大气污染控制工程课程设计——锅炉烟气除尘脱硫处理

1 目录 1 设计任务书 2 1 1 课程设计题目 2 1 2 设计原始资料 2 1 3 执行标准 2 2 设计方案的选择确定 2 2 1 除尘系统选择的相关计算 2 2 1 1 用煤量计算 2 2 1 2 烟气量 烟尘和二氧化硫浓度的计算 3 2 2 数质量衡算 处理效率及达标验算 4 2 2 1 大气污染物排放限值 4 2 2 2 计算实现达标排放 污染治理设备及工艺处理效率需达到 的理论值 50 2 3 旋风除尘器设计 5 2 3 1 除尘效率 5 2 3 2 工作状况下烟气流量 5 2 3 3 旋风除尘器的尺寸 6 2 4 脱硫吸收塔 喷淋吸收空塔 的设计 8 2 4 1 工况下烟气中二氧化硫浓度的计算 9 2 4 2 喷淋塔 9 2 4 3 新鲜浆料及浆液量的确定 11 3 确定除尘器 风机 烟囱的位置及管道布置 12 3 1 各装置及管道布置的原则 12 3 1 1 管径的确定 12 3 2 烟囱的计算 13 3 2 1 烟囱高度的确定 13 3 2 2 烟囱直径的计算 13 3 2 3 烟囱的抽力 14 3 3 系统阻力的计算 14 3 3 1 摩擦压力损失 15 3 3 2 局部压力损失 15 3 3 3 系统总阻力 15 3 4 风机和电动机的选择及计算 15 3 4 1 标准状态下风机风量的计算 15 3 4 2 风机风压的计算 16 3 4 3 电动机功率的计算 16 参考文献 17 2 1 设计任务书 1 1 课程设计题目 试根据设计原始资料 对锅炉烟尘进行污染控制系统设计 实现达标排放 1 2 设计原始材料 1 锅炉炉型与型号 1 某厂使用锅炉为生产系统提供过热蒸汽 炉型为链条炉 额定蒸汽量分别为 1 2 4 t h 2 锅炉为生产系统提供过热蒸汽 炉型为抛煤机炉 额定蒸汽量分别为 6 8 10t h 3 某电厂发电机组为 12 万 kw 锅炉为煤粉炉 小时燃煤量 15 18 20t h 烟气温度 423K 2 燃料采用淮南煤 煤质资料见下表 Vr Cy Hy Oy Ny Sy Ay Wy Qy DW kJ kg 38 48 57 42 3 81 7 16 0 93 0 46 21 37 8 85 24346 3 不同炉型燃煤排尘量和烟尘的粒度分布见下表 4 空气过剩系数为 1 3 1 4 标准状态下空气含水按 0 01293kg m3 系统漏风系数为炉膛 0 1 除尘器 0 01 每米管道 0 001 5 烟气在锅炉出口前阻力为 800Pa 管道摩擦阻力系数 金属管道取 0 02 砖砌 或混凝土取 0 04 除尘器设备阻力查产品手册 6 飞灰的驱进速度 0 10 0 14m s 1 3 执行标准 各厂建厂时间为 2004 年 所在地区为二类地区 执行标准 环境空气质量标准 GB3095 1996 锅炉大气污染物排放标准 GB13271 2001 火电厂大气污染物排放标准 GB13223 1996 2 设计方案的选择确定 2 1 除尘系统选择的相关计算 2 1 1 用煤量计算 根据锅炉燃料耗量计算公式 计算燃料量 kg h DWyQiB 21 B 燃料耗量 kg h D 锅炉产汽量 4000kg h 粒级 m炉型 排尘量 lg t 75 75 48 48 31 30 15 15 链条炉排 27 质量频率 50 7 10 4 12 5 12 7 13 7 抛煤机炉 108 质量频率 61 0 13 7 9 9 9 1 6 3 煤粉炉 161 质量频率 13 2 23 5 14 9 17 3 31 1 3 i2 过热蒸汽 200 焓值 i2 305 3kJ kg i1 给水 20 焓值 i1 83 753kJ kg 原料煤低位发热量 24346kJ kg DWyQ 锅炉效率 30 40 取 35 hkgB 1042436 5 75 80 2 1 2 烟气量 烟尘和二氧化硫浓度的计算 设 1kg 燃煤时 燃料成分名称 可燃成分含量 摩尔数 mol 理论需氧量 mol 废气中组分 mol C 57 42 47 85 47 85 47 85 2CO H 3 81 38 1 9 525 19 05 H O 7 16 4 475 2 2375 N 0 93 0 664 0 0 332 2N S 0 46 0 14375 0 14375 0 14375 SO A 灰分 21 37 W 水分 8 85 0 4917 H2 合计 