大气污染控制工程.2doc

一一 设计要求及内容设计要求及内容 （1） 计算烟气排放量及烟气中的各污染物组分浓度。 （2） 污染物治理工艺的选择。 （3） 污染治理的设备主要参数及规格计算。 （4） 烟囱的排放口尺寸及高度。 二工艺流程二工艺流程 锅炉烟气由引风机抽出，首先含尘气体进入除尘器气体步室入口，通过导 向器在旋风子内部旋转，气体在离心力的作用下，粉尘被分离，降落在集尘箱 内，经锁气器排出。净化了的气体，形成上升的旋流，经排气管汇于风室，后 经除尘有出口经引风机排入烟囱排入大气。 三烟气排放量及烟气中的各污染物组分浓度的计算三烟气排放量及烟气中的各污染物组分浓度的计算 3.1 设计原始资料设计原始资料 3.1.1 锅炉设备的主要参数 额定蒸发 量 （t/h） 主蒸汽压力 （MPa） 主蒸汽温度 （） 燃煤量 （t/h） 排烟量 （m3/h ） 排烟温度 （） 259.815403.743000140150 3.1.2 烟气密度（标准状况下）：1.34/ m3 空气含水（标准状况下）：0.01296/ m3 , 烟气在锅炉出口的阻力：800Pa 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：16%， 当地大气压；97.86Kpa， 冬季室外空气温度：-1， 空气过剩系数：a=1.43， 煤的工业分析值： C=68%；H=4%；S=1.1%；N=1%；W=6%；A=15%；V=13% 3.1.3.按锅炉大气污染排放标准（GB13271-2001）中二类区标准执行。 烟尘浓度排放标准（标态下）：200 mg/m 2 二氧化硫排放浓度（标态下）：900 mg/m 3.2 设计计算设计计算 3.2.1 计算烟气排放量及烟气中的各污染组分浓度 （1） 标准状态下理论空气量 Qa =4.78（C + H +S - O） （m/kg） =4.78（56.7 +10 +0.34-8.09）=281.781mol/kg =6.312（m/kg） 式中，C, H ,S ,O分别是 1 千克煤中各元素燃烧所需的氧气量。 （2） 标准状况下理论烟气量 （设空气含湿量 12.93g/m） Qs =56.7+20+0.34+3.78 58.95=299.871 mol/kg =6.72（m/kg） （3）标准状况下实际烟气量 Qs =Qs +1.106（a-1）Qa =9.92（m/kg） 标准状态下烟气流量 Q 应以 m/h 计，因此，Q 总=Qs 设计 耗煤量 Q=9.923.71000=36704m/h 工况下总的烟气量 Q =QT/T =36704431/273 =57946.6m/h =16.1m/s 式中，Q标况下烟气量，m/h T工况下烟气温度，K T标况下温度，273K (4) 标况下烟气含尘浓度 C=d A /Qs =0.16 0.15/9.92=0.0024 kg/m （5）标况下二氧化硫浓度 3 Cso2=2 S/Qs106 =2 0.011/9.92 106 =2218 mg/m3 3.2.23.2.2 除尘设备除尘设备 3.2.2.13.2.2.1 旋风除尘器的设计旋风除尘器的设计 出于安全考虑，旋风除尘器按烟气流量为 2000（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 1225m/s，可设 =18m/s。 (2)确定旋风除尘器的几何尺寸 a.进口截面积 F 2 03090 183600 2000 m V Q BAF 式中 A旋风除尘器的进口高度； B旋风除尘器的进口宽度。 取 A=2B，则 A=248mm；B=124mm。 b.筒体直径 D 取 B=0.3D，则 D=3.33B=412.92mm； c.筒体高度 H1 取 H1=1.7D=1.7412.92=701.96mm； d.锥体高度 H2 取 H2=2.3D=2.3412.92=949.72mm； e.排灰口直径 D1 取 D1=0.6D=0.43412.92=177.56mm； f.出口管直径 D2 取 D2=0.6D=0.5412.92=247.75mm； g.