大气课设填料塔设计计算.doc

内蒙古工业大学本科课程设计说明书学校代码： 10128学 号： 201320303014课程设计说明书题 目：SHS20-25型锅炉低硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计学生姓名： 周永博学 院： 能源与动力工程学院班 级： 环工13-1 指导教师：曹英楠2016年 7 月 1 日 内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称： 大气污染控制工程 学院： 能源与动力工程学院 班级： 环工13-1 学生姓名： 周永博 学号： 201320303014 指导教师： 曹英楠 一、题目 SHS20-25型锅炉低硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计二、目的与意义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、实用技术资料、编写设计说明书的能力。三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 原始数据、技术参数：附后设计要求：（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）根据计算结果绘制除尘系统、脱硫设备平面、剖面布置图、系统流程图四、工作内容、进度安排 大气污染控制工程课程设计期限为2周，各阶段时间大致安排如下：1.准备设计基础资料，复习有关大气污染控制知识和计算方法。 2天2.进行设计计算。 4天3.设计图纸绘制。 4天4.设计计算审核及说明书装订。 2天5.教师审阅及成绩评定。五、主要参考文献 附后审核意见系（教研室）主任（签字） 指导教师下达时间 年 月 日指导教师签字：_技术参数：锅炉型号：SHS20-25 即，双锅筒横置式室燃炉（煤粉炉），蒸发量20t/h，出口蒸汽压力25MPa设计耗煤量：2.4t/h设计煤成分：CY=75.2% HY=3% OY=4% NY=1% SY=0.8% AY=10% WY=6%； VY18；属于低硫烟煤 排烟温度：160空气过剩系数1.25飞灰率29 烟气在锅炉出口前阻力800Pa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150m，90弯头30个。参考文献：大气污染控制工程郝吉明、马广大；环保设备设计与应用罗辉.北京.高等教育出版社.1997；除尘技术高香林.华北电力大学.2001.3；环保设备设计应用郑铭.北京.化学工业出版社.2001.4；火电厂除尘技术胡志光、胡满银.北京.中国水利水电出版社.2005；除尘设备金国淼.北京.化学工业出版社.2002；火力发电厂除尘技术原永涛.北京.化学工业出版社.2004.10；环境保护设备选用手册鹿政理.北京.化学工业出版社.2002.5；工业通风孙一坚主编.中国建筑工业出版社，1994；锅炉及锅炉房设备奚士光等主编.中国建筑工业出版社，1994；除尘设备设计金国淼主编.上海科学技术出版社，1985；环境与工业气体净化技术. 朱世勇主编.化学工业出版社，2001；湿法烟气脱硫系统的安全性及优化曾庭华，杨华等主编.中国电力出版社；燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例. 钟秦主编.化学工业出版社，2004；环保工作者使用手册. 杨丽芬，李友琥主编.冶金工业出版社，2001；工业锅炉房设计手册航天部第七研究设计院编.中国建筑工业出版社，1986；火电厂烟气湿法脱硫装置吸收塔的设计王祖培编.化学工业第二设计院，1995；大气污染控制工程. 吴忠标编.科学出版社，2002；湿法烟气脱硫吸收塔系统的设计和运行分析. 曾培华著.电力环境保护，2002。摘要本次课程设计的题目是SHS20-25型锅炉低硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计。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，培养学生运用所学理论知识进行大气污染控制系统方案设计的初步能力。