大气污染控制工程课程设计.doc

目录一、前言- 2 -二、设计目的- 3 -三、设计原始资料- 3 -四、设计计算- 4 -1、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算- 4 -（1）标准状态下理论空气量- 4 -（2）标准状态下理论烟气量- 4 -（3）标准状态下实际烟气量- 4 -（4）标准状态下烟气含尘浓度- 5 -（5）标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算- 5 -2、除尘器的选择- 6 -（1）除尘器应达到的除尘效率- 6 -（2）除尘器的选择- 6 -3、确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置- 8 -4、烟囱的设计- 8 -（1）烟囱高度的确定- 8 -（2）烟囱直径的计算- 9 -（3）烟囱的抽力- 10 -5、系统阻力的计算- 10 -（1）摩擦压力损失- 10 -（2）局部压力损失- 11 -6、风机及电动机选择及计算- 11 -（1）风机风量的计算- 11 -（2）风机风压的计算- 12 -（3）电动机功率的计算- 12 -7、系统中烟气温度的变化- 13 -五、小结- 15 -六、参考文献- 15 -七附图（如下）- 15 -一、前言随着我国工业的快速发展和国民经济的大幅增长，大气污染问题日渐突出。人类活动中未经处理排放的各种有毒有害气体可能造成的危害，如酸雨、光化学烟雾等等，严重威胁国民健康和限制经济发展。早期的二氧化硫污染限于局地，造成局地环境大气中二氧化硫浓度升高；近100年来，由二氧化硫等酸性气体导致的酸沉降成为举世关注的区域性环境问题；最近，人们开始关注由二氧化硫等气态污染物在大气中形成的二次微细粒子，它不仅影响人体健康、大气可见度，甚至导致全球气候变化。控制二氧化硫的排放已经成为世界各国的共同行动。本课程设计对象燃煤锅炉房烟气除尘系统，在其生产过程中产生大量主要污染物为颗粒污染物的烟气，需要采取一定的除尘设备加以处理。本设计主要针对电除尘器设计。电除尘行业是我国环保产业中能与国际厂商抗衡且最具竞争力的一个行业，多年来电除尘器一直作为各行业除尘及气体净化的主要设备。但目前我国电除尘器存在电场数量偏少、比集尘面积偏小的现象，使少部分电除尘设备投运后烟尘排放不能达标。电除尘器的除尘效率是根据排放标准和工况条件等要素设计的，随着粉尘排放标准的提高，电场数量偏少、比集尘面积偏小现象越发显得突出。近年来，我国电除尘技术有了长足发展，但与国际先进水平相比还有一定差距。特别是在电除尘器的选型设计方面，由于历史原因，使得我国电除尘器普遍存在电场数量偏少、比集尘面积偏小的现象，造成部分设备投运后烟尘排放不能达标的现状。有必要根据国际先进技术、国内应用实际，编制适合我国国情和特点的燃煤电厂电除尘器选型设计指导文件，保证电除尘器选型设计科学合理，设备性能满足排放要求，提升行业整体技术水平，推动和引导电除尘行业技术进步。二、设计目的通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养学生确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。三、设计原始资料锅炉型号民：szl4-13型，共4台（2.8mw4）设计耗煤量：3.0t/h排烟温度：160烟气密度（标准状态下）：1.34kg/m3空气过剩系数：1.4排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：16%烟气在锅炉出口前阻力：800pa当地大气压：97.86kpa冬季室外空气温度：1空气含水（标准状态下）按0.01293 kg/m3 烟气其它性质按空气计算煤的工业分析值：cy=68% hy=4% sy=1% qy=5% ny=1% wy=6% ay=15% vy=13%按锅炉大气污染物排放标准（gb132712001）中二类区标准执行。烟尘浓度排放标准（标准状态下）：200 mg/m3二氧化硫排放标准（标准状态下）：900 mg/m3净化系统布置场地为锅炉房北侧15m以内。四、设计计算1、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算（1）标准状态下理论空气量 式中 ， ， ，分别为煤各元素所含的质量分数。