出口管长度 H3 取 H3=0.625D=0.625412.92=258.08mm； 3.2.33.2.3 脱硫设备脱硫设备 3.2.3.13.2.3.1 脱硫吸收塔（喷淋吸收空塔）的设计脱硫吸收塔（喷淋吸收空塔）的设计 所需空气量：Qa=6.312 m/kg 烟气量： =6.72 m/kg 0 fg V 标况烟气流量：smhmVfg/21 . 0 /7511000/1004 .2242.335 330 其中体积为： 2 煤kg/0.0177m22.4/10000.79 3 烟气中浓度为： 2 ppm SO 9 . 2391 104 . 7 0177 . 0 P 62 即： 33 /1083. 6 4 . 7 1000/6479 . 0 2 mkgP SO V 按照 900mg/m3的排放标准，则脱硫率至少为，本设%90%100 9 9 . 09 计方案即取 90%，设系统钙硫比 1.2, 则一天内石灰石的消耗量 kg76.20590 . 0 /242 . 11000/100643 . 0 100 3.2.3.23.2.3.2 喷淋塔浆液高度设计（喷淋塔浆液高度设计（h h2 2） 4 浆液池容量 V1按照液气比 L/G 和浆液停留时间来确定，计算式子如下： 11N L VVt G 其中：L/G 为液气比,20L/m3； VN为烟气标准状态湿态容积，VN=Vg=0.23m3/s； t1=2-6 min,取 t1=5min=300s。 由上式可得喷淋塔浆液池体积 33 11 238 . 1 30023 . 0 1000/20mmtV G L V N 考虑到实际环境，取 V1=50m3 吸收塔内径 mm u V D g i 3 . 028. 0 5 . 314. 3 23. 0 22 考虑到实际环境，取 D=3m 选取浆液池内径大于吸收区内径 1m，内径 D2= Di+1m=4m 而 2 2 2 2 21 414 . 3 25 . 0 14 . 3 25. 0hhDV 所以浆液池高度mmh498. 3 2 3.2.3.33.2.3.3 喷淋塔烟气进口高度设计（喷淋塔烟气进口高度设计（h h4 4） 根据工艺要求，进出口流速（一般为 12m/s-30m/s）确定进出口面积，一般 希望进气在塔内能够分布均匀，且烟道呈正方形，故高度尺寸取得较小，但宽 度不宜过大，否则影响稳定性. 因此取进口烟气流速为 20m/s，而烟气流量为 0.23m3/s， 可得 smsmh/23 . 0 /20 3 2 4 所以 h4=0.11m 考虑实际问题，取 h4=0.5m 20.5=1.0m(包括进口烟气和净化烟气进出口烟道高度) 综上所述，喷淋塔的总高（设为 H,单位 m）等于喷淋塔的浆液池高度 h2 (单位 m)、喷淋塔吸收区高度 h1 (单位 m)和喷淋塔的除雾区高度 h3（单位 m） 相加起来的数值。此外，还要将喷淋塔烟气进口高度 h4（单位 m）计算在内 因此喷淋塔最终的高度为 mmmmmhhhhH 4 . 18245 . 39 . 8 4321 烟气的停留时间=（18.4-4-2）/3.5=3.54s 5 3.2.3.43.2.3.4 喷淋塔的直径设计喷淋塔的直径设计 根据锅炉排放的烟气，计算运行工况下的塔内烟气体积流量，此时要考虑 以下几种引起烟气体体积流量变化的情况：塔内操作温度低于进口烟气温度， 烟气容积变小；浆液在塔内蒸发水分以及塔下部送入空气的剩余氮气使得烟气 体积流量增大。喷淋塔内径在烟气流速和平均实际总烟气量确定的情况下才能 算出来，而以往的计算都只有考虑烟道气进入脱硫塔的流量，为了更加准确， 本方案将浆液蒸发水分 V2 (m3/s)和氧化风机鼓入空气氧化后剩余空气流量 V3 (m3/s) 均计算在内，以上均表示换算成标准状态时候的流量。 吸收塔进口烟气量 Va (m3/s)计算 该数值已经由设计任务书中给出，烟气进口量为：0.23 m3/s 然而，该计算数值实质上仅仅指烟气在喷淋塔进口处的体积流量，而在喷淋塔 内延期温度会随着停留时间的增大而降低，根据 PVT 气体状态方程，要算出瞬 间数值是不可能的，因此只能算出在喷淋塔内平均温度下的烟气平均体积流量。 