通过课程设计实践，树立正确的设计思想，掌握大气污染控制设计的一般规律，重点掌握除尘脱硫技术的基本理论，通过所给参数对烟气量、烟尘浓度及二氧化硫浓度进行计算，再根据计算结果，正确选用除尘设备、脱硫工艺及管道管路、风机电机等；设计除尘系统、脱硫工艺流程；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、实用技术资料、编写设计说明书的能力。关键词：袋式除尘器、湿式脱硫系统、锅炉烟气、目录第一章概述11.1设计内容及要求11.1.1 设计内容11.1.2 设计要求11.2 技术参数1第二章锅炉烟气除尘系统烟气量的计算22.1 标准状态下理论空气量22.2 标准状态下理论烟气量（设空气含湿量0.01296 kg/m3）22.3 标准状态下实际烟气量22.4 烟气流量32.5 烟气含尘浓度32.6 SO2的浓度3第三章除尘器的选择43.1 除尘效率43.2工况下的烟气温度43.3 工况下的烟气量（压强取一个标准大气压）43.4 除尘器的确定53.5 过滤速度53.6 捕集粉尘量5第四章填料塔的设计64.1 填料的规格及相关参数：64.2 填料塔的空塔速度为：u=1.52.5 m/s；64.3 填料塔塔径为：64.4 经查找无粒径为200250 mm的填料，所以需并联四个脱硫塔。74.5 液气比控制在：4874.6 塔内液气按触时间：24 s74.7 填料层压降：74.8 填料塔的高度计算：74.9 物料计算84.10 填料塔附件选择：9第五章确定除尘器、填料塔、风机和烟筒及管道的布置位置95.1 设计方案选择95.2 各装置及管道布置的原则105.3 管径的确定10第六章烟筒的设计106.1 烟筒高度的确定106.2 烟筒直径的计算116.3 烟筒的抽力12第七章系统阻力的计算127.1 摩擦压力损失127.1.1 烟气密度为1.34kg/m3137.1.2 对于圆管：137.2 局部压力损失13第八章风机和电动机选择和计算148.1 风机风量的计算148.2 风机风压的计算148.2.1 烟气在锅炉出口前阻力800Pa158.2.2 袋式除尘器所允许的压力损失范围为1000-1200Pa:取1100Pa158.2.3 填料塔阻力：4095+500+200+50+100=4945（四个填料塔总阻力）158.2.4 圆管的摩擦损失：540.68Pa158.2.5 局部压力损失：（11个弯头）1122.71=249.81Pa158.2.6 烟筒抽力Sy=80.41Pa158.2.7 参考文献除尘设备金国淼 P355 风机性能表158.2.8 168.3 电动机功率的计算17第九章系统中烟气温度的变化189.1烟气在管道中的温度降189.2 烟气在烟筒中的温度降19总结20参考文献：21谢辞22第一章 概述1.1设计内容及要求1.1.1 设计内容本次要求设计SHS20-25型锅炉低硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统1.1.2 设计要求（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1.2 技术参数锅炉型号：SHS20-25 即，双锅筒横置式室燃炉（煤粉炉），蒸发量20t/h，出口蒸汽压力25MPa设计耗煤量：2.4t/h设计煤成分：CY=75.2% HY=3% OY=4% NY=1% SY=0.8% AY=10% WY=6%； VY18；属于低硫烟煤 排烟温度：160空气过剩系数1.25飞灰率29 烟气在锅炉出口前阻力800Pa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150m，90弯头30个。第二章 锅炉烟气除尘系统烟气量的计算燃烧单位质量煤所需理论空气量及产生的理论烟气量、实际烟气量计算均按教材中相关内容计算：2.1 标准状态下理论空气量Qx= 4.76(1.867C5.56H 0.7S 0.7O)(m3/kg) (2 - 1)式中: C,H,S,O分别为煤中各元素所含的质量分数。