大气处理课程设计--某小型燃煤电站锅炉烟气除尘、脱硫处理与脱销处理系统的设计.doc

大气污染课程设计姓名：张XX指导老师：孙老师专业：环境监测与治理技术学院：化工食品学院学号：目 录一、课程设计题目4二、设计原始资料41.锅炉设备的主要参数42.污染源强相关参数43.煤的工业分析值44.按锅炉大气污染排放标准（GB132712001）中二类区标准执行4三、设计方案的确定及原理4四、设计计算61.耗煤量计算62.烟气量、烟尘和二氧化硫浓度与氮氧化物浓度的计算62.1标准状态下理论空气量62.2标准状态下理论烟气量（设空气含湿量为12.93(m3/kg)）72.3标准状态下实际烟气量72.4标准状态下烟气含尘浓度72.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算82.6标态下氮氧化物浓度的计算83.除尘器的选择83.1除尘器应达到的除尘效率83.2除尘器的选择94.旋风除尘器的设计94.1确定旋风除尘器的进口气流速度v94.2确定旋风除尘器的几何尺寸94.3压力损失P 105.脱销工艺106.脱硫方案的确定11（1）喷淋塔内流量计算11（2） 喷淋塔径计算12（3）喷淋塔高度计算127.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。147.1各装置及管道布置的原则147.2管径的确定158.烟囱的计算158.1烟囱高度的确定158.2烟囱直径的计算168.3烟囱的抽力169.系统阻力的计算179.1摩擦压力损失179.2局部压力损失179.3系统总总阻力（其中锅炉出口前阻力为1200pa）181)总阻力计算1810.风机和电动机的选择及计算1810.1标准状态下风机风量的计算1810.2风机风压的计算19五、小结19六、参考资料19大气污染控制工程课程设计一、 课程设计题目某小型燃煤电站锅炉烟气除尘、脱硫处理与脱销处理系统的设计。二、 设计原始资料1.锅炉设备的主要参数锅炉型号SZL-8-1.25-ALL额定蒸发量：7.5t/h排烟温度：160 2.污染源强相关参数烟气密度（标准状态）：1.37 kg/m3烟气在锅炉出口的阻力：1200Pa排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：18当地大气压：101.325(273+24)/273=110.23KPa室外空气温度：24空气过剩系数：=1.33.煤的工业分析值C=65%；H=5%；S=3.2%；O=4.8%；N=3%：灰分10.6%；4.按锅炉大气污染排放标准（GB132712001）中二类区标准执行烟尘浓度排放标准（标准状况下）：200/ 二氧化硫排放标准（标准状况下）：900-55/ 氮氧化物排放标准（标准状况下）：400/三、 设计方案的确定及原理由于所处理的烟气含尘较多，硫与氮的含量也较多，故采用除尘与脱硫脱氮分开的操作系统，以得到更好的处理效果。锅炉烟气通过风机进入SCR反应器。用NH3作为还原剂，在铂或非重金属催化剂的作用下，在较低温度条件下，NH3有选择地将废气中的Nox还原为氮气。液氨从液氨槽车有卸氨压缩机送入液氨储罐，再经过蒸发器槽蒸发氨气后，通过氨缓冲槽和输送管道进入锅炉区；通过与空气混合后，由有分布导阀进入SCR反应器，SCR反应器设置于空气预热器上游，氨气进入SCR反应器的上方，通过一种特殊的喷雾装置和烟气混合；混合后，烟气通过反应器内催化剂层进行还原反应，并完成脱硝工程；脱硝后的烟气进入空气预留器进行交换。锅炉烟气经旋风除尘器除尘后，通过风机后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除SO2、SO3，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏（CaSO42H2O），并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器（作为一级脱水设备）、浆液分配器和真空皮带脱水机。经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔液位。最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。脱氮过程主反应有以下几个： 4NO+4NH3+O24N2+6H2O;6NO+4NH35N2+6H2O6NO2+8NH37N2+12H2O;2NO2+4NH3+O23N2+6H2O;脱硫过程主反应由以下几个：SO2+ H2O H2SO3(吸收)CaCO3+ H2SO3 CaSO3+ CO2+ H2O (中和)CaSO3+ 1/2 O2 CaSO4(氧化)CaSO3+ 1/2 H2O CaSO31/2H2O (结晶)CaSO4+ 2H2O CaSO42H2O (结晶)CaSO3+ H2SO3 Ca(HSO3)2(pH控制) 处理烟气工艺流程图 1四、 设计计算1.耗煤量计算锅炉效率=78.2%；褐煤低位热值15466Kj/kg；一吨蒸汽所需要的全部热量为2446820kj/吨 耗煤量=2446820*7.5/15466*78.2%=1517kg 取1.6吨/h2.烟气量、烟尘和二氧化硫浓度与氮氧化物浓度的计算2.1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65% ，5%，3.2%，4.8%，得Qa=4.76 (1.8670.65+5.560.05+0.70.032-0.70.048)=7.05 。