代入68% ，4%，1%，5%，得=4.78 (1.8670.68+5.560.04+0.70.01-0.70.05)=6.97（2）标准状态下理论烟气量（设空气含湿量为12.93）式中 标准状态下理论空气量，；煤中水分所占质量分数，；n元素在所占质量分数，；代入 =6.97 ,=6%,=1%,得1.867(0.68+0.3750.01)+11.20.04+1.240.06+(0.016+0.79) 6.97+0.80.01=7.42 （3）标准状态下实际烟气量 式中 空气过剩系数,取1.4注意：标准状态下烟气流量q以计，因此，设计耗煤量代入 7.42 ，6.97 ，得=7.42+1.0160.46.9710.25设计耗煤量=10.253.01000=30750标准状态下实际烟气量（4）标准状态下烟气含尘浓度 式中 排烟中飞灰占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，。代入16%,=15%,10.25,得c=（0.150.16）/10.25=0.00234（5）标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算式中煤中可燃硫的质量分数代入1%,10.25,得=20000/10.251.952、除尘器的选择（1）除尘器应达到的除尘效率式中 c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，。代入c=2340,=200,得 1-200/2340=0.91453=91.45%（2）除尘器的选择工作状况下烟气流量 = 48772 标准状态下实际烟气量，工作状况下烟气温度，160k标准状况下温度，273k总的烟气流速 13.5单个的各为q=48772/4=12193，q/3600=3.4为使电除尘器选型正确，首先必须掌握系统概况、燃煤性质、飞灰性质、烟气成分分析、设计参数、厂址气象和地理条件、达到保证效率的条件等选型设计用基本资料。其次要进行选型设计条件对电除尘器性能的影响分析及性能要求分析。影响电除尘器性能的因素很复杂，对燃煤电厂而言，它不但与工况条件即燃煤性质(成分、挥发分、发热量、灰熔融性等)、飞灰性质(成分、粒径、密度、比电阻、粘附性等)、烟气成分等有关，同时与电除尘器的技术状况(包括极配形式、结构特点、振打方式及振打力大小、气流分布的均匀性以及电场划分情况、电气控制特性等)有关，还与运行条件(包括操作电压、板电流密度、积灰情况、振打周期等)有关。此外，还存在着诸如飞灰物相组份、显微结构(灰粒形状、孔隙率及孔隙结构、表面状况)、浸润性等方面对电除尘器性能的影响。虽然对这些方面的系统论述和定量计算还缺乏基础，但选型时应予注意。如:灰的熔融温度与其成分有密切关系，灰中al2o3、sio2含量越高则灰熔融温度越高，na2o、k2o、 fe2o3、mgo、cao等有利于降低灰熔融温度。一般地，灰的熔融温度高，对除尘不利。在飞灰粒径方面，当粒径1m时，粉尘驱进速度与粒径为正相关，当粒径为0.1m1m时，粉尘的驱进速度最小，当粒径10时，电除尘器二次飞扬会明显增大，应给予注意。飞灰的粘附性，可使微细粉尘凝聚成较大的粒子，这有利于除尘。但粘附力强的飞灰，会造成振打清灰困难，阴、阳极易积灰，对除尘不利。一般地，粒径小、比表面积大的飞灰粘附性强。在上述因素中，煤、飞灰成分对电除尘器性能影响最大。在煤的成分中，对电除尘器性能产生影响的主要因素有sar、水分和灰分。飞灰包括na2o、 fe2o3、k2o、so3、al2o3、sio2、cao、mgo、p2o5、li2o、mno2、tio2及飞灰可燃物等成分。水分对电除尘器性能的影响是显而易见的。炉前煤水分高，烟气的湿度就大，粉尘的表面导电性就会较好，比电阻相对较低。在燃煤含水量很高的锅炉烟气中，水分对电除尘器的性能起着十分重要的作用。煤的灰分高低，直接决定了烟气中的含尘浓度。对于特定的工艺过程和在一般含尘浓度范围内，驱进速度将随着粉尘浓度的增加而增大。但含尘浓度过大，会产生电晕封闭。出口粉尘浓度要求相同时，其设计除尘效率的要求也越高。烟气含尘浓度高，所消耗表面导电物质的量大，对高硫、高水分的有利作用折减幅度大。综合来讲，高灰分对电除尘器的烟尘排放是不利的。此项目的实际烟气量为30750，含尘浓度为0.00234，即2.34g/m30g/m，可以选择电除尘器。二氧化硫浓度为1.95；根据以上计算及综合考虑，采用4台wdn-4.1卧式静电除尘器，阻力为p200型号规格有效截面积m2处理风量m3/h电场清灰方式允许温度设备阻力pa除尘效率外型尺寸长宽高(mm)重量(kg)电流ma/kvwdn-4.14.110100顶部电机振打250996.342.26.58.5620/1003、确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置(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、操作和维修方便。