大气课程设计

1、中北课程设计说明书PAGE 第 页中北课程设计说明书目录TOC o 1-2 h u HYPERLINK l _Toc25042 1摘要 PAGEREF _Toc25042 1 HYPERLINK l _Toc8574 2 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 PAGEREF _Toc8574 2 HYPERLINK l _Toc2960 3 净化方案设计 PAGEREF _Toc2960 4 HYPERLINK l _Toc9418 3.2 湿式石灰法烟气脱硫的运行参数 PAGEREF _Toc9418 5 HYPERLINK l _Toc6840 3.4 湿式石灰法运行中存在的问题 PA

2、GEREF _Toc6840 6 HYPERLINK l _Toc23626 3.5 湿式石灰法改进措施 PAGEREF _Toc23626 6 HYPERLINK l _Toc13553 4设备结构计算 PAGEREF _Toc13553 7 HYPERLINK l _Toc31888 4.1 除尘效率 PAGEREF _Toc31888 7 HYPERLINK l _Toc29671 4.2 文丘里除尘器的设计计算 PAGEREF _Toc29671 7 HYPERLINK l _Toc6774 4.3 湍流塔的设计计算 PAGEREF _Toc6774 10 HYPERLINK l _T

3、oc23422 4.4 物料平衡计算 PAGEREF _Toc23422 13 HYPERLINK l _Toc11002 5烟囱的设计计算 PAGEREF _Toc11002 14 HYPERLINK l _Toc12990 6管道系统的设计计算 PAGEREF _Toc12990 18 HYPERLINK l _Toc28409 7 风机和电动机选择及计算 PAGEREF _Toc28409 20 HYPERLINK l _Toc23840 8 设计数据的核算 PAGEREF _Toc23840 23 HYPERLINK l _Toc4569 9设计总结 PAGEREF _Toc4569

4、24 HYPERLINK l _Toc32532 10参考文献 PAGEREF _Toc32532 25 HYPERLINK l _Toc14942 11附图 PAGEREF _Toc14942 251摘要本文主要介绍了SHL10-25型锅炉高硫无烟煤烟气湿式石灰法除尘脱硫一体化系统设计，烟气湿式石灰法脱硫除尘技术已经是一种技术成熟且较为经济的应用技术，面对我国目前能源以燃煤为主，SO2排放量呈上升趋势的现状有重要意义。本文首先对对应锅炉计算其排烟量及其烟尘和二氧化硫浓度的计算，再对除硫除尘设备进行设计分析。对设计好的设备尺寸，除尘效率进行计算。烟囱是除尘、脱硫工艺中除脱硫除尘设备后较重要的组

5、成。因此，要对烟囱的几何尺寸进行计算确定。几何高度确定后，要通过抬升高度算出烟囱的有效高度。并对所排出去的烟气进行地面浓度校核，确定是否达到国家标准。然后再通过流量选取合适的风机。2 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算标准状态下理论空气量 式中 分别为煤中各元素所含的质量分数。 标准状态下理论烟气量 （设空气含湿量） +7.45 式中 标准状态下理论空气量，； 煤中水分的质量分数； 元素在煤中的质量分数。标准状态下实际烟气量 式中 空气过剩系数； 标准状态下理论烟气量，； 标准状态下理论空气量；。烟气含尘浓度 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

6、际烟气量，。 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 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，。 工况下烟气流量 式中 标准状态下的烟气流量，； 工况下烟气温度，； 标准状态下温度，。 (7) 进口气体流量 3 净化方案设计3.1 净化设备的工作原理： 在现代的烟气脱硫工艺中，烟气用含亚硫酸钙的石灰浆液洗涤，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，新鲜石灰浆液不断加入脱硫液的循环回路。浆液中的固体（包括燃烧飞分）连续的从浆液中分离出来并排往沉淀池，达到同时除尘脱硫的目的。化学反应方程式如表2.1所示。表2.1 石灰法烟气脱硫反应机理脱硫剂石灰主要反应总反应3.2

7、 湿式石灰法烟气脱硫的运行参数表2.2石灰法烟气脱硫的操作条件项目范围烟气流速15PH78石灰浆质量浓度10%15%液气比825L/ m3气液反应时间35s喷嘴出口流速10m/s一般喷淋层36层再热烟气温度750C脱硫系统阻力25003000pa3.3 湿式石灰法的优缺点:优点：技术成熟,脱硫效率高,可达95%以上;烟气处理量大,煤种适用性强,吸收剂利用率高1。缺点：设备易腐蚀,易于结垢、堵塞,投资费用高,占地面积大,耗水量相对较大,有少量废水排放2。3.4 湿式石灰法运行中存在的问题在湿式石灰法运行中,常会发生设备腐蚀、结垢和堵塞、除雾器堵塞、脱硫剂的利用率降低等问题,其主要原因为:在较高的