喷淋塔内实际运行条件下塔内气体流量： 喷淋塔直径的计算 假设喷淋塔截面为圆形，将上述的因素考虑进去以后，可以得到实际运行状态 下烟气体积流量 Vg，从而选取烟速 u，则塔径计算公式为： 其中： Vg为实际运行状态下烟气体积流量，0.23 m3/s u 为烟气速度，3.5m/s 因此喷淋塔的内径为 3.2.3.53.2.3.5 吸收塔喷淋系统的设计吸收塔喷淋系统的设计 在满足吸收二氧化硫所需表面积的同时，应该尽量把喷淋造成的压力损失 降低到最小，喷嘴是净化装置的最关键部分，必须满足以下条件： 能产生实心锥体形状，喷射区为圆形，喷射角度为 60-120； 喷嘴内液体流道大而畅通，具有防止堵塞的功能； 采用特殊的合金材料制作，具有良好的防腐性能和耐磨性能； 喷嘴体积小，安装清洗方便； 喷雾液滴大小均匀，比表面积大而又不容易引起带水。 smVV ag /23 . 0 3 u V D g i 2 mm u V D g i 3 . 0289 . 0 5 . 314 . 3 23 . 0 22 6 雾化喷嘴的功能是将大量的石灰石浆液转化为能够提供足够接触面积的雾 化小液滴以有效脱除烟气中二氧化硫。湿法脱硫采用的喷嘴一般为离心压力雾 化喷嘴，可粗略分为旋转型和离心型。常用的有空心锥切线型、实心锥切线型、 双空心锥切线型、实心锥型、螺旋型等 5 种。 喷嘴布置分成 2-6 层，一般情况下为 4 层；层数的安排可以根据脱硫效率 的具体要求来增减。底负荷时可以停止使用某一层，层间距 0.8-2 米，离心式喷 嘴 1.7 米。实际上从浆液池液面到除雾器，整个高度都在进行吸收反应。因而 实际吸收区高度要比 h 高 6-8 米。 本方案采用 4 层喷嘴，层间距为 1.5 米。每台吸收塔再循环泵均对应一个 喷淋层，喷淋层上安装空心锥喷嘴，其作用是将石灰石/石膏浆液雾化。浆液由 吸收塔再循环泵输送到喷嘴，喷入烟气中。喷淋系统能使浆液在吸收塔内均匀 分布，流经每个喷淋层的流量相等。一个喷淋层由带连接支管的母管制浆液分 布管道和喷嘴组成，喷淋组件及喷嘴的布置成均匀覆盖吸收塔的横截面，并达 到要求的喷淋浆液覆盖率，使吸收浆液与烟气充分接触，从而保证在适当的液/ 气比（L/G）下可靠地实现至少 95%的脱硫效率，且在吸收塔的内表面不产生 结垢。喷嘴系统管道采用 FRP 玻璃钢，喷嘴采用 SIC,是一种脆性材料，但是特 别耐磨，而且抗化学腐蚀，可以长期运行而无腐蚀、无磨损、无石膏结垢以及 堵塞等问题。 喷管管数的确定：取液气比 20L/m3根据单层浆体总流量 Q l和单个喷嘴流 量 Qs，可得单层喷嘴个数 n： 而单个喷嘴流量为 Qs=0.01L/s，而 所以 N=1.53/0.01=153。 四污染治理工艺的选择四污染治理工艺的选择 4.1 烟气除尘工艺的选择烟气除尘工艺的选择 （1）除尘效率 = 1- CS/C 式中，C标准状况下烟气含尘浓度，mg/m3； Cs 标准状态下锅炉烟尘排放标准排放值，mg/m3。 = (1-200/1900) 100% =89.5% sL mLsm Q/53 . 1 3 /20/23 . 0 33 1 s Q Q N 1 7 (2) 根据工况下的烟气量 16.1m3/s、烟气温度 150及要求的除尘 效率 =89.5%确定除尘器：选用 CCJ/A-40 冲击式除尘器。 型号 风量（m3/h） 设备阻力（Pa） 除尘效率 CCJ/A-40 40000 1000-1600 95% 脱硫率 设备净重（Kg） 耗水量 溢流（Kg/h） 80% 5239 1320 型号 4-72No5A 设备净重 76kg 通风机 全压（Pa）3240-2240 电动机 Y160M2-2 风量（m3/h）7950-14720 五五.烟囱的排放口尺寸及高度烟囱的排放口尺寸及高度 5.1 各装置及管道布置的原则各装置及管道布置的原则 除尘净化系统通过降低烟尘排放量，极大地改善了大气环境质量。好的除 尘净化系统不仅除尘效果好，投资省，而且达到排放标准。设计除尘净化系统 时， 通常遵循以下原则： （1）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。 （2）管道应尽量集中成列，平行敷设，与柱、墙、设备及管道之间应留有足 够距离，以满足施工、运行、检修和热胀冷缩要求。 （3）除尘管道力求顺直，当必须水平敷设时，要有一定的坡度和足够的流速 以防止积尘。 （4）为减轻风机磨损，特别当含尘浓度较高时（大于 3g/m3 时） ，应将净化 装置设在风机的吸入段。 （5）分支管与水平管或倾斜主干管连接时，应从上部或侧面接入；几个分支 管汇合于同一主干管时，汇合点最好不设在同一断面上。 5.2 管径的确定管径的确定 )( 4 m v Q d 8 式中,Q工况下管内烟气流量，m3/s V烟气流速，m/s。 （可查有关手册确定，对于锅炉烟尘 v=1015m/s 计算: 取 v=12m/s得 d=2.11m 表 3.3 风管直径规格表 钢制板风管外径 D/mm 外径允许偏差/mm壁厚/mm 4600200 400 选取风道： d=2110mm 取钢制板风管壁厚：400mm 内径 d1=1310mm 实际烟气流速 u=11.95m/s 5.3 烟囱的设计烟囱的设计 （1）烟囱高度的确定 锅炉的总的蒸发量（230ht/） ，根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（表 3.4） 确定烟囱的高度。 锅炉烟囱的高度 表 3.4 锅炉烟囱的高度表 锅炉总额定出力 /（t/h） 12266101020263535 烟囱最低高度/m 20 25 30 35 40 45 因为锅炉的总额定出力为 230t/h，由表 4-1 可知烟囱高度取 45m. （2）烟囱的抽力 )() 273 1 273 1 (0342 . 0 PaB tt HS pk y 式中: H烟囱高度，m tk外界空气温度， tp烟囱内烟气平均温度， B当地大气压，Pa 9 计算：Sy=197.7Pa （3）系统中烟气温度的变化 烟气在管道中的温度降 () CQ Fq t 1 式中 Q标准状态下烟气流量， hm / 3 F管道散热面积， 2 m CV标准状态下烟气平均比热容（一般为 1.3521.357KJ/(m. ) q管道单位面积散热损失 KJ/(m3h) 查相关数据可知 室内 q1=4187 KJ/(m3h) 室外 q2=5443 KJ/(m3h) 室内管道长：L1=10- 4.6-0.4=5m F1=d1l1=3.144.65=72.2m2 室外管道长：L2=20-5=15m F2=d2l2=3.144.6 15=216.7 m2 取 Cv=1.355 T1=2 烟气在烟囱中的温度降 () D AH t 2 式中H烟囱高度，m D额定蒸发量，t/h A温度降系数，可由表 3.5 查得。 表 3.5 烟囱温降系数 烟囱种类 钢烟囱 （无衬筒） 钢烟囱 （有衬筒） 砖烟囱，H50m (壁厚小于 0.5m) 砖烟囱 （壁厚大于 0.5m） A 2 0.8 0.4 0.2 10 计算： =1.1 ， T=3.1 。 2 t 六系统阻力的计算六系统阻力的计算 6.1 摩擦压力损失摩擦压力损失 对于圆管 )( 2 2 Pa v d L PL 式中 L管道长度,m 烟气密度， 3 /mkg v管中气流平均速率, m/s d管道直径,m 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， 可以查手册得到（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） 。 计算： 对于直径 4.6m 的圆管： L=20m (kg/m)85 . 0 158273 273 34 . 1 158273 273 n 所以 )( 8 . 19 2 48.1485 . 0 6 . 4 20 04 . 0 2 22 Pa v d L PL 6.2 局部压力损失局部压力损失 )( 2 2 Pa v P 式中： 异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到或通过实验 获得 ； v与 相对应的断面平均气流速率，m/s 烟气密度，kg/m (1) 45 度时，=0.1，)(9 . 8 2 48.1485 . 0 1 . 0 2 22 Pa v P 取=45 度，v=14.48m/s 结果为：p=8.9（Pa） 11 L1=4.6tan67.5=10.7（m） 图 6.2 中一为渐缩管。 图 6.2 除尘器入口前管道示