DLP213型锅炉中硫烟煤烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计.doc

课程设计说明书 课程名称： 大气污染控制工程 班 级： 1360050108 姓 名： 丁婷婷 指导教师： 王丹丹 能源与水利学院 大 气 污 染 课 程 设 计 任 务 书一、课程教学目的大气污染控制工程课程设计是大气污染控制工程课程的重要实践性环节，是环境工程专业学生在校期间第一次较全面的大气污染控制设计能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。通过本课程学习，掌握大气污染控制工程课程各基本原理和基本设计方法的应用，培养环境工程专业学生解决实际问题的能力。结合前续课程大气污染控制工程的内容，本课程内容为，运用各种污染物的不同控制、转化、净化原理和设计方法，进行除尘、除硫、脱氮等大气污染控制工程设计，使学生在大气污染控制工程方面得到工程训练。（1）通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用大气污染控制设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决大气污染控制设计问题的能力。（2）学习大气污染控制设计的一般方法、步骤，掌握大气污染控制设计的一般规律。（3）进行大气污染控制设计基本技能的训练：例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范。二、设计题目 1.dlp2-13型锅炉中硫烟煤烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计2.设计原始资料锅炉型号：dlp2-13 即，单锅筒纵置式抛煤机炉，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=60.5% hy=3% oy=4% ny=1% sy=1.5% ay=18% wy=12%；vy15；属于中硫烟煤 排烟温度：160空气过剩系数1.4飞灰率21 烟气在锅炉出口前阻力650pa污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2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，包括净化设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；净化效率的影响因素等。（3）除尘设备结构设计计算（4）脱硫设备结构设计计算（5）烟囱设计计算（6）管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择（7）根据计算结果绘制设计图，系统图要标出设备、管件编号、并附明细表；除尘系统、脱硫设备平面、剖面布置图若干张，以解释清楚为宜，最少3张a4图，并包括系统流程图一张。 摘 要根据资料对dlp2-13型锅炉中硫烟煤烟气旋风除尘湿式脱硫系统进行设计研究根据燃煤的原始数据首先计算锅炉燃烧产生的烟气量，烟尘和二氧化硫浓度，以确保能达到国家排放标准其次对净化系统设计方案进行分析，讨论与其他除尘器比较旋风除尘器的优点，讨论湿式脱硫方法的工作原理及特点，还有运行参数的选择与设计，净化效率的影响因素等。然后分别进行除尘设备，脱硫设备，烟囱设计计算，接着对管道系统进行设计，还有阻力的计算和风机电机的选择最后根据计算结果绘制设计图，并进行简要说明 目 录前言31燃烧技术.41.1 实际耗空气量的计算41.2 产生烟气量的计算51.3 灰分浓度及二氧化硫浓度的计算52净化系统设计方案分析62.1 旋风除尘器的设计方案分析及参数选择.62.1.1 除尘器的选择62.1.2 旋风除尘器的工作原理62.1.3 运行参数的选择与设计32.1.4 除尘器净化效率的影响因素32.2湿式石灰法脱硫.42.2.1 湿式石灰法脱硫的原理.42.2.2 设备运行过程中的问题及出现这种问题的原因52.2.3 操作影响因素63除尘结构设备设计和计算83.1进气口设计计算.83.2旋风除尘器高度计算.93.3旋风除尘器排气管的设计计算.103.4排灰管的设计计算及卸灰装置的选择.103.5 流体阻力计算.114脱硫设备结构计算124.1 喷淋塔内流量计算124.2 喷淋塔经计算124.3喷淋塔高计算135烟囱设计计算.145.1烟气释放热计算145.2烟气抬升高度.155.3烟囱直径计算.155.4烟囱阻力计算.165.5烟囱高度校核.166管道系统设计计算.176.1 管径的计算176.2摩擦阻力损失计算. 