《大气污染控制工程》课程设计-DZL2-13型燃煤锅炉烟气袋式除尘系统设计.doc

课 程 设 计 任 务 书1设计目的：通过本课程设计，掌握大气污染控制工程课程要求的基本设计方法，掌握大气污染控制工程设计要点及其相关工程设计要点，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；培养环境工程专业学生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。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1.设计题目 dzl2-13型燃煤锅炉烟气袋式除尘系统设计2.设计原始资料锅炉型号：dzl2-13 即，单锅筒纵置式链条炉，蒸发量2t/h，出口蒸汽压力13mpa设计耗煤量：350kg/h设计煤成分：cy=76% hy=2% oy=4% ny=1% sy=3% ay=10% wy=4% ；vy8 属于无烟煤 排烟温度：160空气过剩系数1.3飞灰率16 烟气在锅炉出口前阻力700pa污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中二类区新建排污项目执行。连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度50m，90弯头10个。3.设计内容及要求（1）根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量，烟尘和二氧化硫浓度。 （2）净化系统设计方案的分析确定，包括除尘器的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；除尘效率的影响因素等。 （3）除尘设备结构设计计算（4）烟囱设计计算（5）管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择（6）根据计算结果绘制设计图，最少三张a4图，并包括系统流程图一张。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：课程设计计算说明书一份，并按照规定格式打印装订； 课程设计所需若干图纸，要求作图规范，a4纸打印。 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1.郝吉明，马广大.大气污染控制工程.第二版.北京：高等教育出版社，20022. 黄学敏，张承中.大气污染控制工程实践教程.北京：高等教育出版社，20033.刘天齐.三废处理工程技术手册废气卷.北京：化学工业出版社，19994. 张殿印.除尘工程设计手册. 北京：化学工业出版社，20035. 童志权.工业废气净化与利用. 北京：化学工业出版社，20036.周兴求，叶代启.环保设备设计手册大气污染控制设备，北京：化学工业出版社，20037.罗辉.环保设备设计与应用. 北京：高等教育出版社，20035设计成果形式及要求：一、说明书装订顺序：说明书封面，任务书，目录，正文、参考文献、附图。二、说明书格式（1）用1 1.1 1.1.1 做标题，标题左顶格，不留空格。（2）一级标题3号宋体加黑；二级标题4号宋体加黑；三级标题小4号宋体加黑；（3）“目录”居中， 用小4号宋体加黑，1.5倍行距；（4）正文小4号宋体，1.5倍行距。（5）“参考文献”标题格式同一级标题，内容格式同正文小4号宋体，1.5倍行距。（6）页码排序从正文开始，用“第页”形式，居中。 三、设计图a4纸规范打印，包括图框、明细表，平面布置图中要有方位标志（指北针）。6工作计划及进度：2011年5月 30 日 ：领取课程设计任务书，明确课程设计的内容，查阅相关资料。 5月 31日 6 月8日：设计计算、绘制相关图纸。