8、PH值(石灰系统PH8.0)会发生相关反应生成软垢;在石灰系统中,较高的PH值下烟气中二氧化碳的再碳酸化生成沉积物;脱硫塔中部分和被烟气中氧化为,最终生成沉淀, 的溶解度很小(0.223kg/100H2O),易从溶液中结晶出来,在塔壁和部件表面形成很难处理的硬垢。3.5 湿式石灰法改进措施 为了避免石灰浆液直接接触烟气进行脱硫所带来的软垢堵塞,工业上的脱硫系统必须采取以下两条措施加以改进:（1）设置脱硫循环池: 循环池可设在脱硫塔外,也可将脱硫塔的下部作为循环池.操作中来自制浆池的石灰浆液不是被送到塔内与烟气直接接触进行脱硫反应,而是被打入循环池与塔内的脱硫产物反应并再生出再循环的中间脱硫剂3

9、，是一个再生反应器。（2）严格控制循环池内浆液的PH值对石灰系统,池内浆液PH值宜控制在78,当循环池内的浆液打入塔内脱硫时,气液接触后的实际PH值将低于循环池内的PH值4，的PH值条件下,石灰系统溶入水中的SO2以形态存在。4设备结构计算4.1 除尘效率 式中 标准状态下烟气含尘浓度，； 标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，。 标准状态下烟尘浓度排放标准：2004.2 文丘里除尘器的设计计算(1)喉管a 喉管截面积 式中 喉管的截面积，； 在进气温度下的进口气体流量，； 通过喉管的气流速度，一般取100； b 圆形喉管直径的计算 式中 喉管直径，。 c 喉管长度的计算 式中 喉管长度, ;

10、喉管的当量直径，。 喉管截面为圆形时，喉管的当量直径为喉管直径(2) 收缩管a 进气端截面积。进气端截面积一般按与之相连的进气管道形状计算。 式中 收缩管进气端的截面积，； 收缩管进气端气流速度，此速度与进气管内的气流速度相同，一般选取。 b 圆形截面收缩管进气端的直径 式中 收缩管进气端直径，；一般按与之相连的管道直径确定，一般取。 c 收缩管长度的计算 式中 圆形截面收缩管长度，m； 收缩角，一般取。 (3) 扩散管a 出气端截面积 式中 扩散管出气端的截面积，； 扩散管出气端气流速度，；一般取； b 圆形扩散管出气端直径 式中 扩散管出气端管直径，； c 扩散管长度的计算 式中 圆形扩散

11、管的长度, ； 扩张角，一般取。 (4) 压力损失 式中 文氏管压力损失，； 含尘气体的密度，； 液气比，。 4.3 湍流塔的设计计算4.3.1 塔的高度烟气流速为15，气液反应时间35，取=3，=4，则又所以=124.3.2 塔的直径4.3.3 静止床层的高度静止床层高度与塔径之比1时，容易发生节涌和沟流现象，此外，若静止床层高度超过接触区高度的50%，则失去了湍球塔的特性。一般静止床层高度取接触区高度的12%40%，取=0.5。4.3.4塔的总体高度储液罐储藏液体，并进行液体循环的地方，由液气比计算出来的液体量，可取液体高度为2500mm，液体上面的区域长度为1000mm，所以整个储液罐的

12、高度为3500mm.即为3.5米。由于湍球塔的塔身为12m，储液罐的高度为3.5m，再加上塔顶上的高度1m，所以塔的总高为15.5m，由于湍流塔的高径比为4-8，取其中的5，所以塔径为3.1m。4.3.5 填料球的直径和个数塔径与小球的直径之比大于10，因为时，易产生节涌现象，即小球呈集团状上下运动，影响气液的良好接触，取=38，时，床层平均空隙率为定值，可取0.4，时，的平均值可取0.45，此时的最大误差不超过10%。球数：4.3.6 塔的压降湍球塔的压降可以视为又三部分组成，即支承板压降，球体湍动引起的压降及床层持液量产生的压降。支承板的干板压降（）可按多空板的局部阻力计算方法考虑：式中，

