大气污染控制课程设计.doc

前 言近20年来,随着国民经济的迅速发展,我国的SO2排放量连年增长, SO2的排放已导致许多地区出现了严重的酸雨现象,由此引起我国酸雨区不断扩大,造成全国每年经济损失1000亿元以上,接近当年国民生产总值的2%。据统计,我国目前约有30万台中小型燃煤工业锅炉,耗煤量占全国原煤产量的1/3。而这些锅炉中,大部分没有安装脱硫设备,致使许多地区酸雨频频发生,严重危害了工农业生产和人体健康。因此,烟气脱硫是当前环境保护的一项重要工作。目前,国内外成熟的脱除工艺有十几种,但都需要较高的基建投资和运行费用。在我国目前的经济状况下,这对于绝大多数企业来说都是难以承受的。由于工程基建费用是很难缩减的,而运行费用可以通过改良工艺和优化运行参数等得到降低。我国大气治理概况我国大气污染严重，污染废气排放总量处于较高水平。为控制和整治大气污染，“九五”以来，我国在污染排放控制技术等方面开展了大量研究开发工作，取得了许多新的成果，大气污染的防治也取得重要进展。在“八五”、“九五”期间，国家辟出专款开展全球气候变化预测、影响和对策研究，在温室气体排放和温室效应机理、海洋对全球气候变化的影响、气候变化对社会经济与自然资源的影响等方面取得很大进展。近年来，我国环境监测能力有了很大提高，初步形成了具有中国特色的环境监测技术和管理体系，环境监测工作的进展明显。我国国民经济的高速发展推动了我国环保科技研究领域不断拓展，我国早期的环境科学偏重单纯研究污染引起的环境问题，现在扩展到全面研究生态系统、自然资源保护和全球性环境问题；特别是污染防治，由工业“三废”治理技术，扩展到综合防治技术，由点源的治理技术，扩展到区域性综合防治技术，并研究开发了无废少废的清洁生产工艺、废物资源化技术等。 在大气污染防治技术的研究开发方面，近年来我国取得众多成果，与此同时，如表1所列，大气污染的治理也取得了很大进展。 表1 近年我国大气污染治理取得的一些进展大气污染防治1995年1996年1997年1998年1999年2000年工业废气治理率（%）82.584.486.387.185.189.8建成城市烟尘控制区数（个）300223192339244623642718烟尘控制区面积（平方公里）125321296115791137961600018000“九五”期间全国主要污染物排放总量控制计划基本完成。在国内生产总值年均增长8.3%的情况下，在大气污染防治方面，2000年全国二氧化硫、烟尘、工业粉尘等项主要污染物的排放总量比“八五”末期分别下降了1015%。 结合经济结构调整，国家取缔、关停了8.4万多家技术落后、浪费资源、质量低劣、污染环境和不符合安全生产条件的污染严重又没有治理前景的小煤矿、小钢铁、小水泥、小玻璃、小炼油、小火电等“十五小”企业，对高硫煤实行限产，有效地削减了污染物排放总量。 全国23万多家有污染的工业企业中，90以上的企业实现了主要污染物达标排放。46个考核的环境保护重点城市中，25个城市实现了大气质量按功能分区达标，有19个城市（区）被授予国家环境保护模范城市（区）。 重点区域的污染治理也取得了阶段性成果。“两控区”二氧化硫排放总量降低，酸雨范围和频率得到控制，保持稳定。北京市环境治理初见成效。重点区域的污染治理带动了全国污染防治工作的全面展开。 大气污染防治技术为控制和整治大气污染，“九五”以来，我国在煤炭洁净加工开发技术、煤炭洁净高效燃烧技术、煤炭洁净转化技术、污染排放控制技术等方面开展了大量研究和开发，取得了许多新的成果。与此同时，我国大气污染的防治也取得重要进展。酸雨和二氧化硫控制区的污染防治工作已深入展开。