(2) 管径的确定单个锅炉的流量： /3600=3.4 管径 m式中 工况下管内烟气流量，；烟气流速，取=10m/s经计算取管径650mm4、烟囱的设计（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（t/h）,然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定来确定烟囱的高度。锅炉烟囱高度表锅炉总额定出力/(t/h)1122661010202635烟囱最低高度/m202530354045查所选除尘器的相关参数，选定烟囱高度为40m（2）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，； 按下表选取的烟尘出口烟气流速，m/s。烟尘出口烟气流速表通风方式运行情况全负荷最小负荷机械通风102045自然通风6102.53选定=1.199m烟囱底部直径 式中 烟囱出口直径， h烟囱高度，m i烟囱锥度，通常取0.020.03。这里取0.02（3）烟囱的抽力 式中 h烟囱的高度，m； 外界空气温度，-1； 烟囱内烟气平均温度，160； b当地大气压，97860。 5、系统阻力的计算（1）摩擦压力损失对于圆管 式中 l圆管长度，m； d管道直径，m； 烟气密度，1.34； 管中气流平均速率，m/s； 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（实际中对技术管道值可取0.02，对砖砌或混凝土管道可取0.04），这里采用钢板制圆形通风管,取0.02.单个管：=10m/s, d=650mm,l=2.18m,6.31 pa（2）局部压力损失式中 异型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； 与相对应的段平均气流速率，m/s；烟气密度，弯头15，48：三通管256，378：三通管967：系统总阻力：（其中烟气在出口前阻力8004，12004）=8221.01 pa6、风机及电动机选择及计算 （1）风机风量的计算 式中 1.1风量备用系数； q标准状态下风机前表风量； 风机前烟气温度，若管道不太长，可以进似取锅炉排烟温度； 当地大气压，kpa。（2）风机风压的计算式中 1.2风量备用系数； 系统总阻力，pa； 烟囱抽力，pa； 风机前的烟气温度，； 风机性能表中给出的试验用气体温度，；（参考德惠风机选型系统） 标准状况下烟气密度，1.34 。9636.84 pa选择的风机型号：高压系列风机9-19 1600d（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,0.81（一般风机为0.6，高效风机约为0.9）； 机械传动效率，当风机与电动机直连传动时=0.95； 电动机备用系数，对风机，=1.3。根据电动机的功率，风机的转速，传动方式选择电动机的型号为y355m2-4 250kw ,转速为1450r/min201 kw7、系统中烟气温度的变化当烟气管道较长时，必须考虑烟气温度的降低.除尘器、风机、烟囱的烟气流量应按各点的温度计算。烟气在管道中的温度降 () 式中q标准状态下烟气流量，m3/h； f管道散热面积，m2； cv标准状态下烟气平均比热容（一般为1.3521.357kj/m3.）； q管道单位面积散热损失。室内q4187kj/(m2.h)，室外q5433kj/(m2.h) cv取1.355 kj/ m3.烟气在烟囱中的温度降 () 式中 h烟囱高度，m； d合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h； a温降系数，烟囱厚度为0.4米，高度为42米，由表321查得a为0.4。表321 烟囱温降系数烟囱各类钢烟囱（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0.5ma20.80.40.2五、小结本次大气污染控制工程课程设计主要设计了一燃煤锅炉房烟气除尘系统。通过本次课程设计，我们不但回顾了课本中学习的内容、巩固了知识，另一方面，也对当前环保产业的发展有了直观的认识，特别是除尘设备的发展现状。从风量计算，浓度计算，除尘效率到管线布置，我们初