6月 9 日 ： 打印装订设计说明书。6月 10日 ： 答辩或成绩考核系主任审查意见： 签字： 年 月 日目录1 概论12 电除尘器12.1 电除尘器的工作原理22.2 电除尘器的主体结构22.3 除尘效率的影响因素23 燃烧计算43.1 空气量的计算43.2 烟气量的计算54 电除尘设备结构设计计算65 氨法脱硫工艺净化含硫烟气105.1 湿式氨法原理105.2 净化效率的影响因素125.3 氨法脱硫设计参数125.4设备结构的计算135.4.1 确定塔的直径135.4.2 塔高的设计145.4.3 物料平衡计算146 烟囱设计156.1 烟囱高度的计算156.2 烟囱直径的计算166.3 烟囱底部直径的计算176.4 烟囱阻力的计算176.5 烟囱高度的核算187 管道系统设计，阻力计算197.1管道直径的确定197.2 系统阻力的计算197.3 系统总阻力的计算208 风机电机的选择218.1 风机风量的计算218.2 风机风压的计算219 核算2110 结束语2311 参考文献24 1 概论烟尘是造成大气污染的主要因素之一，减少大气污染的根本措施就是减少有害物质向大气的排放。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。除尘技术受到当地条件、现场条件、燃烧煤种特性、大气污染物质排放标准和需要达到的除尘效率等多种因素的影响。从气体中去除或捕集固态微粒或液态微粒的设备称为除尘装置，或除尘器。根据主要除尘机理，目前常用的除尘器可分为：机械除尘器；电除尘器；袋式除尘器；湿式除尘器等。2 电除尘器 电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘机上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。电除尘过程与其他除尘过程的根本区别在于，分离力直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上，这就决定了它具有分离粒子耗能小、气流阻力小的特点。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以即使对亚微米级的粒子也能有效地捕集。电除尘器的主要优点是：(1) 压力损失小，一般为；(2) 处理烟气量大，可达； (3) 能耗低，大约；(4) 对细粉尘有很高的捕集率，可高于；(5) 可在高温或强腐蚀性气体下操作。在收集细粉尘的场合，电除尘器是主要的除尘装置之一。2.1 电除尘器的工作原理 烟气通过电除尘器主体结构前的烟道时，使其烟尘带正电荷，然后烟气进入设置多层阴极板的电除尘器通道。由于带正电荷烟尘与阴极电板的相互吸附作用，使烟气中的颗粒烟尘吸附在阴极上，定时打击阴极板，使具有一定厚度的烟尘在自重和振动的双重作用下跌落在电除尘器结构下方的灰斗中，从而达到清除烟气中的烟尘的目的。2.2 电除尘器的主体结构电除尘器主要由电晕极、集尘极、气流分布板、振动清灰装置和供电设备组成。主要设计参数主要参数符号单位一般范围总除尘效率有效趋进速度气流速度通道长高比板间距比集尘表面积电晕极间距l/ha/q%cm/sm/scmmm9599.91.52.00.52.00.51.5233830024002003002.3 除尘效率的影响因素(1) 电晕电极间距 集尘极与放电极的间距对电除尘器的电气性能及除尘效率均有很大影响。如间距太小，由于振打引起的位移、加工安装的误差和积尘等对工作电压影响大。如间距太大，要求工作电压高，往往受到变压器、整流设备、绝缘材料的允许电压的限制。一般集尘极的间距采用200300mm,即放电极与集尘极之间的距离为100150mm。放电极与放电极之间的距离对放电强度也有很大影响，间距太大，会减弱放电强度；但电晕线太密，也会因屏蔽作用而使其放电强度降低。