“两控区”内175个地市和电力、煤炭等行业编制了二氧化硫污染防治规划。关停小火电机组198台（装机容量208万千瓦）。8个省、自治区、直辖市开始限制燃煤含硫量。目前，“两控区”年削减二氧化硫排放量近80万吨，93个城市二氧化硫的浓度达到国家环境质量标准。 如果中国的燃煤电站的烟气排放要达到目前发达国家规定的水平，SO2的排放量将从每年680万吨下降至170万吨，NOx的排放量将从100下降至30，CO2也将减排2500万吨。中国控制和整治大气污染任重而道远。设计标准主要参考大气污染物排放限值，工艺运行设计达到国家GB13271-91锅炉大气污染物排放标准。除尘脱硫设计原则(1)脱硫率80%。除尘效率97%;(2)技术较为成熟,运行费用低;(3)投资省;(4)能利用现有设施;(5)建造工期短,方便;(6)系统简便,易于操作管理;(7)主体设备的使用寿命8;(8)烟气脱硫以氧化镁为主要吸收剂,并充分利用锅炉排渣水的脱硫容量,达到以废治废,降低运行成本的目的。能用于烟气脱硫和除尘的设备很多，但要满足运转稳定可靠、不影响生产同时去除且压力降较小等要求，以袋式除尘器和旋流板为宜。173.1 除尘系统的论证选择3.1.1 预除尘设备的论证选择 烟气的预除尘设备一般选用重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、多管旋风除尘器和喷淋洗涤塔等。它们基本性能如表21示。 表21 除尘设备的基本性能除尘器名称阻力（Pa）除尘效率()初投资运行费用重力沉降室501504060少少惯性除尘器1005005070少少旋风除尘器40013007092少中多管旋风除尘器80015008095中中喷淋洗涤塔1003007595中中 表22 各种除尘器设备费、耗钢量及能耗量指标除尘器名称所占空间体积m3/(1000m3/h)存储设备费（比值）耗钢量kg/(m3/h)能耗量（Kj/m3）重力沉降室20401.0惯性除尘器0.71.23.06.00.150.3旋风除尘器约1.751.04.00.050.10.81.6多管旋风除尘器3.92.55.00.070.151.64.0 表23 除尘器名称除尘作用力最佳粒径/m投资比较阻力Pa温度备注重力尘降室重力100低200100050低4001200400除尘效率较低旋风除尘器离心力520中4002000400 通过比较，旋风除尘器管理、制作方便，体积小、价格便宜，因此，选用旋风除尘器作为二级除尘系统中的预除尘。2.1.1.1 旋风除尘器的工作原理、应用及特点 旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心力将尘粒从合尘气流中分离出来的除尘装置。它具有结构简单，体积较小，不需特殊的附属设备，造价较低阻力中等，器内无运动部件，操作维修方便等优点。旋风除尘器一般用于捕集5-15微米以上的颗粒除尘效率可达80以上，近年来经改进后的特制旋风除尘器其除尘效率可达95以上。旋风除尘器的缺点是捕集微粒小于5微米的效率不高 旋风除尘器内气流与尘粒的运动概况： 旋转气流的绝大部分沿器壁自圆简体，呈螺旋状由上向下向圆锥体底部运动，形成下降的外旋含尘气流，在强烈旋转过程中所产生的离心力将密度远远大于气体的尘粒甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和自身的重力沿壁面下落进入集灰斗。旋转下降的气流在到达圆锥体底部后沿除尘器的轴心部位转而向上形成上升的内旋气流，并由除尘器的排气管排出。 