Qx= 4.76（1.86775.2%5.563%0.70.8%0.7）=4.17(m3/kg)2.2 标准状态下理论烟气量（设空气含湿量0.01296 kg/m3）Qy= 1.867（C 0.375S ）11.2H 1.24W 0.806Qx0.8N(m3/kg)(2 - 2)式中: Qx标准状态下理论烟气量, m3/kg；W 煤中水分所占的质量分数，%；N N元素在煤中所占的质量分数，%。Qy=1.867（75.2%0.3750.8%）11.23%1.246%0.8064.170.81%=5.19(m3/kg)2.3 标准状态下实际烟气量Qy = Qy 1.016(a1) Qx(m3/kg) (2 - 3) 式中: a 空气过剩系数；Qy 标准状态下理论烟气量, m3/kg；Qx 标准状态下理论空气量, m3/kg。Qy = 5.191.106（1.251）4.1716 = 6.25 (m3/kg)2.4 烟气流量每台锅炉在标准状态下烟气流量Q以m3/ h计：Q=QSM（mN3/h） (2 - 4)式中： QS实际烟气量，mN3/kg煤；M设计耗煤量，kg/h。Q=6.252.4103 =15000（mN3/h）2.5 烟气含尘浓度（kg / mN3）(2 - 5)式中： ds排烟中飞灰上占煤中不可燃烧成分的百分数；Ay煤中不可燃烧成分含量；Qs实际烟气量，mN3/kg。C = 29%0.16.25 = 4.6410-3 （kg / mN3）2.6 SO2的浓度（kg / mN3） (2 - 6)式中： Sy S元素在煤中所占的质量分数，%。MSO2SO2的摩尔质量，kg/mol；MS S的摩尔质量，kg/mol。C = 0.8%64（326.25）= 2.5610-3（kg / mN3）第三章 除尘器的选择3.1 除尘效率 (3 - 1)式中： C 排烟含尘浓度，mg/ mN3；CS锅炉烟尘排放标准中的规定值，mg/ mN3。式中规定值Cs取50mg/mN3=150（4.64103）=98.92%3.2工况下的烟气温度T=273t （K） (3 - 2)式中： T工况下的温度，K；t烟气的温度，。T=273+160 =433(K)3.3 工况下的烟气量（压强取一个标准大气压） (3 - 3)式中： Q工况下的烟气流量，m3/h；T工况下的温度，K；T标况下的温度，K；Q每台锅炉在标准状态下烟气流量，m3/h。Q=（15000433）273 =23791.2（m3/h）3.4 除尘器的确定表3-1型号QH-72滤袋条数，条72滤袋（直径长度），mmmm1202540压力损失，Pa10001200除尘效率，%99含尘浓度，g/m3515过滤气速，m/min46处理气量，m3/h1655024810气环箱内压力，Pa35004500反吹风量，m3/min2160外形尺寸（长宽高）mmmmmm320414004150设备质量，kg22003.5 过滤速度 （3 - 4）式中： V过滤速度，m/minQ工况下的烟气流量，m3/h；A过滤面积，m2。V = 23791.26960 =5.75（m/min）3.6 捕集粉尘量QC烟尘=150002.5610-399%=5.75mg/h第四章 填料塔的设计4.1 填料的规格及相关参数：所选填料：矩鞍形填料表4-1材质陶瓷（湿装）规格DN76外径高厚，mmmmmm119539堆积个数，个/m32400堆积密度，kg/m3537.7比表面积，m2/m376.3空隙率，m3/m30.752干填料因子，m-1179.44.2 填料塔的空塔速度为：u=1.52.5 m/s；取空塔速度为u=2.5 m/s4.3 填料塔塔径为： （m） （4 - 1） Q 进入塔内工况下烟气的流量，m3/s； 计算出的塔径要进行圆整，应计算经圆整后填料塔内的实际烟气速度。 根据参考文献化工原理赵俊廷（258页）进行圆整 圆整后取D=2000 mm 得：u = = 2.11 m/s 得d=200250 mm4.4 经查找无粒径为200250 mm的填料，所以需并联四个脱硫塔。 取空塔速度u=2.5 m/s Q=1.65m3/s 根据D = 0.917 m =917 mm 圆整后取D=1000 mm 得：u = = 2.1 m/s4.5 液气比控制在：48 取液气比为：5 L/m34.6 塔内液气按触时间：24 s取塔内液气按触时间为：t=3 m/s4.7 填料层压降：P=P h （4 - 2）P：单位高度压降，Pa/m； P取500 Pa/m；h：填料层高，m。