某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计论文.doc

大气污染控制工程大气污染控制工程 课程设计任务书课程设计任务书 颗粒物污染控制颗粒物污染控制 一 一 题目题目 某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计 二 二 目的目的 通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容 并使所学的知识系统化 培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力 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的设计方案 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 三 三 设计原始资料设计原始资料 锅炉型号 SZL4 13 型 共 4 台 2 8MW 4 排烟温度 160 烟气密度 标准状态下 1 34kg m3 空气过剩系数 1 4 排烟中飞灰占煤中不可燃成份的比例 16 烟气在锅炉出口前阻力 800Pa 当地大气压力 97 86kPa 冬季室外空气温度 1 空气含水 标准状态下 按 0 01293kg m3 烟气其他性质按空气计算 煤的工业分析值 设计耗煤量 700kg h 台 Car 67 Har 3 48 Sar 1 22 Oar 6 78 Nar 1 War 5 56 Aar 14 96 Var 15 59 按锅炉大气污染物标准 GB13271 2001 中二类区标准执行 烟尘浓度排放标准 标准状态下 200mg m3 二氧化硫排放标准 标准状态下 900mg m3 净化系统布置场地如图 1 所示的锅炉房北侧 15m 以内 四 四 设计内容和要求设计内容和要求 1 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 2 净化系统设计方案的分析确定 3 除尘器的比较和选择 确定除尘器类型 型号及规格 并确定其主要运行参 数 4 管网布置及计算 确定各装置的位置及管道布置 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 5 风机及电机的选择设计 根据净化系统所处理烟气量 烟气温度 系统总阻 力等计算选择风机种类 型号机电动机的种类 型号和功率 编写设计说明书 设计说明书按设计程序编写 包括方案的确定 设计计 算 设备选择和有关设计的简图等内容 课程设计说明书应有封面 目录 前 言 正 A A 图 1 锅炉房平面布置图 图 2 A A 剖面图 文 小结及参考文献等部分 文字应简明 顺畅 内容正确完整 书写工整 装订成册 6 图纸要求 1 除尘系统图一张 2 号图 系统图应标出设备 管件编号 并附明细表 2 除尘系统平面 剖面布置图各 1 张 2 号或 3 号图 如图 1 和图 2 布 置图应按比例绘制 图中设备 管件应标注编号 编号应与系统图对应 在平面布置图中应有方位标志 指北针 目目 录录 前前 言言 1 第一章第一章 烟气量 烟尘和二氧化硫浓度的计算烟气量 烟尘和二氧化硫浓度的计算 3 1 1 标准状态下理论空气量 3 1 2 标准状态下理论烟气量 3 1 3 标准状态下实际烟气量 3 1 4 标准状态下烟气含尘浓度 4 1 5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 4 第二章第二章 除尘器的选择除尘器的选择 5 2 1 除尘器的比较和选择 5 2 2 除尘效率 6 2 3 除尘器的选择 6 2 4 旋风除尘器 7 第三章第三章 确定除尘器 风机和烟囱的位置及管道的布置确定除尘器 风机和烟囱的位置及管道的布置 9 3 1 各装置及管道布置的原则 9 3 2 管径的确定 9 3 3 烟道的设计计算 