自进气口流人的另一小部分气流，则向旋风除尘器顶盖处流动，然后沿排气管外侧向下流动，当达到排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流一同从诽气管排出，分散在其中的尘粒也随同被带走。2.3 运行参数的选择与设计根据相关资料及实际运行情况，本设计中烟气的入口速度取为。根据国家相关规定及标准确灰分风的最高允许排放浓度为3。则本设中要求达到的除尘效率为： (2-1)2.4 净化效率的影响因素2.4.1旋风除尘器结构尺寸对净化效率的影响在旋风除尘器结构尺寸中主要的影响因素有：除尘器的外筒直径，高度，气体进口和排气管形状和大小。这些部件一般都有一较适宜的尺寸及组合。过大或过小都会降低设备效率。2.4.2 操作条件对旋风除尘器性能的影响操作条件应控制在一个较适宜的范围内，过大会降低设备效率，过小会增加阻力损失，两种情况均不利于设备的高效运转。3.设备结构设计与计算3.1 进气口设计计算根据已有经验及实际运行已确定本设计中烟气的入口速度为：。考虑设备漏风及安全运行等因素，假定实际进入设备的烟气量为1.2Q。则进气口部分的面积为： (3-1)现有旋风除尘器的进口有三类：直入切向进入式，蜗壳切向进入式，轴向进入反转式（见图3-1）。 直入切向进入式 蜗壳切向进入式 轴向进入反转式 图3-1 现有的几类进气管本设计中采用蜗壳切向进入式 ，它可减少进口系统对筒体内气流的撞击和干扰，其处理量大，压力损失小。其尺寸一般为高宽之比在23之间。本设计中取。则进口的宽度为： (3-2)进口高为： (3-3)则实际的高宽比： (在23之间) （3-4）实际进口面积为： （3-5）实际的入口速度为： （3-6）3.2 旋风除尘器外筒直径的设计计算一般旋风除尘器，其进口高，宽分别为旋风除尘器外筒直径的0.40.75倍和0.20.25倍。本设计中假定宽为外筒直径的0.2倍，则高应为0.428倍，则旋风除尘器的外筒直径为： （3-7）3.3 旋风除尘器高度的设计计算性能较好的旋风除尘器，其直筒部分高度一般为其外筒直径的12倍，锥体部分高度为外筒直径的13倍，锥部底角在2040之间。本设计中直筒部分高度,锥体部分高度，分别取为旋风除尘器外筒直径的1.4倍及2倍。则： (3-8) (3-9)旋风除尘器的总高度为： (3-10)3.4 旋风除尘器排气管的设计计算现有的排气管有两类：底部收缩式和直管式（见图3-2）。 直管式 底部收缩式 图3-2 排气管的类型无论哪一类排气管，其管径一般取为旋风除尘器外筒直径的0.30.5倍。本设计采用直管式，其管径取为，则排气管管径： (3-11)排气管插入旋风除尘器外筒内深度一般与进气管下缘平齐或稍低。本设计中为避免气体短路，伸入长度 取为。即。3.5 排灰管的设计计算及卸灰装置的选择旋风除尘器的排灰管直径一般取为外筒直径的0.25倍，即。结合实际取为。实际。底部锥角为： （在2040之间） (3-12)卸灰装置兼有卸灰和密封两种功能，是影响除尘器的关键部件之一。若有漏风现象，不但影响正常排灰，而且严重影响除尘器效率。现有的卸灰装置有两类：二级翻板式和回转式（见图3-3）。本设计采用二级翻板式。 二级翻板式 回转式 图3-3 现有的两类卸灰装置3.6 流体阻力计算旋风除尘器内的压力损失一般可按下式计算： (3-14)式中：烟气密度，约为； 除尘器内含尘气体的流速，； 流体阻力系数，无量纲；其中 (3-15)式中：旋风除尘器的进口截面积，； 排气管直径，带入相关值，得 (3-16)所以，（在500pa1500pa之间）4. 烟囱的设计计算由于烟囱有一定的高度，烟囱中的热气体受到大气浮力的作用，而具有一定的几何压头，在烟囱底部造成负压“抽力”。如果这种抽力正好能克服气体在窑炉中流动的各种阻力，就能使窑内热气体能源源不断地流入烟囱底部，并通过烟囱排入大气。