺数 Re 和管道相对粗糙度 K d 的函数 查手册得 实际中对金属管道值可取 0 02 对砖砌或混凝土管道 可取 0 04 对于 1400mm 圆管 计算后管道约为 75m 包括接出管总长 经风 机加速后烟气流速达到 锅炉出口烟气流速经计算接近 粗20 ms 12 ms 略计算 忽略除尘器 脱硫装置的减速 86 7520 4 13 2 221 PavLdPL 5 4 2 局部压力损失 Pa 4 2 02P 在所设计的管路中有 12 段弯道区 可求得局部的压力损失 式中 异形管件的局部阻力系数可查到 取 2 0 洛阳理工学院课程设计 论文 v 与 像对应的断面平均气流速率 m s 烟气密度 3m kg 5 4 3 系统总阻力 除尘器的压力损失在1000 1500Pa之间 取1250Pa 不考虑及出口气管 及三通管阻力损失 系统总阻力 1250 118 86 224 64 1593 5Pa 六 泵和风机的选型计算 6 1 泵的选择 水泵 其作用是将地下水的水送往循环水冷却塔 于地面安装 提升高度 5m 流量 90m3 h 查 工业水处理设备手册 选用型号为 IS80 65 160 的水泵 2 台 一用一备 性能参数如下 表 6 1 水泵性能参数 扬 程 流 量 轴 功率 电 机 功 率 效 率 转 速 质 量 排 出 口 径 1 0 m 1 20m3 h 6 79k w 9 5 kw 7 8 2 900r min 9 4 k g 6 5mm 循环水泵 其作用是将冷却水从集水池提升到冷却塔 于地面安装 提升高度 13 8m 流量 90m3 h 查 工业水处理设备手册 选用型号为 IS100 80 125 的水泵 2 台 一用一备 性能参数如下 表 6 2 循环水泵性能参数表 扬 程 流 量 轴 功率 电 机 功 率 效 率 转 速 质 量 排 出 口 径 2 0 m 1 45m3 h 7 28k w 1 1k w 7 4 2 900r min 1 1 3 k g 8 0mm 碱液泵 安装在换热器之前 用于将碱液从储罐送往换热器及循环送往吸收塔 选用型号为 IS65 50 125 的泵 2 台 一用一备 性能参数如下 表 6 3 碱液泵性能参数 洛阳理工学院课程设计 论文 电机 功率 电动 机转速 流量 扬程 轴功 率 1 5k w 2900 r min 12 5 m3 h 32m 1 79 kw 6 2 风机风量计算 24 102734 591 3hBtQpy 式中 风量备用系数 工状态下风机前标态下风量 3 mh 风机前烟气温度 150 pt 当地大气压力 B kPa 17 809325 127304 591 hQy 6 3 风机风压计算 对于除尘器后装的风机风压计算 27310 25 931 2 pyyyytHhSB Pa 式中 风压备用系数 系统总阻力 Pa 烟囱抽力 yS 风机前烟气温度 pt 风机性能表中给出的试验用气体温度 y 标准状况下烟气密度 31 5 kgm 25 18 9820273 60 1 5 93 2 1 PaHy 根据以上计算 对照常用风机性能表选定Y5 50 12 6C型号的风机 其性能规格如下表6 4所示 表6 4 Y6 41 7 1C型锅炉离心引风机风机性能表 洛阳理工学院课程设计 论文 型号 转速 r min 流量 m3 h 全压 Pa 有效功率 KW Y6 41 7 1C 2200 15819 8171 2454 3483 18 5 4 6 4 电机功率计算 12 360yQHNekW 式中 风机风量 y mh 风机风压 HPa 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 取0 8 1 机械传动效率 当风机与电机直联传动时 用联轴器连接时2 21 用V形带传动时 0 95 8 20 95 电动机备有系数 对引风机 13 84 6095 80627 8kWNe 根据电动机的功率 Ne 选定与 Y280M 2 型电动机 其性能表如表 6 5 所示 表 6 5 Y280M 2 型电动机的性能表 电动机 转速 r min 功率 KW Y280M 2 2970 90 七 总结 7 1 方案的优势 1 最终排放烟气中污染物浓度预计为 SO2 500mg m3 烟尘 100mg m 3 不仅低于排放标准 而且在以后 10 年内排放标准再严格也有适用 2 经过一级除尘后 除去大部分粗粉尘 对后面的二级除尘起了很大的作 用 除尘效果更好 对二级除尘器的损害 有 很好的保护 从而降低对仪器的 维修费用 提高仪器的使用寿命 3 经过二级除尘 降低压损 减少对滤袋 除尘仪器都有不利的影响 降 洛阳理工学院课程设计 论文 低仪器的操作要求和运行耗能 4 废气经过二级除尘系统后 已达到烟尘排放标准 200mg m 3 再经过 后面的旋流板塔氧化镁湿法脱硫工艺 预计可以达到 99 使用本方案烟尘排 放不会超标 7 2 方案的可持型 1 经过二级除尘 设计总除尘效率达到 96 降低压损 减少对滤袋 除 尘仪器都有不利的影响 降低仪器的操作要求和运行耗能 同时也为以后的排 放标准更为严格留了很大的空间 2 除尘系统过于复杂庞大 总体站的面积大 维护维修量大 一次性投资 大 又加上投资的周转回报慢 对一般中小型的生产单位难于承受 3 脱硫产物的利用和回收 在传统上大多是采用抛弃法 现在这方面的市 场有待开发 根据本地区盛产甘蔗 香蕉 可以在作肥料这方面开发 4 因此可以考虑 现在不用二级除尘 而是只经过一级初处理后 使用旋 风除尘器 提高风速 使除尘效率达到 85 直接进入脱硫工艺 加强旋流 板塔氧化镁湿法脱硫的除尘效率 使除尘脱硫都可以达标 产物可以直接作肥 料 这样可以省去本方案中的二级处理的投资费用 减少仪器的维护维修费用 也降低能耗 从而达到既可以达标排放 又可以节省成本 提高企业的盈利 5 改进的要点 1 一级初处理使用旋风除尘器 使用大功率风机 提高入口风速 使除尘 效率达到 85 2 在气体进旋流板塔前 加个文丘里管 使切入速度加大 气体分散 使 气液更充分接触 八 参考文献 郝吉明 马广大主编 大气污染控制工程 第三版 高等教育出版社 周敬宣主编 环保设备及课程设计 北京 化学工业出版社 柴晓利 冯沧 党小庆等编著 环境工程专业毕业设计指南 北京 化学工 业出版社 马广大 主编 大气污染控制技术手册 北京 化学工业出版社 童华主编 环境工程设计 北京 化学工业出版社