10 第四章第四章 烟囱的设计烟囱的设计 11 4 1 烟囱高度的确定 11 4 2 烟囱直径的计算 11 4 3 烟囱的抽力 12 第五章第五章 系统阻力的计算系统阻力的计算 13 5 1 摩擦压力损失 13 5 2 局部阻力损失 14 5 3 总的阻力损失 16 第六章第六章 系统中烟气温度的变化系统中烟气温度的变化 17 6 1 烟气在管道中的温度降 17 6 2 烟气在烟囱中的温度降 18 第七章第七章 风机和电动机选择及计算风机和电动机选择及计算 19 7 1 标准状态下风机风量的计算 19 7 2 风机风压的计算 19 7 3 电动机功率的计算 20 7 4 风机和电机的选择 20 第八章第八章 小结小结 21 致谢致谢 22 参考文献参考文献 23 前前 言言 按照国际标准化组织 1SO 作出的定义 空气污染 通常系指由于人类活 动和自然过程引起某些物质介入大气中 呈现出足够的浓度 达到了足够的时 间 并因此而危害了人体的舒适 健康和福利或危害了环境 大气污染物的种类非常多 根据其存在状态 可将其概括为两大类 气镕 胶状态污染物和气体状态污染物 所谓气溶胶 在物理 化学中概括为 几分散介质为气体的胶体物系 在 大气污染中 ISO 提出了明确的定义 气溶胶 系指沉降速度可以忽略的固体 粒子 液体粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体 从大气污染控制的 角度 按照气溶胶的物理性质 可将其分为如下几种 1 粉尘 2 烟 3 飞灰 4 黑烟 smoke 5 液滴 droPlet 6 轻雾或霓 mist 7 雾 8 降尘 9 飘尘 10 总悬浮颗粒 气体状态污染物种类极多 主要有五个方面 以二氧化硫为主的含硫化合 物 以氧化氮和二氧化氮为主的台氮化合物 碳的氧化物 碳氢化合物及卤素 化合物等 关于大气污染物的危害 在这里主要介绍粉尘和二氧化硫的危害 粉尘的危害 粉尘的危害 不仅取决于它的暴露浓度 还在很大程度上取 决于它的组成成分 理化性质 粒径和生物活性等 粉尘的成分和理化性质是 对人体危害的主要因素 有毒的金属粉尘和非金属粉尘 铬 锰 镐 铅 汞 砷等 进入人体后 会引起中毒以至死亡 无毒性粉尘对人体亦有危害 例如 含有游离二氧化硅的粉尘吸 入人体后 在肺内沉积 能引起纤维性病变 使 肺组织际渐硬化 严重损害呼吸功能 发生 矽肺 病 二氧化硫的危害 二氧化硫为一种无色的中等强度刺激性气体 在低浓皮 下 二氧化硫主要影响是造成呼吸道管腔缩小 最初呼吸加快 每次呼吸曼减 少 浓度较高时 喉头感觉异常 并出现咳嗽 喷嚏 咯痰 声哑 胸痛 呼 吸困难 呼吸道红肿等症状 造成支气管炎 哮喘病 严重的可以引起肺气肿 甚至致人于死亡 随着经济和社会的发展 燃煤锅炉排放的二氧化硫严重地污染了我们赖以 生存的环境 由于中国燃料结构以煤为主的特点 致使中国目前大气污染仍以 煤烟型污染为主 其中尘和酸雨危害最大 且污染程度还在加剧 因此 控制 燃煤烟尘的 SO2对改善大气污染状况至关重要 高温气体净化主要包括脱硫和除尘两部分 此外还须脱除 HCI HF 和碱金 属蒸汽等有害杂质 在常规工艺中 脱硫和除尘作为独立的单元操作分别在各 自的装置中完成 而在脱硫除尘一体化工艺过程中 将脱硫和除尘两个单元操 作结合起来 即在一个操作单元中既达到除尘的目的又满足脱硫的要求 脱硫 除尘一体化操作可以简化工艺流程 节约设备投资 因而 研究开发适合于我 国燃煤锅炉烟气脱硫除尘一体化设备具有重要的使用价值 目前烟气脱硫除尘一体化装置主要是通过工艺改造和设备优化组合来实现脱 硫除尘的目的 很少有人来通过改良脱硫除尘剂的配方来实现这一目的 假如 能够在现有的成熟的高效率脱硫工艺的基础上 在投资成本和运营成本都不高 的情况下 通过一些工艺的改良和脱硫药剂的改善来提高其除尘效率 使得该 脱硫除尘一体化装置既有良好的脱硫效果 又能获得较高的除尘效率 这种技 术的研制和开发一定会有很好的推广价值 产生良好的社会效益和经济效益 