《大气污染控制工程》课程设计设计书.doc

大气污染控制工程课程设计设计说明书班 级 0214102 专 业 环境工程 指导教师 学 号 姓 名 二一三年一月前 言 在目前，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。随着国民经济的发展，能源的消耗量逐步上升，大气污染物的排放量相应增加。而就我国的经济和技术发展就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。我国的大气污染仍将以煤烟型污染为主。因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和SO2危害的关键问题。人类不仅能适应自然环境，而且还能开发利用自然资源，改造自然环境，使环境更加适合于人类生存。在人为活动影响下形成的环境，称为次生环境。工农业生产排放大量有毒有害污染物，严重污染大气、水、土壤等自然环境，破坏生态平衡，使人类生活环境的质量急剧恶化，人类生产和生活活动排入环境各种污染物，特别是生产过程排放的污染物种类极多，而且随着科学技术和工业的发展，环境中污染物的种类和数量还在与日俱增。这些污染物随同空气、饮水和食物进入人体后，对人体健康产生各种有害影响 。大气污染是随着产业革命的兴起，现代工业的发展，城市人口的密集，煤炭和石油燃料的迅猛增长而产生的。近百年来，西欧，美国，日本等工业发达国家大气污染事件日趋增多，本世纪50-60年代成为公害的泛滥时期，世界上由大气污染引起的公害事件接连发生，例如：英国伦敦烟雾事件，日本四日市哮喘事件，美国洛杉矶烟雾事件，印度博帕尔毒气泄漏事件等等，不仅严重地危害居民健康，甚至造成数百人，数千人的死亡。我国随着经济的快速发展，因燃煤排放的二氧化硫、颗粒物等有毒有害的污染物质急剧增多。空气污染以煤烟型为主，主要污染物是二氧化硫和烟尘。据统计，1990年全国煤炭消耗量10.52亿吨，到1995年煤炭消耗量增至12.8亿吨，二氧化硫排放量达2232万吨。超过欧洲和美国，居世界首位。由于我国部分地区燃用高硫煤，燃煤设备未能采取脱硫措施，致使二氧化硫排放量不断增加，造成严重的环境污染。如不严格控制，到2010年我国煤炭消耗量增长到15亿吨时，二氧化硫排放量将达2730万吨。 因而已经到了我们不得不面对的时候，我们这里我们将用科学的态度去面对去防治。 目 录前 言1一. 设计目的4二 .设计原始资料41单位生产情况42. 煤质资料参数53.灰成分分析54气象和地理条件65排放浓度6三 .设计计算书61.燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算62.除尘器的选择93.脱硫设备的选择124.管道布置及各管段的管径185. 烟囱的设计195.系统阻力的计算216.风机的选择23四小 结25五参考文献26一. 设计目的 加深理解课本所学知识，培养学生所学理论和有关工程知识，综合分析和解决实际工程设计问题的初步能力，使学生在运算、绘图、查阅资料和设计手册使用等基本技能方面得到训练和提高。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。二 .设计原始资料1单位生产情况设计项目为160t/h+175t/h三废锅炉，燃料为某工业区洗中煤，掺烧化肥厂造气炉排出的废渣和废气。其中60t/h三废余热锅炉：燃用洗中煤及炉渣：1216t/h，造气炉吹风气气流量5000080000m3/h，H2S含量8001000mg/m3；其中75t/h三废余热锅炉：燃用洗中煤及炉渣：1520t/h，造气炉吹风气气流量5000080000m3/h，H2S含量8001000mg/m3。治理工程在厂区内60 m 50 m范围内，烟管出锅炉房的相对标高为3.5 m。 2. 煤质资料参数 序号项目符号单位1工作基碳份Car%22262工作基氢份Har%1.92.43工作基氧份Oar%8104工作基氮份Nar%-5工作基硫份Sar%0.61.06工作基水份Mar%1.221.937工作基灰份Aar%49598可燃挥发份Vdaf%14.515.69工作基低位发热量Qnet，ar MJ/kg10.583.