176.3局部阻力损失计算.186.4风机、电机的选择187总结.208参考资料.21 前 言我国大气污染程度越发严重，而由于我国环境治理中，仅水污染与固体废弃物治理的市场化程度较高，其余如大气污染治理由于易受天气影响并且会在不同地域间转移，因此一直以来，政府对大气污染治理的积极性较低，这部分市场也较为薄弱。但随着华北地区出现的大量雾霾天气，这一现象引发了社会对大气污染的关注。事实上，我国早在几年前，对大气污染防治工作已经陆续展开，自2002年以来，我国出台了各项政策，加大了节能减排的力度，如2002年1月30日发布的燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策，政策从能源合理利用、煤炭生产加工和供应、煤炭燃烧、烟气脱硫、二次污染防治等方面进行了详细的规定。2012年8月，我国发布了节能减排“十二五”规划，政策中对电力与非电力行业脱硫脱硝效率提出了具体的发展目标。以上各项节能减排政策对我国大气污染防治起到了一定的推动作用。分析认为，目前我国大气污染的主要来自于工业端排放，最新数据显示，2011年，我国工业二氧化硫废气排放中，电力行业所占比例高达47.52%，而钢铁、水泥建材、有色冶金行业的二氧化硫排放量分别达10.64%、13.26%、6.04%。从我国大气污染排放量来看，2000-2011年，中国工业废气排放量年均增速为19.06%，由2000年的138145亿标立方米增长至2011年的674509亿标立方米，11年间增长了2.39倍。因此开发新型除尘设备技术日益紧迫，本文主要研究了旋风除尘器湿式脱硫技术的设计与选型vi1 燃烧计算1.1 实际耗空气量的计算表1-1 1kg应用煤的相关计算成分质量摩尔数燃烧耗氧量生成气体量生成气体体积c60550.4150.4150.411129.184h30157.515336o401.25-1.2528n100.360.368.064s150.470.470.4710.528水分1206.67149.408灰分1801kg该煤完全燃烧时所需要标准状况下的氧气的体积为：1kg煤完全燃烧时所需要的理论空气量体积为：实际消耗空气量体积为：1.2 产生烟气量的计算理论烟气量： 实际烟气量：则，在160时的实际烟气体积为为：该锅炉一小时产生的烟气流量为：1.3 灰分浓度及二氧化硫浓度的计算烟气中灰分的浓度为：烟气中的浓度为：2 净化系统设计方案分析2.1 旋风除尘器的设计方案分析及参数选择 2.1.1 除尘器的选择旋风除尘器一般有带有一锥形的外圆筒，进气管，排气管，圆锥观和贮灰箱的排气阀组成。当含尘气流以一定的速度（一般在1425m/s之间，最大不超过35m/s）由进气管进入旋风除尘器后，气流由直线运动变为圆周运动。由于受到外圆筒上盖及圆筒壁的限流，迫使气流作自上而下的旋转运动。旋转过程中产生较大的离心力，尘粒在离心力的作用下，被甩向外筒壁，失去惯性后在重力的作用下，落入贮灰箱中，与气体分离。而旋转下降的气流到达锥体时，因锥体收缩的影响，而向除尘器中心汇集，根据“旋转矩”不变理论，其切向速度不断升高，气流下降到一定程度时，开始方向上升，经排气管排出。研究表明，在旋风除尘器内，外旋气流逐渐向下旋转，内旋气流逐渐向上旋转，向上和向下旋转气流分界面上各点的轴向速度为零，分界面以外的气流切向速度随与轴心距离的减小而增大，越接近轴心切线速度越大，分界面以内的气流切向速度随其与轴心的距离的减小而降低。值得注意的是，旋风除尘器内气流径向速度方向与尘粒的径向速度方向相反，尘粒由内向外运动，气体则由外向轴心运动。由于气流旋转的原因，旋风除尘器内压强越接近轴心处越低，因此，在排灰管至贮灰箱之间有任何漏风，都会使得旋风除尘器的除尘效率明显降低。2.1.2 旋风除尘器的工作原理现在的旋风除尘器具有结构简单、应用广泛、种类繁多等特点；具有分离效率高可以有效地清除微粒；处理气体量大且阻力低； 适用于高温和腐蚀性气体； 运行费用低；应用广泛等优点。但由于旋风除尘器内气流和粒子流动状态复杂，准确测定较困难，至今在理论研究方面仍不够完善，许多关键问题尚需实验确定。2.1.3 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。则本设中要求达到的除尘效率为： 2.1.4 除尘器净化效率的影响因素影响旋风除尘器效率的因素有：二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质和操作变量。二次效应即捕集粒子重新进入气流，在较小粒径区间内，理应逸出的粒子由于聚集或被较大尘粒撞向壁面而脱离气流获得捕集，实际效率高于理论效率；在较大粒径区间，实际效率低于理论效率。通过环状雾化器将水喷淋在旋风除尘器内壁上，能有效控制二次效应。高效旋风除尘器的各个部件都有一定的比例尺寸，这些比例是基于广泛调查研究结果，某个比例关系的变动，能影响旋风除尘器的效率和压力损失，气体的密度和粘度、尘粒的大小和相对密度、烟气含尘浓度等都影响旋风除尘器的除尘效率。