第一章第一章 烟气量 烟尘和二氧化硫浓度的计算烟气量 烟尘和二氧化硫浓度的计算 煤燃烧的假设 1 煤中固定氧可用于燃烧 2 煤中硫主要被氧化成 二氧化硫 3 不考虑氮氧化物的生产 4 煤中的氮在燃烧时转化为氮气 1 1 标准状态下理论空气量标准状态下理论空气量 21 0 7 0699 0 556 5 866 1 0 osHCa wwwwV 21 0 0678 0 7 00122 0 699 0 0348 0556 5 67 0 866 1 689 6 kgm 3 1 2 标准状态下理论烟气量标准状态下理论烟气量 NaSwaaHCf wVwwdVwwV8 079 0 699 0 24 1 111 11866 1 000 0556 0 01293 0 689 6 24 1 0348 0 11 1167 0 866 1 01 0 8 0689 6 79 0 0122 0 699 0 114 7 kgm 3 1 3 标准状态下实际烟气量标准状态下实际烟气量 aaaff dVVVV 000 1 24 1 1 01293 0 689 6 14 1 24 1 689 6 14 1 114 7 832 9 kgm 3 由设计原始资料可知 设计耗煤量为 700 kg h 台 所以 标准状态下的 排烟量为 设计耗煤量 f VQ 即 4 6882700832 9 Q 台 h m3 1 4 标准状态下烟气含尘浓度标准状态下烟气含尘浓度 f arsh V Ad C 3 mkg 式中 排灰中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数 sh d 煤中不可燃成分的含量 ar A 标准状态下实际烟气量 f Vkgm 3 3 10434 2 832 9 1496 0 16 0 C 333 10434 2 mmgmkg 1 5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 3 10482 2 832 9 0122 0 22 2 V w C f S SO 333 10482 2 mmgmkg 第二章 除尘器的选择 2 2 1 1 除尘器的比较和选择除尘器的比较和选择 选择除尘器时必须全面考虑有关因素 如除尘效率 压力损失 一次投资 维修管理等 其中最主要的是除尘效率 以下问题要特别引起注意 1 选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放要求对于运行状况不稳定 的系统 要注意烟气处理量变化对除尘效率和压力损失的影响 如旋风除尘 器除尘效率和压力损失 随处理烟气量增加而增加 但大多数除尘器 如电 除尘器 的效率却随处理烟气量的增加而下降 2 粉尘颗粒的物理性质对除尘器性能具有较大影响粘性大的粉尘容易粘 结在除尘器表面 不宜采用干法除尘 比电阻过大或过小的粉尘 不宜采用 电除尘 纤维性或憎水性粉尘不宜采用湿法除尘 不同的除尘器对不同粒径 颗粒的除尘效率是完全不同的 选择除尘器时必须首先了解欲捕集粉尘的粒 径分布 再根据除尘器除尘分级效率和除尘要求选择适当的除尘器 表列出 了典型粉尘对不同除尘器进行试验后得出的分级效率 可供参考 试验用的 粉尘是二氧化硅尘 密度 3 2 7 P g cm 表 4 除尘器的分级效率 3 气体的含尘浓度含尘浓度较高时 在静电除尘器或袋式除尘器前应设 置低阻力的预净化设备 去除较大尘粒 以使设备更好地发挥作用 例如 降低除尘器人口的含尘浓度 可以提高袋式除尘器过滤速度 防止电除尘器 产生电晕闭塞 对湿式除尘器则可减少泥浆处理量 节省投资及减少运转和 维修工作量 一般说 为减少喉管磨损及防止喷嘴堵塞 对文丘里 喷淋塔 等湿式除尘器 希望含尘浓度在 10g m 以下 袋式除尘器的理想含尘浓 度为 0 2 一 10g mj 电除尘器希望含尘浓度在 30g m 以下 4 烟气温度和其他性质是选择除尘设备时必须考虑的因素对于高温 高 湿气体不宜采用袋式除尘器 如果烟气中同时含有SO