灰成分分析序号名称符号单位设计煤种校核煤种1二氧化硅SiO2%52.750.982三氧化二铝Al2O3%28.3632.083三氧化二铁Fe2O3%53.854氧化钙CaO%4.644.125氧化镁MgO%1.381.446氧化钾K2O%1.791.047氧化钠Na2O%0.210.148三氧化硫SO3%1.512.269五氧化二磷P2O5%0.220.6010二氧化钛TiO2%0.860.964气象和地理条件序号气象和地理条件参数1多年平均大气温度15.62多年极端最高气温42.33多年极端最低气温-15.34多年平均相对湿度67%5多年平均风速2.4m/s6累年瞬时最大风速20m/s7最大冻土深度22cm8最大积雪深度22cm9地基承载力230kPa10抗震设防烈度6度11设计基本地震加速度值0.05g5排放浓度 按国家相关排放标准火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）燃煤锅炉烟尘排放浓度30 mg/m3 SO2排放浓度200 mg/m3三 .设计计算书1.燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算煤成分分析及计算以 1 kg燃煤为基础，则：化学成分质量/g物质的量/mol消耗O2物质的量/molC22018.3318.33H20205O805-2.5N000S100.31250.3125H2O150.8330（2）标准状态下理论需氧量Q1= 18.33+5-2.5+0.3125 mol/kg = 21.1425 mol/kg燃煤V1= 21.142522.4/1000 m3N/kg =0.47 m3N/kg燃煤 （3）标准状态下理论空气量V2= 4.780.47 m3N/kg = 2.25 m3N/kg燃煤（4）标准状态下理论烟气量烟气组成为 CO2 18.33mol H2O 10mol SO2 0.3125mol N2 21.14253.78 mol理论烟气量=18.33+10+0.3125+21.14253.78 mol/kg = 108.56 mol/kgV3=108.5622.4/1000 = 2.43 m3N/kg（5）标准状态下实际燃煤烟气量 空气过剩系数=1.2时，实际燃煤烟气量V4 = 2.43+2.25（1.2-1.0）= 2.88 m3N/kg 标准状态下烟气流量Q应以计,因此, （6）标准状态下造气量造气炉吹风气气流量为50000m/h+70000m/h=1.2105m/h状态参数为：1标准大气压，60；由克拉珀龙方程 PV=nRT 标准状况下的造气量= 1.2105（60+273）/273 = 1.46105m/h （7）标准状态下总烟气量由题目可知，总烟气量由两部分组成：燃煤烟气和造气炉烟气燃煤烟气为9.5104 m/h,造气炉烟气量为 1.46105 m/h。 Q总=9.5104+1.46105=2.41105 m/h （8）标准状态下烟气含尘浓度 燃煤烟气含尘浓度 式中-排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数 -煤中不可燃成分的含量 Qs-标准状态下实际燃煤烟气量, ()烟气含尘浓度C尘= mg/m（9）标准状态下燃煤烟气中二氧化硫浓度的计算 式中 S-煤中硫的质量分数 Qs-标准状态下燃煤产生的实际烟气量,()（10） 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 造气炉中二氧化硫含量=mg/m =3.65103 mg/m2.除尘器的选择(1)除尘效率 =99.72%式中C尘-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, （2） 工作状况下烟气流量 =3.73105式中 Q-标准状态下烟气流量, -工况下烟气温度,KT-标准状态下温度,273K即烟气流量=104 m/s（3） 除尘器的选择目前在实际应用中使用最广泛的除尘器是袋式除尘器和电除尘器，两种除尘器都有其各自的优缺点，现在对两种除尘方式进行比较。袋式除尘器有以下优点：1 除尘效率很高，一般都可以达到99%，可捕集粒径大于0.3微米的细小粉尘颗粒，能满 足严格的环保要求。 2 性能稳定。处理风量、气体含尘量、温度等工作条件的变化，对袋式除尘器的除尘效 果影响不大。3 粉尘处理容易。袋式除尘器是一种干式净化设备，不需用水，所以不存在污水处理或 泥浆处理问题，收集的粉尘容易回收利用。 4 使用灵活。处理风量可由每小时数百立方米到每小时数十万立方米，可以作为直接设 于室内、附近的小型机组，也可做成大型的除尘室。结构比较简单，运行比较稳定，初始投资较少，维护方便。袋式除尘器的缺点：1 承受温度的能力有一定极限。棉织和毛织滤料耐温在80-95度，合成纤维滤料耐温 200-260度，玻璃纤维滤料耐温280度。在净化温度更高的烟气时，必须采取措施降低烟气 的温度。2 有的烟气含水分较多，或者所携粉尘有较强的吸湿性，往往导致滤袋黏结、堵塞滤料。 为保证袋式除尘器正常工作，必须采取必要的保温措施以保证气体中的水分不会凝结。 3 某些类型的袋式除尘器工人工作条件差，检查和更换滤袋时，需要进入箱体。