55 28125 空气中含水量 0 01609 体积分数 104 28093 1 标准状态下理论空气量 aV 55 28125mol kg 1 2383m kg0V3N 1 2383 4 78 5 92 m kg 干空气 a 6 02 m kg 湿空气 01609 25 3N 2 标准状态下理论烟气量 fgV CO 47 85 mol kg2 SO 0 14375 mol kg 4 N 0 332 3 78 55 28125 209 30 mol kg2 H O 19 05 0 4917 0 01609 5 92 19 64 mol kg 6 20 m kg0fgV104 26 932475 8 104 293 763N 3 标准状态下实际烟气量 fgV 1 6 20 5 92 1 3 1 7 976 m kgfg0fga 3N 空气过剩系数 1 3 1 4 取 1 3 标准状态下每台锅炉烟气流量 设计耗煤量 7 976 104 829 504 m hVfg 3 4 标准状态下烟气排尘量 G 及烟气含尘浓度 烟 尘 hkgCdBAfhsy 83 4 10237 4 1 0G 5 36 10 mg m烟 尘 Vfg ys96 23 G 排尘量 kg h B 燃料耗量 kg h 灰分 yA 排烟带尘量 占灰分的 15 25 取 20 shd 未燃烧炭 8 fC 5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度 2SO 1 15 10 mg m2SO Vsofgm 2976 10435 0 3 2 2 数质量衡算 处理效率及达标验算 2 2 1 大气污染物排放限值 按 锅炉大气污染物排放标准 GB13271 2001 中二类区标准执行 标准状态下烟尘浓度排放标准 120mg m3 标准状态下 SO2 排放标准 900mg m3 5 表 1 锅炉烟尘最高允许排放浓度和烟气黑度限值 表 2 锅炉二氧化硫和氮氧化物最高允许排放浓度 2 2 2 计算实现达标排放 污染治理设备及工艺处理效率需达到的理论值 0 标准状态下烟尘处理效率 01 76 91036 52 烟 尘 排烟 尘 标准状态下 SO2 处理效率 02 4 19 32 so排 2 3 旋风除尘器设计 2 3 1 除尘效率 01 76 91036 52 烟 尘 排烟 尘 2 3 2 工作状况下烟气流量 6 h m TV3 fg 1285 2827489 50 fg 3 式中 V 标准状态下烟气流量 3 工况下烟气温度 423KT T 标准状态下温度 273K 则烟气流速 0V 357 06128 3 smfg 所以采用旋风除尘器 2 3 3 旋风除尘器的尺寸 出于安全考虑 旋风除尘器按烟气流量为 1500 m3 h 进行设计 1 确定旋风除尘器的进口气流速度 v 通常锅炉的烟气流速为 12 25m s 可设 23m s 2 确定旋风除尘器的几何尺寸 A 进口截面积 2018 36 5mVQA 式中 设计烟气流量 1500 m3 h V 烟气流速 23m s B 入口高度 190 8 2h A C 入口宽度 5 0b D 筒体直径 mD316 9 3 参考 XLP B 产品系列 取 D 420mm E 排出筒直径 25406 0de F 筒体长度 L7171 G 锥体长度 H93 2 H 灰口直径 mDd 80401 I 排气管插入深度 12 s 7 选取 XLP B 4 2 型号 3 求 分割直径 cd 假设接近圆筒壁处的气流切向速度近似等于气流的入口速度 则 取内外涡旋交界圆柱直径sv m21 m2 156 0 0 ed 涡旋指数 54 283 67 01 14 TDn 气流在交界面上的切向速度 smdvneo 0 1 4 0 236 05 1 外涡旋气流的平均径向速度 02hrQvr 分割直径 cd mSHLvhvroPoPc 62125210210 09 40 41 888 此时旋风处理器的分割直径为 4 91 m 4 计算压力损失 423K 时烟气浓度可近似取为 3 84 02379 1kg 5 16deA PaP102384 0v21 4 分级除尘效率 依据经验公式 来计算21 cpic iid 8 5 总除尘效率 由公式 来求解 为质量频率 liig lig 得 82 97 6 影响除尘效率的因素 a 入口风速 由临界计算式知 入口风速增大 降低 因而除尘效cd 率提高 