NO 等气态污染物 可以考虑采用湿式除尘器 但是必须注意腐蚀问题 5 选择除尘器时 需考虑收集粉尘的处理问题有些工厂工艺本身设有泥 浆废水处理系统 或采用水力输灰方式 在这种情况下可以考虑采用湿法除 尘 把除尘系统的泥浆和废水纳入工艺系统 2 2 除尘效率除尘效率 C CS 1 式中 标准状态下烟气含尘浓度 C 3 mmg 标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值 S C 3 mmg 78 91 100 10434 2 200 1 3 2 3 除尘器的选择除尘器的选择 工况下烟气量 T TQ Q 3 hm 式中 标准状态下的烟气流量 Qhm 3 工况下烟气温度 K T 标准状态下温度 273K T 04 10916 273 160273 4 6882 Q 3 hm032 3 3 sm 根据 查手册后选用 XLP B 10 6 型旋风除尘器 X 型 XLP B 型 Q 原为 CLP B 型 是带有旁路的干式高效旋风除尘器 该除尘器主要适用于清 除非粘固灰尘 煤炭 泥沙 烟尘及其它粉尘等 尺寸见表 2 1 表 2 1 型号规格 进口风速 sm 2 处理风量 hm 3 阻力 pa 效率 外形尺寸 长 宽 高 mm 重量 kg XLP B 10 612 27 8370 13980 294 88285 99 1495 1345 5232 578 2 4 旋风除尘器旋风除尘器 旋风除尘器内气流与尘粒的运动普通旋风除尘器是由进气管 筒体 锥体 和排气管等组成 气流流动状况如图2 1 所示 含尘气流进人除尘器后 沿外壁由上向下作旋转运动 同时有少量气体沿径向运动到中心区域 当旋 转气流的大部分到达锥体底部后 转而向上沿轴心旋转 最后经排出管排出 通常将旋转向下的外圈气流称为外涡旋 旋转向上的中心气流称为内涡旋 两者的旋转方向是相同的 气流作旋转运动时 尘粒在离心力作用下逐步 移向外壁 到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落人灰斗 气流 从除尘器顶部向下高速旋转时 顶部的压力下降 一部分气流带着细小的尘 粒沿筒壁旋转向上 到达顶部后 再沿排出管外壁旋转向下 最后到达排出 管下端附近被上升的内涡旋带走并从排出管排出 这股旋转气流称上涡旋 对旋风除尘器内气流运动的测定发现 实际的气流运动是很复杂的 除了切 向和轴向运动外 还有径向运动 如在外涡旋 少量气体沿径向运动到中心 区域 在内涡旋 也存在着离心的径向运动 为研究方便 通常把内外涡旋气体的运动分解成为三个速度分量 切向 速度 径向速度和轴向速度 图 2 1 旋风除尘器的结构及内部气流 第三章第三章 确定除尘器 风机和烟囱的位置及管道的布置确定除尘器 风机和烟囱的位置及管道的布置 3 1 各装置及管道布置的原则各装置及管道布置的原则 根据锅炉运行情况和锅炉房现场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 3 2 管径的确定管径的确定 v Q d 4 m 式中 工况下管道内的烟气流量 Qsm 3 烟气流速 m s 对于锅炉烟尘 10 15 m s v v 取 13 m s v 545 0 1314 3 032 3 4 d m 圆取整 560mm 查表 取标准 d 560mm 管道参数见下表 3 1 表 3 1 管道参数 钢制板风管钢制板风管 外径外径 D mm 外径允许偏差 mm壁厚 mm 560 1 1 0 内径 560 2 1 0 558 mm 1 d 由公式可计算出实际烟气流速 v Q d 4 405 12 558 0 14 3 032 3 44 22 d Q v sm 3 3 烟道的设计计算烟道的设计计算 烟道采用拱形 图形如下图 3 2 所示 由系统图可以看出 烟道流过的最大烟气量是锅炉烟气量的 2 倍 再加上 烟气系统的漏风率 则烟道内最大烟气流量为 29 2401504 1091621 1 