4.1 烟囱直径的计算烟囱内烟气的流速选为，则直径可用下式计算： （4-1）式中：烟气流量，；烟气流速，；1.2修正系。所以烟囱的直径为： （4-2）取为，则实际烟气流速为： 4.2 烟囱高度的设计计算本设计中，参照国家标准，确定烟囱高度为，则烟气抬升高度为： （4-3）式中：烟气的热释放功率，；地区环境温度， 烟气释放速率，；大气压强，；温差，代入相关值得：由于，所以： 所以烟囱的总高度为： （4-4）4.3 烟囱阻力损失计算烟囱亦采用钢管，其阻力可按下式计算： （4-5）式中：摩擦阻力系数，无量纲；管内烟气平均流速，；烟气密度，；管道长度，；管道直径，已知钢管的摩擦系数为0.02，所以烟囱的阻力损失为： 则地面最大浓度为： 可见地面最大浓度小于国家规定，烟囱高度设计合理。5. 管道系统设计计算5.1 管径的计算管道采用薄皮钢管，管内烟气流速为，则管道直径为： （5-1）式中：烟气流量，；烟气流速，；1.2修正系数代入相关值得： 结合实际情况，取为，则实际烟气流速为： （5-2）5.2 摩擦阻力损失计算根据流体力学原理，空气在任何横截面形状不变的管道内流动时，摩擦阻力可用下式计算： （5-3）式中：摩擦阻力系数，无量纲；管内烟气平均流速，；烟气密度，；管道长度，；管道直径，；对于薄皮钢管，查阅相关资料的钢管的。代入相关数值得： 5.3 局部阻力损失计算烟气管道局部阻力损失可按下式计算： （5-4）式中：弯头个数；局部阻力系数，无量纲；烟气密度，；管内烟气平均流速，；在烟气管道中一般采用的是二中节二端节型90弯头，其局部阻力损失系数，所以感到局部阻力损失为： （5-5）总阻力损失为： （5-6）5.4 风机，电机的选择引风机全压头可按下式计算： （5-7）其中为系统总压力损失： 所以风机的全压为： 引风机的风量可按下式计算： （5-8）式中：引风机的风量，；引风机容积裕度系数，取为1.1；燃料消耗量，；每公斤燃料产生的烟气量，；当地大气压，；引风机入口处烟气温度，；代入相关值得： （5-9）结合风机全压及送风量，选用Y5-47-6c型离心引风机，其性能参数见表5-1。表5-1 Y5-47-6c型离心引风机性能参数机号NO功率Kw转速r/min流量m3/h全压pa6c18.5285080201512933642452电机的效率 式中；Ne电机功率，kW；Q风机的总风量，m3/h；-通风机全压效率，一般取0.50.7；-机械传动效率，对于直联传动为0.95；代入数据得： 电机选择：电机选用Y280S-4型，其性能参数见下表：型号马力HP/KW电压V电流/A转数/r/min效率/%功率因素堵转转数堵转电流重量/KGY280S-4100/75380139.7148092.70.881.97562 小结我一直都对这样的课程设计比较感兴趣,主要是能够对我所感兴趣的事物进行研究,这对于正处在比较压抑的期末考试的气氛中无疑是一种非常奇妙的感觉,就如同泥中莲花,有不染凡俗之感。我的课程设计是某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计。就是针对某燃煤采暖锅炉房排出大量烟尘及有害气体对周围环境和居民健康造成危害的情况来设计烟气除尘系统。通过前几个学期的理论学习，现在真正动手设计起来还是莫不找头脑，便与小组成员探讨研究，尽管内容可能有些相同，但是我还是想坚持自己道路，我有自己的选择。一边忙于复习考试，一边搜集了大量资料。在整个设计过程中计算量比较大，许多参数需要查阅相关手册。在选定除尘器后，上网、去图书馆、去学校外面的书店阅读相关书籍，查找参数