但是风速过大 压力损失也明显增大 b 除尘器的结构尺寸 其他条件相同 筒体直径愈小 尘粒所受的离 心力愈大 除尘效率愈大 筒体高度对除尘效率影响不明显 适当 增大锥体长度 有利于提高除尘效率 减小排气管直径 有利于提 高除尘效率 c 粉尘粒径和密度 大粒子离心力大 捕集效率高 粒子密度愈小 越难分离 d 灰斗气密性 若气密性不好 漏入空气 会把已经落入灰斗的粉 尘重新带走 降低了除尘效率 2 4 脱硫吸收塔 喷淋吸收空塔 的设计 脱硫过程主反应有以下几个 1 S02 H2O H2SO3 吸收 2 CaCO3 H2SO3 CaSO3 CO2 H2O 中和 粒级 m 90 70 45 25 10 质量频率 50 7 10 4 12 5 12 7 13 7 分级除尘 效率 99 7 99 51 98 82 96 29 80 57 9 3 CaSO3 1 2 O2 CaSO4 氧化 4 CaSO3 1 2H2O CaSO3 1 2H2O 结晶 5 CaSO4 2H2O CaSO4 2H2O 结晶 6 CaSO3 H2SO3 Ca HSO3 2 PH 控制 2 4 1 工况下烟气中二氧化硫浓度的计算 20 7431504273 2 mgCSO 假定烟气进入脱硫设备后温度降至 403K 此时烟气 hQ 1 5 7 89 3 烟气含硫浓度不大且烟气量较小 可采用石灰法湿法脱硫 2 4 2 喷淋塔 1 喷淋塔内流量计算 假设喷淋塔内平均温度为 80 压力为 1200KPa 则喷淋塔内 流量为 1 3024 278KQSV 式中 Qv 喷淋塔内烟气流量 h 3m Qs 标况下烟气流量 K 除尘前漏气系数 0 0 1 取 0 1 smhQV 256 0 9 1 0 1324 278054 89 33 2 喷淋塔径计算 依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数 可以选择喷淋塔内 烟气流速 v 0 5m s 则喷淋塔截面 A 为 10 251 0 26mVQA 则塔径 d 为 81 04 取塔径 Do 850mm 3 喷淋塔高度计算 喷淋塔可看作由三部分组成 分为吸收区 除雾区和浆池 吸收区高度 依据石灰法烟气脱硫的操作条件参数得 选择喷淋塔喷气 液反应时间 t 3s 则喷淋塔的吸收区的高度为 1 5m30 t1 VH 除雾区高度 除雾器设计成两段 每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴 最下层冲洗喷嘴距最上层 0 5 0 6 m 取除雾区高度为 mH6 02 浆池高度 浆池容量 V1 按液气比浆液停留时间 t1 确定 11tQGLV 式中 L G 液气比 取 10 3 m Q 标况下烟气量 h t 浆液停留时间 s 一般 t1 为 4min 8min 本设计中取值为 5min 则浆池容积 为 11 31 69 0 54 8290mV 选取浆池直径等于或略大于喷淋塔 Do 本设计中选取的浆 料直径为 Do 1m 然后再根据 V1 计算浆池高度 21004DVh 式中 0h 浆池高度 m V1 浆池容积 3m Do 浆池直径 m h9 0 1 69 04 喷淋塔高度为 mHt 3 5 021 2 4 3 新鲜浆料及浆液量的确定 1 浆料量 s2 2gsa3OHCaSlOHSOC 1mol 1mol 因为根据经验一般钙硫比为 1 05 1 1 此处设计取为 1 05 则有平衡计算可得 1h 需消耗 CaO 的量为 hmol 6975 143 015 kg8 697 2 浆液量 hsQGLVw 216 9 105 2 01 33 此设计烟气脱硫效率达到 95 左右 出气 SO2 浓度 900mg m3 12 3 确定除尘器 风机 烟囱的位置及管道布置 并计算各管段 的管径 长度 烟囱高度和出口内径以及系统总阻力 3 1 各装置及管道布置的原则 根据锅炉运行情况现场的实际情况确定各装置的位置 一旦确定各装置的 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 投资省 并使安装 操作方便 3 1 1 管径的确定 烟气流量为 0 357 所以 管径计算如下 sm 3vQd 4 代入数据得 d 0 141m 式中 Q 工况下的烟气流量 sm 3 v 烟气流速 取 23 圆整并选取风道 钢制风管参数表 外径 钢制板风管 D mm 