4 据概略的统计，用袋式除尘器净化大于17000 m/h 的含尘烟气量所需的投资费用要比电除尘器高。而用其净化小于17000 m/h的含尘烟气量时，投资费用要比电除尘器省。电除尘器的优点： 压力损失小，一般为200500Pa； 处理烟气量大，可达105106 m/h； 能耗低，大约0.20.4kWh/（1000m）； 对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99%； 可在高温或强腐蚀性气体下操作。电除尘器的缺点：1 一次性投资高；2 安装精密度要求高；3 对粉尘比电阻有一定要求。 根据工作状况下的烟气流量3.85105 m/h，除尘效率 =99.72%，含尘烟气量大于17000 m/h，选择电除尘器，型号是CDPK-90/2，其工作参数如下表所示电场有效断面积/处理气体量/(m/h)总除尘面积/最高允许气体温度/最高允许气体压力/Pa阻力损失/Pa最高允许含尘浓度/（g/m）设计除尘效率/%设备外形尺寸长/mm宽/mm高/mm设备本体总重量/t90320000-4000004540250200 -20003008099.8251809700172002403.脱硫设备的选择（1）脱硫效率 式中 -标准状态下二氧化硫的浓度, -标准状态下排放标准中规定值, （2） 脱硫设备的选择吸收SO2的吸收塔的选择名称 操作参数 优点 缺点 填 料 塔 空塔气速2.05.0m/s液气比0.51.0L/m3压力损失2001000Pa结构简单，设备小，制造容易，占空间小；液气比小，能耗低；气液接触好，传质较易，可同时除尘、降温、吸收 不能无水运行 自激湍球塔 液气比110L/m3喷淋密度6m3/(m2.h) 压力损失500Pa/m 空塔气速0.51.2m/s结构简单，制造容易； 填料可用耐酸陶瓷，较易解决防腐蚀问题； 流体阻力较小，能量消耗低； 操作弹性较大，运行可靠。 不能无水运行 筛 板 塔 空塔气速1.03.0m/s小孔气速1622m/s液层厚度4060mm单板阻力300600Pa 喷淋密度1215 m3/(m2.h)结构较简单，空塔速度高，处理气量大； 能够处理含尘气体，可以同时除尘、降温、吸收； 大直径塔检修时方便。 安装要求严格，塔板要求水平； 操作弹性较小，易形成偏流和漏液，使吸收效率下降。 喷 淋 塔 空塔气速2.54.0m/s 液气比1330L/m3 压力损失5002000Pa结构简单，造价低，操作容易； 可同时除尘、降温、吸收，压力损失小 气液接触时间短，混合不易均匀，吸收效率低； 液体经喷嘴喷入，动力消耗大，喷嘴易堵塞； 产生雾滴，需设除雾器 通过比较各种设备的性能参数，喷淋塔具有结构简单，造价低，操作容易等优点，可以选择喷淋塔来脱硫。脱硫方法的选择湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤SO2烟气以除去SO2的技术。本设计为高浓度SO2烟气的湿法脱硫。近年来尽管半干法和干法脱硫技术及其应用有了较大的发展空间,但是湿法脱硫仍是目前世界上应用最广的脱硫技术,其优点是技术成熟,脱硫效率高,操作简便,吸收剂价廉易得适用煤种范围广,所用设备较简单等优点。常用方法有石灰/石灰石吸收法、钠碱吸收法、氨吸收法其工艺比较见下表： 项目 优点 缺点 石灰/石灰石吸收法脱硫效率高，吸收剂资源广泛，价格低廉，副产品石膏可用建筑材料 系统复杂，占地面积大，造价高，容易结垢造成堵塞，运行费用高，只适用于大型电站锅炉 钠碱吸收法价格便宜，脱硫效率高，副产品的溶解度特性更适用于加热解析过程，可循环利用，吸收速度快高温下NaHSO3转换成Na2SO3,丧失吸收二氧化硫的能力 氨吸收法脱硫效率高，运行费用低吸收剂在洗涤过程中挥发产生氨雾，污染环境，投资大经过比较，选用钠碱吸收法进行脱硫,即采用NaOH来吸收烟气中的SO2,再用石灰石中和再生,再生后的溶液继续循环利用。该法吸收剂采用钠碱，故吸收率较高，可达95%，而且吸收系统内不生成沉淀物，无结垢和阻塞问题。其反应机理： 2NaOH + SO2 Na2SO3 + H2O Na2SO3 + SO2 + H2O 2NaHSO3 Na2SO3同样可以吸收SO2，达到循环吸收的效果。喷淋塔的设计计算喷淋的选择再热烟气温度大于75，烟气流速在15m/s，浆液PH大于9，石灰/石灰石浆质量浓度在10%15%之间，液气比在825，气液反应时间35s，气流速度为3.0m/s，喷嘴出口流速10m/s，喷淋效率覆盖率200%300%，脱硫石膏含水率为40%60%，一般喷淋层为36层，烟气中体积分数为4000/，脱硫系统阻力在25003000Pa.