13、支承板的自由截面率（即开空率）；取0.45； 支承板厚度，；取0.05； 空气速，；取3； 气相密度，；取0.7； 气相黏度，；=0.1；当量直径；对于筛空=，所以=246Pa。球体湍动引起的压降（）式中，重力加速度，9.81； 球体总质量，； 塔截面积，； 床层高度，；取0.5； 小球密度，；400； 气体密度，；取0.7； 空隙率。为0.4。所以=4127。床层持液量做产生的压降()式中，修正系数； 液相密度； 重力加速度，9.81； 床层持液量，； 塔径，；则，湍球踏的总压降为=5295。4.4 物料平衡计算 56 64 172 301250因根据经验一般钙/硫为：1.051.1，此处设

14、计取为1.1 则由平衡计算可得1h需消耗的量为：查得石灰浆液的质量浓度为10%15%，取12%，则可得1h 所需消耗石灰浆的量为: 需水量为： 所以1h生成的量为： 5烟囱的设计计算具有一定速度的热烟气从烟囱出口排出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,因此烟囱的有效高度为: 式中: H烟囱的有效高度,m; HS烟囱的几何高度,m; 烟气抬升高度,m;(1) 烟囱高度的确定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的规定（表5-1）确定烟囱的高度。表5-1锅炉烟囱高度锅炉总额定出力112

15、2661010202635烟囱最低高度/m 20 25 30 35 40 45锅炉总额定出力：烟囱最低允许高度为40m,可取烟囱几何高度为HS=40m。 (2) 烟气释放热计算: 式中:烟气热释放率;Pa大气压力,900Pa;烟囱内烟气流量, ;烟囱出口处的烟气温度,433K;环境大气温度,273K; (3) 烟囱直径的计算 烟囱出口内径可按下式计算： 式中 通过烟囱的总烟气量，； 按表4-2选取的烟囱出口烟气流速，表4-2烟气出口烟气流速/（）通风方式 运行情况全负荷时最小负荷时机械通风 1020 45自然通风 610 2.53选定 圆整取烟囱底部直径 式中 烟囱出口直径，； 烟囱高度, ；

16、 烟囱锥度，（通常取）。取， 取烟囱平均直径为=1500mm,校核流速v得: (4) 烟气抬升高度计算由可得: (5-4)式中: 烟气热释放率;烟囱出口处的平均风速,取2m/s;代入数据得：;(5) 烟囱有效源高(6) 烟囱的抽力 式中 烟囱高度，；外界空气温度，；烟囱内烟气的平均温度，；当地大气压力，Pa。 145(Pa)(7) 最大着地浓度： 取太原地区白天大气稳定度为C级，已知有效源高51.68m，则： 查表得：最大着地浓度： 式中：分别为y,z轴扩散参数。6管道系统的设计计算(1) 管径的确定 式中 工况下的烟气流量，； 烟气流速，（对于锅炉烟尘）。取 圆整并选取风道外径D/mm钢制板

17、风管外径允许偏差/mm壁厚/mm 800 10.75内径= 由公式可计算出实际烟气流速： ()(2) 管道摩擦阻力损失 ()式中 管道长度，； 管道直径，； 烟气密度，； 管道气流平均流速，； 摩擦阻力系数，是气体雷诺数和管道相对粗糙度的函数。可查表手册得到（实际中对金属管道值可取0.02）。 Pa(2) 局部阻力损失 式中 异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到； 与相对应的断面平均气流速度，； 烟气密度，。弯头有两个，则=0.23 Pa 系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为700Pa,除尘器阻力3129Pa,湍球塔阻力5295Pa） 7 风机和电动机选择及计算(1) 标准状态下风机风量的计

18、算 （）式中 1.1风量备用系数； 标准状态下风机前风量，； 风机当前温度，若管道很长，近似取锅炉炉排温度； 当地大气压力，。 (2) 风机风压的计算 式中 1.2风压备用系数 系统总阻力，； 烟囱抽力，； 风机前烟气温度，； 风机性能表给出的试验温度，； 标准状态下烟气密度，（）。 (3) 电动机功率的计算 式中 风机风量，； 风机风压，； 风机在全压头时的效率（一般风机为0.6）； 机械传动效率，一般为0.95； 电动机备用系数，一般为1.3。选用的风机性能指标见表产品型号转速r /min 序号全压 Pa 流量 m3/h 电机型号功率 kW Y4-68 NO8 D 1450 1 15401059 1588929038 Y160L4 15 8 设计数据的核算由前面的设计可得如下资料：吸收塔的吸收效率为：87.95%；生成物的烟气含粉尘量: ；二氧化硫的初始浓度为：；进入吸收塔的烟气量：；进入吸收塔的烟气的温度：取0摄氏度；有以上可得排放烟气中二氧化硫的浓度为： （1-87.95%）1660=200.03mg/700 mg/(其为GB16297-1996现有污染源大气污染物排放限值中二