外径允许偏差 mm 壁厚 mm 150 1 1 5 内径 d 150 2 1 5 147mm 由公式 可计算出实际烟气流速 vQ 4d smd 04 217 3542 13 3 2 烟囱的计算 3 2 1 烟囱高度的确定 确定烟囱高度 既要满足大气污染物的扩散稀释要求 又要考虑节省投资 首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量 然后根据锅炉大气污染物排 放标准中的规定确定烟囱的高度 表三 锅炉蒸发量与烟囱高度关系 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 20 25 30 35 40 45 由锅炉污染综合排放标准上的锅炉的总的蒸发量与烟囱高度的数据 所以我选定 烟囱高度为 H 30m 3 2 2 烟囱直径的计算 烟囱出口内径可按下式计算 Qd4018 Q 通过烟囱的总烟气量 hm 3 按表三选取的烟囱出口烟气流速 s 表四 烟囱出口烟气流速 m s 运 行 情 况 通风方式 全负荷时 最小负荷 机械通风 12 20 4 5 自然通风 10 15 2 5 3 选定 3 sm 63 045 29801 md 圆整取 d 0 7m 烟囱底部直径 14 Hid 21m9 130 7 0 式中 烟囱出口直径 m1d H 烟囱高度 m i 烟囱锥度 取 i 0 02 3 2 3 烟囱的抽力 BttHSpky 2731 0342 305 8071 0342 yS 117 03 aP 式中 H 烟囱高度 m 外界空气温度 20kt Co 烟囱内烟气平均温度 423p o B 当地大气压 31075 8 aP 3 3 系统阻力的计算 3 3 1 摩擦压力损失 2 vdLP 式中 L 管道长度 m d 管道直径 m 烟气密度 3 kg 管中气流平均速率 v 摩擦阻力系数 对于 150 圆管 L 30m 15 3 84 02379 1mkg 4 7820 1 5 PapL 3 3 2 局部压力损失 Pa 2 vp 式中 异形管件的局部阻力系数可查到 v 与 像对应的断面平均气流速率 m s 烟气密度 3m kg a 渐缩管 45 0 1 v 21 04m s Pap5 18204 8 10 管路中共有两个渐缩管 故 P3 2 18 5 37Pa b 90 弯管部分 D 150mm 取 R D 则 0 23Pap5 420 183 20 管路中共有 4 个 90 弯管 故 P5 4 42 5 170Pa 3 3 3 系统总阻力 其中锅炉出口前阻力为 800pa 2746 Pa 10 873 4 78 h 3 4 风机和电动机的选择及计算 3 4 1 标准状态下风机风量的计算 取 tP 150 C tY 250 C m3 hBtQpy 325 10721 式中 1 1 风量备用系数 Q 标准状况下风机前风量 829 504m3 h tP 风机前烟气温度 150 C B 当地大气压力 108 75kPa 16 hmQy 27 135 082731504 891 3 3 4 2 风机风压的计算 BtShHypyy 9 2 式中 1 2 风机备用系数 系统总阻力 Pa h 烟囱抽力 PayS 风机前烟气温度 150 Cpt 风机性能表中给出的试验用气体温度 250 Cy 标准状态下烟气密度 kg m 3 结果为 Hy 3686 Pa 3 4 3 电动机功率的计算 21036 yQNe 式中 风机风量 m 3 hyQ 风机风压 PaH 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 1 机械传动效率 当风机与电机直联传动时 1 用联轴器连接时 0 95 2 2 2 0 98 用 V 型带传动时 0 952 电动机备用系数 对引风机 1 3 对于引风机取 1 3 1 0 7 2 0 98 17 kwNe6 298 07136032 参考文献 1 大气污染控制工程 第二版 郝吉明 马广大主编 高等教育出版社 2 环保设备设计手册 周兴求 叶代启主编 化学工业出版社 3 化工原理 姚玉英编 天津科学技术出版社 4 化工工艺设计手册 医药农药工业设计组编 上海化学工业出版社 5 化工设备设计手册 上海人民出版社 6 三废处理工程技术手册 废气卷 化学工业出版社 7 李喜 李俊 烟气脱硫技术研究进展 M 北京 化学工业出版社 2006 8 5 6