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。2.2 湿式石灰法脱硫将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95% 。2.2.1湿式石灰法脱硫方法的原理采用石灰/石灰石浆液吸收烟气中的，分为吸收和氧化两个阶段。先吸收生成的亚硫酸钙，然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙(即石膏)。该方法的实际反应机理是很复杂的，目前还不能完全了解清楚。这个过程发生的反应如下。a 吸收： 由于烟气中含有，因此吸收过程中会有氧化副反应发生。b 氧化：在氧化过程中，主要是将吸收过程中所生成的氧化称为： 由于在吸收过程中生成了部分，在氧化过程中，亚硫酸氢钙也被氧化，分解出少量的： 2.2.2 设备运行过程中的问题及出现这种问题的原因（1） 设备腐蚀：化石燃料燃烧的排烟中含多种微量的化学成分。在酸性条件下，对金属的腐蚀性相当强，包括吸收塔、言其后续设备。（2） 结垢和堵塞：固体沉积主要以三种方式出现：湿干结垢，即因溶液水分蒸发而使固体沉积；或沉积或结晶析出；或从溶液中结晶析出。其后是导致脱硫塔内发生结构的主要原因。（3） 除雾器的堵塞：液体中的小液滴，颗粒物进入除雾器，引起堵塞。解决方法：定期(每小时数次)用高速喷嘴喷清水进行冲洗。 其主要原因为：在较高ph值会发生相关反应生成软垢；石灰系统中，较高ph值下烟气中二氧化碳的再碳酸化生成沉淀物；在塔壁和部件表面形成很难处理的硬垢。2.2.3 操作影响因素为了使吸收系统具有较高的吸收率，以及减少设备的结垢与堵塞，应注意以下诸因素的影响。（1）料浆的ph值料浆的ph值对的吸收影响很大，一般新配制的浆液ph值约在之间。随着吸收反应的进行，ph值迅速下降，当ph值低于6时，这种下降变得很缓慢，而当ph值小于4时，则几乎不能吸收。ph值的变化除对的吸收有影响外，还可影响到结垢、腐蚀和石灰石粒子的表面钝化。用含有石灰石粒子的料浆吸收，生成和，ph值的变化对和的溶解度有重要影响，表2.1中数据可以看出，随ph值的上升，溶解度明显下降，而溶解度则变化不大。随的吸收，ph值降低，溶液中溶有较多，并在石灰石粒子表面形成一层液膜，而得溶解又使液膜的ph值上升，溶解度变小使液膜中析出并沉淀在石灰石粒子的表面，形成一层外壳，使粒子表面钝化，钝化的外壳阻止了的继续溶解，抑制了吸收反应的进行，因此浆液的ph值应控制适当。采用消石灰浆液时，ph值控制在5到6之间，而采用石灰石浆液，ph控制为。（2）石灰石的粒度石灰石粒度的大小，直接影响到有效面积的大小。一般来说，粒度越小，脱硫率及石灰利用率越高。石灰石粒度一般控制在200300目。（3）吸收温度吸收温度低，有利于吸收，但温度过低会使与或间的反应速率降低，因此吸收温度不是一个独立可变的因素。（4）洗涤器的持液量洗涤器的持液量对与的反应时重要的，因为它影响到所接触的石灰石表面积的数量。只是在洗涤器中与和接触，才能大量溶解，因此洗涤器的持液量大对吸收反应有利。（5）气液比气液比除对吸收推动力存在影响外，对吸收设备的持液量也有影响。增大液气比对吸收有利，当ph值为7时，气液比(l/v)值为15时，脱硫率接近100%。（6）防止结垢石灰石灰石湿式洗涤法的主要缺点是装置容易结垢堵塞。造成固体沉淀主要以三种方式出现：湿干结垢，即因溶液水分蒸发而使固体沉淀；或沉淀或结垢析出：或从溶液中结晶析出。为防止固体结垢，特别是防止的结垢，除使吸收器应满足持液量大，气液相间相对速度高，有较大的气液接触表面积，内部构件少，压力降低等条件，还可采用控制吸收液饱和和添加剂等方法。控制吸收液过饱和的最好方法是在吸收液中加入二水硫酸钙晶体或亚硫酸该晶体，提供足够的沉积表面，使溶解盐优先沉淀在上面，减小固体物向设备表面沉积和增长。向吸收液中加入添加剂也是防止设备结垢的有效方法。目前使用的添加剂有镁离子、氯化钙、乙二酸等。对现已运行的石灰/石灰石流程，应用乙二酸时，不需要作任何改动。事实上，它可以在浆液循环回路的任何位置加入。以乙二酸的加入，大大提高了石灰石利用率。在相同的去除率下，无乙二酸系统的石灰石利用率仅为54%70%，加入乙二酸后，利用率提高到80%以上。因而减少了固体废物量。克服石灰石结垢和去除率低的另外一个方法是添加镁离子以改进溶液化学性质，使以可溶性盐形式被吸收，而不是以亚硫酸钙或硫酸钙形式吸收。加入镁离子增加了吸收的容量，并且消除了洗涤塔内的结垢3 除尘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。则进气口部分的截面积为：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：；进口高一般旋风除尘器，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0.25倍，则高应为0.428倍，则旋风除尘器的外筒直径为：旋风除尘器的直径越小，旋转半径越小，除尘效率就越高，相应的流体阻力也越大，工程常用的旋风除尘器的直径在200mm以上，同时，为保证除尘效率不至降低太大，筒径一般不大于。