Qhm 3 查表可知 砖制烟道的最适合烟速是 6 8 m s 初定烟速为 7 m s 则烟道 面积为 2 953 0 73600 29 24015 mVQA 烟烟 而 953 0 2 2 22 B BA 则 B 826 mm 圆整取 B 830 mm 则 A 0 959 2 m 校正气速 在范围内 000 7 959 0 3600 29 24015 vsm 第四章第四章 烟囱的设计烟囱的设计 4 1 烟囱高度的确定烟囱高度的确定 首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量 t h 然后根据锅炉大气 污染物排放标准中的规定 表 4 1 确定烟囱的高度 表 4 1 锅炉烟囱的高度 锅炉总额出力 t hj 11 22 66 1010 2026 35 烟囱最低高度 m202530354045 锅炉总额出力 4 4 16 t h 故选定烟囱的高度为 40m 4 2 烟囱直径的计算烟囱直径的计算 烟囱出口内径可按下式计算 Q d0188 0 m 式中 通过烟囱的总烟气量 Qhm 3 按表 4 2 选取的烟囱出口烟气流速 m s 表 4 2 烟囱出口烟气流速 m s 运行情况 通风方式 全负荷时最小负荷 机械通风10 204 5 自然通风6 102 5 3 选定4 m s 则060 2 4 04 109161 14 0188 0 dm 圆整取1 2 2 dm 烟囱底部直径 Hidd 2 21 式中 烟囱出口直径 m 2 d 烟囱高度 m H 烟囱锥度 通常取 0 02 0 03 ii 取 0 025 i 则 2 1 2 0 025 40 4 1 m 1 d 4 3 烟囱的抽力烟囱的抽力 Pa B tt HS pk y 273 1 273 1 0342 0 式中 烟囱高度 m H 外界空气温度 k t 烟囱内烟气平均温度 p t 当地大气压 Pa B Pa 00 1831086 97 160273 1 1273 1 400342 0 3 y S B 第五章 系统阻力的计算 5 1 摩擦压力损失摩擦压力损失 对于圆管 Pa 2 2 v d L PL 式中 管道长度 m L 管道直径 m d 烟气密度 3 mkg 管中气流平均速率 m s v 摩擦阻力系数 式气体雷诺数 Re 和管道相对粗糙度的函数 d K 可以查手册得到 实际对金属管道可取 0 02 对砖砌或混凝土管道可 取 0 04 a 对于560 圆管 已知 管道长 10 md56 0 02 0 405 12smv 34 1 3 mkg 84 0 433 273 34 1 160273 273 n 3 mkg 01 23 2 405 1284 0 56 0 10 02 0 2 L p Pa b 对于砖砌拱形烟道 如图 5 1 图 5 1砖砌拱形烟道 2 2 v R L p S L Pa 式中 为四个锅炉出口最远距离的一半 为 9 9 m L 为 0 04 为截面积与润湿周边的比 即周边 S R 2 3BBx 793 3 2 83 0 14 3 83 0 3 m 257 0 793 3 959 0 S R 又 代入上式 04 0 smv 000 7 得 Pa93 7 2 000 7 84 0 257 04 04 0 9 9 2 L p 5 2 局部阻力损失局部阻力损失 2 2 v PL Pa 式中 异形管件的局部阻力系数 可在相关手册中查到 或通过实验 获得 与相对应的断面平均气流速率 m s v 烟气密度 3 mkg 5 2 1 两个渐缩管 查表 取 45 则 0 1 93 12 2 405 1284 0 1 02 2 L P Pa 5 2 2 四个 90 弯头 查表 取 0 23 86 14 2 405 1284 0 23 0 2 L P Pa 四个弯头 则44 5986 144 P Pa 5 2 3 一个渐扩管 16 1 4 4985 0 14 3 565 0 4 0 2 1 2 F F 查表 取 30 得 0 07 52 4 2 405 