h=1.3vt=1.32.13=8.19 m填料层压降：P=500 Pa/mP= P h = 5008.19 = 4095 Pa/m4.8 填料塔的高度计算：一般石灰系统的烟气脱硫时间为610 s，取t=7s；由反应时间可计算Hz = v t （4 - 2）式中：Hz 填料塔总高，m；v 塔内流速，m/s；t 烟气脱硫时间， s；Hz = v t =2.17 =14.7 m考虑顶盖排气部分定为0.5m，出口液体部分定为0.5m；则实际填料塔高度为 H=14.7+0.52=15.7m4.9 物料计算物料平衡计算的主要参数：CaO(S) + SO2(g) + 2H2O(l)=CaSO4 2H2O (S)根据经验数值，一般钙硫比为1.051.1，取1.05;则由平衡计算可得知每小时需消耗CaO的量为： m（CaO）= 1.05 =35280 g/h =0.3528t/h根据标准经验规定吸收液质量浓度一般为 1015 % 取15%；液气比取 5L/m3则新鲜浆液质量为m（浆液） = m（CaO）15% = 0.352815% = 2.352t/h则可得每小时所需消耗新鲜浆液的体积为V(浆液) = V（烟气）5 = 23791.25 = 29739 L/h = 29.739 m3/h则储液槽的容积为：V=29.739 m3储液槽高度 h = （4 - 4）V 储液槽的容积，m3；D 储液槽的直径，m；H 储液槽的高度，m；取D=3m；h = = = 4.21 m每小时生成CaSO4的质量为：m（CaSO4）= Qm ,CaO （4 - 5） = 0.3528 = 0.8568 t4.10 填料塔附件选择：选用斜口气体分布器，进口风速为16m/s，阻力约为500Pa；选用栅板支承板，阻力约为200Pa；选用多孔盘管式液体分布器，阻力约为50Pa；选用折板除雾器，阻力约为100Pa；第五章 确定除尘器、填料塔、风机和烟筒及管道的布置位置5.1 设计方案选择 集中处理或分别处理：选取集中处理 除尘方式(干法除尘或湿法除尘)：选取干式除尘 负压操作或正压操作：负压操作5.2 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的实际情况确定各装置。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。5.3 管径的确定 （5 - 1）式中：Q 工况条件下管内烟气流量，m3/s 烟气流速，m/s，一般为15-25m/s；管径算出以后，要对其进行圆整（查手册），再利用圆整后的管径计算出实际烟气流速(注意：实际烟气气速要符合要求)。参考文献 环保设备设计手册 周兴求 P530 m Q = 23791.2 m3 /h = 6.61 m3/s取烟气流速= 20 m/s得= 650 mm圆整后取d = 700 mm （钢板制风管）此处d为外径；d内径 = d - 壁厚 = 700-2 = 698 mm反算得= 17.28 m/s第六章 烟筒的设计6.1 烟筒高度的确定首先确定共用一个烟筒的所有锅炉的总锅炉的蒸发量（t/h），然后根据锅炉烟尘排放标准中的规定（表5-1）确定烟筒的高度表5-1 锅炉烟筒高度表锅炉总额定出力（t/h）1122661010202035烟筒最低高度（m）202530354045已知总锅炉的蒸发量：20 t/h根据表1得：烟筒最低高度为40 m6.2 烟筒直径的计算烟筒出口内径可按下式计算： （6 - 1）式中：Q 工况条件下通过烟筒的总烟气流量，m3/h； 按表5-2选取的烟筒出口烟气流速，m/s；表5-2 烟筒出口烟气流速 m/s通风方式运行情况全负荷运行最小负荷运行机械通风102045自然通风6102.53烟筒底部直径 m（6 - 2）式中： 烟筒出口直径，m； 烟筒高度，m； 烟筒锥度（通常取0.020.03）；已知Q=23791.2 m3/h 选择自然通风，全负荷运行= 8m/s烟筒出口内经= 1.03m取40m，取0.02 烟筒底部直径： （6 - 3） = 1.03 + 20.0240 = 2.63 m6.3 烟筒的抽力 Pa （6 - 4）式中： 烟筒高度，m； 外界烟气温度，； 烟筒内平均烟气温度，； 