(2) 气体分布的影响电除尘器进口处的气体流速大于除尘器内部的流速，所以，若不采取必要的分布措施，气体在除尘器内会很不均匀，中心部分流速将大大超过设计指标，气体在除尘器内的停留时间大大缩短，被捕集到的粉尘再飞扬也会被高速气流带走。同时气流分布不均匀会使电晕极产生晃动，引起供电电压的波动，从而使实际除尘效率降低。严重时会造成电除尘器不能正常操作。为此，可通过加设气流分布装置加以解决。(3)气体含尘量随含尘浓度的增加，荷电尘粒的密度会增加，荷电尘粒形成的大量空间电荷会对电晕放电产生屏蔽效果，出现电晕阻止效应，使电晕电流大大减小，甚至为零形成电晕闭塞，使除尘器失去除尘能力。(4) 粉尘的比电阻粉尘是依靠粉尘颗粒之间、以及粉尘颗粒与集尘极之间的范德华力和电附着力而附着于集尘极上，从而堆积成为粉尘层。其中的电附着力与粉尘的比电阻成正比，若粉尘的比电阻过低，则粉尘颗粒所带的负电荷很快释放了，使粉尘表面电位降低，失去电附着力，同时粉尘颗粒被集尘极夺去电子，形成带正电的粉尘颗粒，在斥力的作用下，又从集尘极上跳回气流中，再次捕集后又再次跳出，造成二次飞尘扬，使除尘效率下降。3 燃烧计算3.1 空气量的计算以1kg燃煤为基础，则由已知可得，煤燃烧产物各组分含量分别如下：质量（g） 摩尔数（mol） 需氧数（mol） 生成物（mol）c 720 60 60 60 h 20 20 5 10 o 40 2.5 -1.25 - n 10 0.7143 - 0.3572 s 30 0.9375 0.9375 0.9375w 40 2.22 - -a 140 - - -a)燃煤1kg的理论需氧量为： 代入数据得： b)假定空气中氮与氧的摩尔比为3.78， 则1kg该煤完全燃烧所需理论空气量为：即： c)实际所需空气量为： 式中： 空气过量系数。 代入数据得：即: d)燃用1kg该煤产生的烟气量中：含有的水量为：含有的量为： 含有的的量为：含有的量为： 含有的量为：3.2 烟气量的计算a)标况下产生的烟气体积为： 则实际烟气量为：烟气中的浓度为：烟气中粉尘的浓度为：所以在该设计下所得的总烟气量为：式中： 标况下产生总烟气量，； 煤耗量，。代入数据得： b）因排烟温度为160摄氏度，即=433k， 代入数据得： 所以在排烟温度160摄氏度下，烟气中的浓度为：粉尘浓度为：故锅炉燃烧产生的烟气量为： 4 电除尘设备结构设计计算采用板式电除尘器；电晕电极为圆形电极，固定方式为重锤悬吊式；集尘极选用平板型，清灰采用湿式均匀喷雾的方法，它具有效率高，无二次扬尘的特点。（1）除尘效率：式中：c1除尘器入口含尘浓度，mg/m3，一般应小于30mg/m3否则应加设预净化设备。 c2除尘器出口允许排放浓度，mg/m3，锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行，c2=200mg/m3（2）集尘极比集尘面积f：式中有效驱进速度，cm/s，=1015cm/s（3）集尘极总面积a：考虑因处理气量、温度、压力的波动和供电系统的可靠性等因素影响，参照实际生产情况，取富裕系数m=1.52.0。因此，其需要的集尘极面积a则取实际集尘极面积为2300m2实际集尘极的比集尘面积f （4）验算除尘效率：（5）电除尘器有效截面积f：式中v气体流速，m/s，取v=2m/s（6）集尘极极板高度h：由于f=25.455m280m2 取h=6m。取宽高比为1，则集尘极极板宽度b1=6m（7）气体在电除尘器内的通道数n： 取n=15式中b集尘极间距，m，目前一般集尘极的间距一般采用200300mm，放电极与集尘极之间距离为100150mm。（8）集尘极总长度l：由于放电极之间的间距为200300之间，本设计中取电晕线的间距为250，则每个通道上的电晕线条数为： 取m为52条。（9）灰斗：设灰斗倾斜角60，上端口径2m，下端口径0.5m。灰斗高度t： 所以应设4个灰斗。