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： 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： 喷淋塔径计算依据钠碱烟气脱硫的操作条件参数，可选择喷淋塔内烟气流速，则喷淋塔截面A为：则塔径d为：取塔径喷淋塔高度计算 喷淋塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。1) 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=4s，则喷淋塔的吸收区高度为： 2) 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(3.43.5)m。则取除雾区高度为：3) 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； 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：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D1 为 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，； D1浆池直径，m。从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.82m。本设计中取为2m。4) 喷淋塔高度 喷淋塔高度为： 4.管道布置及各管段的管径（1）各装置及管道布置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，操作和检修方便。 （2）管径的确定 式中 Q 工作状态下管道内的烟气流量， 烟气流速 （对于锅炉烟尘v=10-15 m/s）取v=14m/s，则 m圆整并选取风道 内径d=3100-21.0=3098()由公式可计算出实际烟气流速： （） 由此可知，除尘器中的管径设计合理。5. 烟囱的设计 烟囱高度的确定根据锅炉的蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定表确定烟囱高度。 燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低允许高度GB 13271-2001锅炉房装机总容量MW0.70.71.41.42.82.877141428t/h1 122441010202040烟囱最低允许高度m202530354045烟囱抬升高度：由于燃煤量为33t/h 在2040之间 选取H=45m 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，按下表选取的烟囱出口烟气流速，。 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 68 2.53选定=15 烟囱底部直径式中 烟囱出口直径，m H烟囱高度，m i烟囱锥度，取 i=0.02 烟囱的抽力 =162.75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， 5.系统阻力的计算 摩擦压力损失 式中L管道长度，m d管道直径，m 烟气密度， 管中气流平均速率 摩擦阻力系数经系统布置后计算得L=25m (2)局部压力损失 图中一为30Z形弯头，查表得=0.157(Pa)图中二为一渐扩管，=20则=0.3(Pa)图中三为一渐缩管， =45，则=0.1图中四五均为90弯头，则=0.23对于如图三通管，=0.78对于T形汇流三通管，=0.55，则系统总阻力（锅炉出口前阻力为1000pa，除尘器阻力为1600pa）则6.风机的选择标准状态下风机风量的选择 =4.1105式中 1.1- 风量备用系数； Q- 标准状态下风机前标态下风量，m3/h ； Tp- 风机前烟气温度，C ，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度； B - 当地大气压力，kPa 风机风压的计算 Hy = 1.2 ( hSy ) (Pa) （Pa） =2475pa 式中 1.2 - 风压备用系数； h - 系统总阻力，Pa Sy - 烟囱抽力，Pa tp - 风机前烟气温度，C ty - 风机性能表中给出的试验用气体温度，C y - 标准状况下烟气密度，1.34 /m3根据Qy和Hy选定G4-73锅炉离心通风机，性能表如下机号功率转速流量全压20D560-650960243800-4277305837电动机功率的计Ne = ( QyHy) / ( 3600100012 ) 41000024751.3/3600/1000/0.6/0.95 =642.9KW 式中1- 风机在全压头时的效率（