当地大气压力，Pa；取 =20 =8080.41 Pa第七章 系统阻力的计算7.1 摩擦压力损失对于圆管： Pa （7 - 1）式中：管道长度，m；管道直径，m；烟气密度，kg/m3；管道中气流平均流速，m/s；摩擦阻力系数，是气体雷诺数和管道相对粗糙度的函数，查手册可以得到（实际中对金属管道可取0.02，对砖彻管道可取0.04）；7.1.1 烟气密度为1.34kg/m3工况下烟气密度为：= （7 - 2）= = 0.845 kg/m37.1.2 对于圆管： Pa= 0.02= 540.68 Pa7.2 局部压力损失 Pa （7 - 3）式中： 异形管件的局部阻力系数； 截面平均流速，m/s； 烟气密度，kg/m3；局部压力损失（一个弯头）： Pa参考文献 环保设备设计手册 周兴求 P537 = 1.5取 = 0.18 ; = 17.82 m/s = 0.845 kg/m3 =0.18=22.71Pa第八章 风机和电动机选择和计算8.1 风机风量的计算 m3/h （8 - 1）式中： 风机前风量， mN3/h； 风机前烟气温度，若管道不太长，可近似取锅炉排烟温度； 当地大气压力，Pa；风机风量的计算: m3/h8.2 风机风压的计算 Pa （8 - 2）式中： 风机备用系数； 系统总阻力，Pa； 风机前烟气温度，； 风机性能表中给出的温度； 标况下烟气密度1.34kg/mN3；计算出风机风量和风机风压后，可按风机产品样本给出的性能曲线或表格选择所需的风机型号。 Pa8.2.1 烟气在锅炉出口前阻力800Pa8.2.2 袋式除尘器所允许的压力损失范围为1000-1200Pa:取1100Pa8.2.3 填料塔阻力：4095+500+200+50+100=4945（四个填料塔总阻力）填料层阻力为4095Pa；斜口气体分布器，阻力约为500Pa；栅板支承板，阻力约为200Pa；多孔盘管式液体分布器，阻力约为50Pa；折板除雾器，阻力约为100Pa。8.2.4 圆管的摩擦损失：540.68Pa8.2.5 局部压力损失：（11个弯头）1122.71=249.81Pa8.2.6 烟筒抽力Sy=80.41Pa =1.34kg/mN3 =808.2.7 参考文献除尘设备 金国淼 P355 风机性能表表8-1通风机技术性能和主要技术通风机技术性能和主要技术类别高压离心通风机型号9-19名称离心通风机风压范围274015960 Pa风量范围69663305 m3/h功率范围2.0410 kw输送介质最高允许温度80 主要途径一般锻冶炉及高压强制通风用则= 80 8.2.8 = 800+（4095+500+200+50+100）4+540.68+22.7111 = 22470则Hy = 1.2（22470-80.41） = 25925 Pa参考文献除尘工程设计手册第二版 张殿印 王纯 P558选择风机型号为9-19型离心通风机表8-2 9-19型离心通风机性能表9-19型离心通风机性能表机号（NO）2.5传动方式D转速1450 （r/min）流量21381 30186 m3/h全压9068 7822 Pa内效率70 81 所需功率7.6 107.0 kw8.3 电动机功率的计算kW （8 - 3）式中： 风机风量，m3/h； 风机风压，Pa； 风机要全压头时的效率（一般风机为0.6，高效风机约为0.9）； 机械传动效率，当风机与电机直联传动时为1，用联轴器联接时为0.950.98，用三角皮带传动时为0.95； 电动机的备用系数，对引风机一般为1.3；根据电动机的功率、风机的转数、传动方式选择电动机型号。一般风机：=0.6当用联轴器连接风机与电机： =0.95=1.3则 kW根据风机的风量、风压找不到合适的风机，因此选用三个风机串联。根据单个风机的电动机功率： 116.8 kW风机每分钟的转数：1450r传动方式：D（悬臂支撑，以联轴器传动）3-5 选择电动机型号额定数据功率132 kW电压380 V接法转速1480 r/min电流242.3 A效率93 %第九章 系统中烟气温度的变化当烟气管道较长时，必须考虑烟气温度的降低，必要时增设膨胀节等设备。除尘器、风机、烟筒的烟气流量应按各点的温度计算。9.1烟气在管道中的温度降 8 - 4式中： 烟气流量， mN3/ h； 管道散热面积，m2； 烟