（10）除尘器总体计算：除尘器总高h：式中h集尘板以上超高部分，m，取h=0.5m。除尘器总长l：式中集尘板左右到进气口距离，m，取。除尘器总宽b：式中b外恻集尘板到集尘器壁的距离，m，取b=0.5。支架高度p： 取灰管长度1m，灰管到地面高度为2m。5 氨法脱硫工艺净化含硫烟气5.1 湿式氨法原理 湿式氨法是目前较成熟的、已工业化的氨法脱硫工艺，并且湿式氨法既脱硫又脱氮。用氨水作为脱硫吸收剂，与进入吸收塔的烟气接触混合，与氨水反应，生成亚硫酸铵，经与鼓人的强制氧化空气进行氧化反应，生成硫酸铵溶液，经结晶、脱水、干燥后即制得化学肥料硫酸铵。其主要技术特点有：副产品硫酸镀的销路和价格是氨法工艺应用的先决条件，由于氨法所采用的吸收剂氨水价格远比石灰石高，其吸收剂费用很高，如果副产品无销路或销售价格低，不能抵消大部分吸收剂费用，则不能应用氨法工艺 5 。（1）基本原理：氨法脱硫工艺主要有两部分构成。吸收过程：烟气经过吸收塔，其中的被吸收液吸收，并生成亚硫酸氨与硫酸氢铵，具体化学反应如下： 中和结晶：由吸收产生的高溶度亚硫酸氨与硫酸氨吸收液，先经灰渣过滤去除烟尘，再在结晶反应器中与氨起中和反应，同时用水间接搅拌冷却，使亚硫酸铵结晶析出，具体反应如下：（2）湿式氨法脱硫工艺湿式氨法洗涤脱硫工艺设备主要由脱硫洗涤系统、烟气系统、氨水制备贮存系统等组成。核心设备是脱硫洗涤塔。烟气系统：烟气系统包括脱硫增压风机、烟气冷却装置、热交换器等。经过除尘的烟气在热交换器中冷却，在急冷段中喷水使之冷却饱和后，进入脱硫洗涤塔经氨水洗涤脱硫风机增压和热交换升温后由烟囱排放。脱硫洗涤系统：脱硫洗涤系统是该工艺的核心，包括吸收塔、氨水供给循环装置、氧化装置。洗涤塔内置二层吸收洗涤层。洗涤层为烟气和氨吸收液密切接触提供载体。经冷却后的烟气从底部进入洗涤塔，逆流和从洗涤层上部喷淋下的氨水吸收液接触，烟气中的被氨吸收变成亚硫酸铵，通过在第一洗涤段来不断控制洗涤液的，使其在一合理的范围内。并根椐的含量来调节第二洗涤段的喷淋量，以求达到更好的效果。洗涤液按浓度控制提供给硫酸铵储存罐。完成脱硫后的烟气通过安装于塔顶的湿式除尘器去除吸收过程产生的气溶胶，再排出脱硫洗涤塔。氨水制备贮存系统：把采构来的液氨和水以一定的比例混合在容器中制成反应所需要浓度的氨水，顺流的热交换器把吸收产生的热量带走，使溶液降到饱和温度。产生的氨水贮存在罐中，能满足一定时间内的使用量。硫酸铵结晶系统：该系统将洗涤塔中产生的液体硫铵溶液经浓缩结晶形成硫酸铵固态产品。装置用蒸气加热结晶，产生的水补充做脱硫系统用的工艺水。形成的脱硫副产品以固态直径的硫酸铵结晶形式贮存或外运。其流程图如下：图3.15.2 净化效率的影响因素 在实验的负荷范围内,净化效率总体上随负荷的升高而下降.在相同的进气浓度下,随着停留时间的增加,消除能力和净化效率迅速提高.进口浓度对生物滴滤器的净化效率和所需的填料层高度有较大的影响6。5.3 氨法脱硫设计参数（1）脱硫设备结构：a)气流速为； b) 塔高的设计:收反应时间为,层层间距，上部的设计高度，反应器下部高度为； c) 物料平衡计算: 液气比：取,氨过剩量为1.2 , 氨法脱硫效率为。氨法脱硫效率一般为。（2）烟囱的设计：a) 假设烟囱的几何高度为；b) 烟囱出口烟气流速为；c) 烟囱椎角（通常取），此处设计取。（3） 管道系统设计，阻力计算： a) 烟气流速:对于锅炉内烟尘,处设计取；b) 烟气密度，标况下烟气的密度为：； c）摩擦阻力系数，使气体雷诺数re和管道相对粗糙度的函数，可查手册得到（实际中对金属管道值取0.02，对砖砌或混凝土管道值可取0.04）；d) 系统总阻力:中锅炉出口前阻力为，填料塔阻力为,吸收塔的总阻力为：。（4）风机电机的选择：a)风量备用系数为1.1；b)风压备用系数为：1.27。5.4设备结构的计算由于排出烟气温度较高，因此在进入吸收塔之前应先降温。