生2.2标准状态下理论烟气量（设空气含湿量为12.93(m3/kg)）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Qa=7.05 ,=6%,=3%,得Qs1.867(0.65+0.3750.032)+11.20.05+1.240.06+(0.016+0.79) 7.05+0.80.03=7.5 。2.3标准状态下实际烟气量式中空气过剩系数,取1.3注意：标准状态下烟气流量Q以计，因此，Q=Qs设计耗煤量代入7.5，7.05 ，得=7.5+1.0160.37.059.73设计耗煤量= 9.731600=15568 标准状态下实际烟气量2.4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18%,=13%,9.73,得C=0.180.13/9.73=2.4103（mg/m3）2.5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3.2%,Qs9.73,得=20.0320.98/9.73106=6.45103（mg/m3）。2.6标态下氮氧化物浓度的计算Cno=0.9N30106 /14=0.90.03/9.731430106=5.95103（mg/m3）。Cno2=0.1N46106/14=0.10.03/9.731446106=1.01103（mg/m3）CNOx=6.96103（mg/m3）3.除尘器的选择3.1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=2400=200,得1-200/2400=0.9167=91.67%。3.2除尘器的选择工作状况下烟气流量 Q=15568(273+160/273)=24692 标准状态下实际烟气量，工作状况下烟气温度，K标准状况下温度，273K总的烟气流速Q/3600=24692/3600=6.8589 4.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25000（m3/h）进行设计。4.1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，可根据设计要求设=18m/s。4.2确定旋风除尘器的几何尺寸a.进口截面积 F=AB=Q/V=25000/360018=0.3858m2 F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=878.40mm；B=439.20mm。b.筒体直径D 取B=0.3D，则D=3.33B=1462.54mm；c.筒体高度H1 取H1=1.7D=1.61462.54=2340.06mm；d.锥体高度H2 取H2=2.0D=2.01462.54=2925.08mm；e.排灰口直径D1 取D1=0.4D=0.41462.54=585.02mm；f.出口管直径D2 取D2=0.6D=0.61462.54=877.52mm；g.出口管长度H3 取H3=0.625D=0.6251462.54=914.09mm；h.总高度Ho 取Ho=4.0D=4.01462.54=5850.16mm;i.圆锥体的圆锥角 =304.3压力损失P 式中：K系数，标准切向进口，K=7.5； 工况下烟气密度，（kg/m3） P=7.5878.40439.20/877.5220.864182/2=525.933Pa由上述计算可知所设计的除尘器的处理量为25000m3/h，进口气流速度为18m/s，P=525.933Pa旋风除尘器型号XD-II-10配用锅炉/(t/h)处理烟气量（m3/h）除尘效率（%）本体阻力（Pa）质量（Kg）1030000954N2+6H2O;6NO+4NH35N2+6H2O当烟气中有氧气时，反应式先进行，因此，按消耗量与NO还原两有那一对一的关系。在锅炉的烟气中，NO2一般约占总的Nox浓度的5%。2NO2+4NH3+O23N2+6H2O;6NO2+8NH37N2+12H2O;表明还原NO2比还原NO需要更多的氨，因NO2含量小，因此NO2的影响并不明显。5.2技术要求a.脱销工艺采用SCR法，脱销催化剂层数按三层设置，其中一层预留；b.脱销系统暂按设置烟气旁路系统考虑;c.还原剂采用纯液氨d.脱销设备年运行小时按7000h考虑e.脱销装置可利用率不小于98%5.3还原剂选择氨系统的肾囊肿方法原料消耗两的比例为 纯氨：氨水（25%）：尿素=1：4：1.9纯氨法应用广范，出运量小，有利于布置，但储存需要较高的压力，安全性要求高。5.4工程接口位置液氨储存和氨注入系统入口：液氨罐车出口 出口：喷氨喷嘴烟气系统入口：锅炉省煤器出口烟道 出口：空预留器几口烟道蒸汽：蒸发器入口 液氨蒸发器源接口5.5工艺流程 液氨从液氨槽车有卸氨压缩机送入液氨储罐，再经过蒸发器槽蒸发氨气后，通过氨缓冲槽和输送管道进入锅炉区；通过与空气混合后，由有分布导阀进入SCR反应器，SCR反应器设置于空气预热器上游，氨气进入SCR反应器的上方，通过一种特殊的喷雾装置和烟气混合；混合后，烟气通过反应器内催化剂层进行还原反应，并完成脱硝工程；脱硝后的烟气进入空气预留器进行交换。6.脱硫方案的确定6.1工况下烟气中二氧化硫浓度的计算 Cso2=Cso2273/(273+160)=6450273/(273+160)=4070(mg/m3)假定烟气进入脱硫设备后温度降至413K。 此时烟气Q=15568(273+140)/273=23552烟气含硫浓度不大且烟气量较小，可采用石灰法湿法脱硫。