如果处理气量大，则考虑采用并联组合形式的旋风除尘器。所以假设取值筒径，则 ，结合实际，取 ，结合实际，取则实际的高宽比：（在2-3之间）所以 则每个筒的烟气量所以，应该并联七个完全相同的旋风除尘器。3.2 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1.7倍及2倍。则： 旋风除尘器的总高度为： 3.3 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： 3.4 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 底部锥角为： 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3.5 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： 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 式中：旋风除尘器的进口截面积，； 排气管直径，带入相关值，得： 4 脱硫设备结构计算再热烟气温度大于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.4.1 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： 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； 4.2 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，则喷淋塔截面a为： 则塔径d为： 取塔径。4.3 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。(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) 浆池高度浆池容量按液气比浆液停留时间确定： 式中： 液气比，取18； q标况下烟气量，； 浆液停留时间，；一般为，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，本设计中选取的浆池直径为3.5m，然后再根据计算浆池高度： 式中：浆池高度，； 浆池容积，； 浆池直径，。 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： 5 烟囱设计计算具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量,且温度高于周围气温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。这相对增加了烟囱的几何高度，因此烟囱的有效高度为： 式中：h烟囱的有效高度，m； 烟囱的几何高度，m； 烟囱抬升高度，m。参照国家标准，确定烟囱高度为5.1烟气释放热计算式中：烟气热释放率，； 大气压力，取邻近气象站年平均值； 实际排烟量， 烟囱出口处的烟气温度，433； 环境大气温度，；取环境大气温度=293k，大气压力=978.4kpa 5.2烟气抬升高度计算由，可得 式中：系数，取0.6，取0.4，取0.292，则： 则烟囱有效高度： 5.3烟囱直径的计算设烟气在烟囱内的流速为，则烟囱平均截面积为： 则烟囱的平均直径d为： 取烟囱直径为dn1200mm，校核流速v得： 5.4烟囱阻力计算 烟囱亦采用钢管，其阻力可按下式计算： 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， 5.5烟囱高度校核假设吸收塔的吸收效率为：96%，可得排放烟气中二氧化硫的浓度为： 二氧化硫排放的排放速率： 式中： 为一个常数，一般取0.51，此处取0.7； 国家环境空气质量二级标准日平均的浓度为,所以设计符合要求 6 管道系统设计计算6.1 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： 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 6.2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： 6.3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： 管道总阻力损失为： 查相关资