5.4.1 确定塔的直径 式中： 塔的直径，；烟气流速，取烟气流速为。代入数据得：塔径确定后，应对填料尺寸进行校核。塔径，实际,校核合格。5.4.2 塔高的设计取吸收反应时间为，式中：有效塔高，m；吸收反应时间，。代入数据得：；分二层： ； 层间间距： ；反应器上部的设计高度为：；反应器下部高度为：；总高度为： 式中：填料塔的总高度，；代入数据得：。5.4.3 物料平衡计算（1）液体量：液气比： 取 式中： 液体量，； 液气比。代入数据得：（2）物料平衡：总反应： 1 1 0.9375mol设氨过剩量为：1.2 氨量： 氨浓度：（3）脱硫效率设氨法脱硫效率为，氨法脱硫效率一般为。吸收量为：由于湿式氨法脱硫产品可以回收利用，氨法不需要液体回流，脱硫产物可以直接排出。6 烟囱设计6.1 烟囱高度的计算（1）假设烟囱的高度为：。（2）设当地气压为978.4hpa，出口温度为60，则该温度下的烟气量为： 烟囱出口粉尘浓度为： 烟气的热释放率为： 烟气的热释放率，；进口温度和出口温度之差，。代入数据得：查相关数据得，城区：，取烟囱出口处的平均风速为，求得烟气抬升高度为： 式中： 烟气抬升高度，代入数据得： （3）烟囱的有效高度： 6.2 烟囱直径的计算取烟囱出口烟气流速为， 式中： 烟囱直径，；烟囱出口烟气流速，由表4.2确定，。烟囱出口烟气流速通风方式运 行 情 况全 负 荷 时 最小负荷机 械 通 风 1020 45 自 然 通 风 610 2.53 代入数据得： 6.3 烟囱底部直径的计算 式中：烟囱高度，；烟囱椎角（通常取），此处设计取。代入数据得：6.4 烟囱阻力的计算（1）烟囱平均直径： 式中： 烟囱平均直径，m。代入数据得：（2）润湿周边的计算： 式中：润湿周边，m。代入数据得：（3）烟囱阻力： 式中： 烟囱阻力，； 阻力系数，取； 烟气密度，假设标况下烟气的密度为：。代入数据得：。6.5 烟囱高度的核算地面最大浓度为： 已知，取，（0.51），据大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行：根据除尘及脱硫效率可得：代入数据得： 依据二类地区烟气排放参考标准，so2和粉尘的地面最大允许排放浓度都为0.15mg/m3，故烟囱选取高度合适。7 管道系统设计，阻力计算 7.1管道直径的确定计算管道的直径、长度、烟囱高度及系统总阻力：（1）各装置及管道布置的原则：根据锅炉运行情况及锅炉现场的实际情况确定各装置的位置。对各装置及管道的布置应力求简单、紧凑、管程短、占地面积小、并使安装、操作及检修方便即可8。（2）管径的计算： 式中： 管道的直径，；管道内烟气流速，（对于锅炉内烟尘），此处设计取。代入数据得：7.2 系统阻力的计算（1）沿程阻力损失： 式中： l管道长度，取；烟气密度，假设标况下烟气的密度为：；摩擦阻力系数，使气体雷诺数re和管道相对粗糙度的函数。可查手册得到（实际中对金属管道值取0.02，对砖砌或混凝土管道值可取0.04）。代入数据得：（2）局部阻力损失： 式中： 局部阻力损失，；异形管道的局部阻力系数； 与相对应的断面平均气流流速，；已知连结锅炉、净化设备及烟囱等净化系统总需90度弯头50个，局部阻力系数为：代入数据得：则个弯头总阻力损失为：7.3 系统总阻力的计算系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为：,吸收塔的总阻力为：；填料塔阻力为：700；烟囱阻力为：）为：=锅炉出口前阻力+吸收塔阻力+管道阻力+弯头组力+烟囱阻力8 风机电机的选择8.1 风机风量的计算 式中： 风机的风量；风量备用系数； 通过风机前的风量，。代入数据得： 8.2 风机风压的计算 式中： 风压备用系数； 系统总阻力，。代入数据得：根据和选定、锅炉通风机，性能如下：表9.2机号传动方式转速（）流量()全压（pa）效率/%功率/kw14d 1450 86