1284 0 07 0 2 L P Pa 5 2 4 e 为渐缩管 查表 取 45 则 0 10 46 6 2 405 1284 0 10 0 2 L P Pa 烟道中的 T 形三通如图 5 1 所示 烟道 通往烟囱 图 5 1 T 形三通管 查表 得 0 78 41 50 2 405 1284 0 78 0 2 L P Pa 烟道的 T 形三通合流管如图 5 2 所示 风机出口管 烟道 6 3 T 形合流三通 查表 得 0 55 55 35 2 405 1284 0 55 0 2 L P Pa 5 3 总的阻力损失总的阻力损失 其中锅炉出口前阻力为 800 Pa 除尘器阻力为 800 Pa 则 80080055 3541 5046 6 52 4 44 5993 1293 7 01 23P 25 1800 Pa 第六章第六章 系统中烟气温度的变化系统中烟气温度的变化 6 1 烟气在管道中的温度降烟气在管道中的温度降 V CQ Fq t 1 式中 标准状态下烟气流量 Qhm 3 管道散热面积 F 2 m 标准状态下烟气平均比热容 一般为 1 325 1 357 V C 3 mkJ 管道单位面积散热损失 q 3 hmkJ 室内 4187 1 q 3 hmkJ 室外 5433 2 q 3 hmkJ 室内管道长 52 1 12 0 56 0 2 2 1 L m 60 256 052 114 3 11 DLF 2 m 室外管道长 52 8 48 1 10 2 L m 98 1456 0 52 8 14 3 22 DLF 2 m 则 11 10 326 1 4 6882 98 14543360 2 4187 326 1 2211 1 Q FqFq t 6 2 烟气在烟囱中的温度降烟气在烟囱中的温度降 D AH t 2 式中 烟囱高度 mH 合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和 t hD 温降系数 可由表 5 1 查得 A 表 5 1 烟囱温降系数 烟囱种类 钢烟囱 无衬筒 钢烟囱 有衬筒 砖烟囱 H 50 m 壁厚小于 0 5 m 砖烟囱 壁厚大于 0 5 m A20 80 40 2 4 16 4 040 2 t 总温度降 11 14411 10 21 ttt 第七章第七章 风机和电动机选择及计算风机和电动机选择及计算 7 1 标准状态下风机风量的计算标准状态下风机风量的计算 B t QQ p r 3 101 273 273 1 1 hm 3 式中 1 1 风量备用系数 标准状态下风机前风量 Qhm 3 风机前烟气温度 若管道不长 可以近似取锅炉排烟温度 p t 当地大气压力 kPa B 17 12446 86 97 3 101 273 160273 04 109161 1 r Q 3 hm 7 2 风机风压的计算风机风压的计算 y yy ShH 293 1 2 1 Pa 式中 1 2 风压备用系数 系统总阻力 h Pa 烟囱抽力 y SPa 标准状态下烟气密度 1 34 y 3 mkg 49 1826 34 1 293 1 00 18340 1760 2 1 y HPa 7 3 电动机功率的计算电动机功率的计算 21 10003600 yyH Q Ne kw 式中 风机风量 y Qhm 3 风机风压 y HPa 风机在全压头时的效率 一般风机为 0 6 1 机械传动效率 用 V 形带传动时 0 95 2 2 电动机备用系数 对引风机 1 3 40 14 95 0 6 010003600 3 149 182617 12446 Ne kw 7 4 风机和电机的选择风机和电机的选择 根据风量 12446 17 1800 25 查表后选择JCL 22型引风 y Qhm 3 y HPa 机 配对电机型号为Y J100L 2 H 具体参数如下表 7 1 表 7 1 JCL 22 型号风机参数 电动机 Motor 风机型号 Type of the ventilator 流量 Folw rate m3