6.2喷淋塔（1）喷淋塔内流量计算假设喷淋塔内平均温度为，压力为120KPa，则喷淋塔内烟气流量为： Qv=Qs(273+80)/273101.324/Pa(1+K)式中：喷淋塔内烟气流量，； 标况下烟气流量，； K除尘前漏气系数，00.1；代入公式得：QV=15568(273+80)/273101.324/130(1+0.005)=15612m3/h=4.34m3/s（2） 喷淋塔径计算依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可选择喷淋塔内烟气流速v=3.5m/s，则喷淋塔截面A为：4.34/3.5=1.24m2则塔径d为：1.26m 取塔径Do=1300mm （3）喷淋塔高度计算 喷淋塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。 吸收区高度：依据石灰石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，则喷淋塔的吸收区高度为： H1=Vt=3.53=10.5m 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(3.44.5)m。许多工程表明3.5m/s烟气流速（110%过负荷）4.2m/s,是性价比较高的流速区域则取除雾区高度为：H2=3.5m 浆池高度：浆池容量V1按液气比浆液停留时间t1确定： 式中： 液气比，取10L/m3； Q标况下烟气量，； t1浆液停留时间，s；一般t1为，本设计中取值为，则浆池容积为：V1=10/1000155685/60=12.97m选取浆池直径等于或略大于喷淋塔D0，本设计中选取的浆料直径为D0=2.5m，然后再根据V1计算浆池高度： 式中：h0浆池高度，m； V1浆池容积，； D0浆池直径，m。h0=412.97/(3.142.52.5)=2.64m2.7m 喷淋塔高度为：10.5+3.5+2.7=16.7m6.3新鲜浆料及浆液量的确定（1）浆料量1mol 1mol因为根据经验一般钙/硫为：1.051.1，此处设计取为1.05则由平衡计算可得1h需消耗CaO的量为： 1.050.981517=1561mol/h 156156/1000=87.4kg/h（2）浆液量 =10L/m334.34m3/s=156.24m3/h 此设计烟气脱硫效率达到95%左右，出气SO2 浓度200mg/m3。6.4石灰石/石灰法湿法烟气脱硫的流程图 锅炉烟气经脱氮除尘、冷却后送入吸收塔，吸收塔内用配制好的石灰石或石灰浆洗涤含SO2的烟气，洗涤净化后的烟气经除雾和再热后排放。吸收塔内排出的吸收液流入循环槽，加入新鲜的石灰石或石灰液进行再生。 石灰石/石灰法湿法烟气脱硫工艺图7.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。7.1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。7.2管径的确定 烟气流量为0.5045m3/s，所以，管径计算如下：代入数据得d=0.70（m） 式中Q 工作状态下管道内的烟气流量， 烟气流速， 取 18圆整并选取风道表二 风管尺寸 外径 钢制板风管 外径允许偏差/ 壁厚/ 700 0.5 内径：d=700-20.5=699() 由公式可计算出实际烟气流速：V=4Q/3.14 d2 =46.8589/(3.140.692 )=17.80s(）8.烟囱的计算8.1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/h11-22-66-1010-2026-35烟囱最低高度/202530354045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 35m。8.2烟囱直径的计算 烟囱出口内径可按下式计算： Q通过烟囱的总烟气量，按表三选取的烟囱出口烟气流速，。 表四 烟囱出口烟气流速（m/s） 通风方式 运 行 情 况全负荷时 最小负荷 机械通风 1220 45 自然通风 1015 2.53选定=3.0 代入数据得d=3.14m圆整取d=3.2m烟囱底部直径=3.41+20.0235=4.81m取d1= 4.9m式中：烟囱出口直径，mH烟囱高度，mi烟囱锥度，取 i=0.028.3烟囱的抽力 Sy=0.034235(1/(273+24)-1/(273+160) 110.23103 =139.54式中 H烟囱高度，m外界空气温度，烟囱内烟气平均温度，B当地大气压，9.系统阻力的计算9.1摩擦压力损失 式中L管道长度，md管道直径，m烟气密度，管中气流平均速率摩擦阻力系数对于700圆管 L=30m 1.37273/433=0.863 Pl =0.0230/0.70.86317.802/2=117Pa 9.2局部压力损失(Pa)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, a.渐缩管 =45,=0.1,v=17.80m/s P=0.10.86317.802/2=13.7Pa 管路中共有五个渐缩管，故 P3=513.7=68.5Pab. 90弯管部分 D=700mm 取R=D 则=0.23=0.230.86317.802/2=31.4Pa管路中共有4个90弯管，故 P5=431.4=125.6Pa9.3系统总总阻力（其中锅炉出口前阻力为1200pa）总h=117+68.5+125.6+1200=1511.1 Pa1) 总阻力计算a.锅炉本身阻力锅炉本身阻力在之间，取350Pa；b.省煤器阻力省煤器阻力一般为，取45 Pa；c.除尘器阻力旋风风除尘器阻力525.933 Pa； d.脱硫装置压力损失900 Pae.总阻力损失为P=h+350+45+