大气污染控制工程课程设计.doc

目 录设计任务书11、设计目的12、设计任务13、设计依据及原则14、基本资料15、通风除尘系统的主要设计程序26、设计成果2一、设计方案的确定3二、工艺流程的参数设计41、标准状态下理论空气量42、标准状态下理论烟气量43、标准状态下实际烟气量54、标准状态下烟气含尘浓度55、标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算6三、除尘器的选择71、除尘器应该达到的除尘效率72、除尘器的选择7四、 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置111、各装置及管道布置的原则112、管径的确定11五、烟囱的设计121、烟囱高度的确定122、烟囱的抽力14六、系统阻力计算161、摩擦压力损失162、局部压力损失163、系统总阻力19七、烟气脱硫方法说明19八、风机和电动机的选择及计算211、标准状态下风机风量计算212、风机风压计算213、电动机功率计算22九、设计说明23 参考文献24 致谢25附图25设计任务书1、设计目的通过设计进一步消化和巩固本能课程所学内容，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。2、设计任务运用所学知识设计某一燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统。3、设计依据及原则严格按照锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准、烟尘浓度排放标准、二氧化碳排放标准进行设计计算。4、基本资料a.锅炉设备的主要参数额定蒸发量主蒸汽压力主蒸汽温度燃煤量排烟量排烟温度（t/h）（MPa）（）（t/d）（m3/d）（）25010055038.0450000150b.烟气密度（标准状况下）：1.35 kg/m3；空气含水（标准状况下）：0.01296 kg/m3；烟气在锅炉出口的阻力：850Pa；排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：18%；当地大气压:97.86KPa；冬季室外空气温度：-1；空气过剩系数：a=1.4。c.煤的工业分析值：C=68%；H=4%；S=1%；N=1%；W=6%；A=15%；V=13%;O=5%d.应用基灰分：13.38%；应用基水分：16.32%；可燃基挥发分：41.98%；应用基低位发热量：16768Kj/kg（由于媒质波动较大，要求除尘器适应性较好）e.按锅炉大气污染排放标准（GB13271-2001）中二类区标准执行；烟尘浓度排放标准（标准状况下）：200 mg/m3；二氧化硫排放标准（标准状况下）：900 mg/m3；净化系统布置场地在锅炉房北侧15米以内。5、通风除尘系统的主要设计程序A、计算燃煤锅炉实际烟气量、排烟量及烟尘和二氧化硫浓度B、计算或设定除尘效率。C、选择除尘器。D、确定除尘器，风机，烟囱的位置及管道布置。并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统各部分阻力。E、计算系统阻力。F、绘制系统工艺流程图、除尘器结构图及主要构件的设计简图。6、设计成果设计计算说明书一份（30页以内，包括计算书，内容详尽说明设计计算，选型及其方法，可手写，可打印，内容科学性和完善性将影响评分）；工艺流程图；核心除尘设备图；流程中各主要构件设计图。一、设计方案的确定目前，越来越多的环境问题出现在了人们的生活中，其中包括水污染、环境污染、大气污染、噪声污染、固体废弃物污染等等，这些污染在有形和无形中对人们的生活和健康产生了影响。其中危害性最大、范围最广就是大气污染，他是潜移默化的，在人们不知不觉中使人们的健康受到影响，大气污染对人体的的危害是多方面的，主要表现在呼吸道疾病与生理机能障碍，以及眼鼻等粘膜组织受到刺激而患病。对于植物而言，大气污染物尤其是二氧化硫等对植物的危害是十分严重的。当污染物浓度高时；当污染物浓度不高时，会对植物产生慢性危害，使植物叶片退绿，或则表面上看不见什么危害症状，但植物的生理机能受到影响，造成植物产量下降，品质变坏。 因此，社会对大气污染的关注程度越来越高，对大气污染治理的意愿也越来越强烈，在工业生产中，对高效率、低成本、低能耗的除尘脱硫设备的需要与日俱增。现在社会上运用的烟气除尘设备种类很多，包括过滤式除尘器、湿式除尘器、电除尘器、机械除尘器等。但这些单一除尘器对二氧化硫的去除效果并不是很理想，均需要另设脱硫设备，故本设计通过综合考虑各种设备与技术的特征与性能，以及对设备的使用效率和综合费用的衡量，故采用除尘与脱硫分开的操作系统，以得到更好的处理效果。本设计选用了旋风除尘器。该除尘器结构简单，器身无运动部件，不需特殊的附属设备，占地面积小，制造，安装投资较少；它的压力损失中等，动力消耗较小，维护费用偏低；最重要的是不受含尘气体的温度和浓度的限制对粉尘的物理性质无特殊要求。从经济条件，和工作要求方面考虑，旋风除尘器是较好的选择。SO2的去除是采用碱性液体吸收法。将CaO或Ca(OH)2配制成碱液，当气体进入除尘器时采用喷淋脱硫，烟气和碱液充分混合接触，SO2与液体中的碱性成分及水分发生化学反应，从而SO2 ,和SO3被去除。最后净化后的气体由引风机排至烟囱。（工艺流程简图如下）烟囱风机脱硫装置除尘装置锅炉二、工艺流程的参数设计1、标准状态下理论空气量建立煤燃烧的假定：1) 煤中固定氧可用于燃烧；2) 煤中硫主要被氧化为 SO2；3) 热力型NOX的生成量较小，燃料中氮含量较低，在计算理论空气量时可以忽略，煤中的N在燃烧时转化为N2；4) 空气尽是由氮气和氧气组成的，其体积比为79.1/20.9=3.78。该燃烧装置采用煤作燃料，煤成分工业分析结果如下（质量分析结果）： C=68%；H=4%；S=1%；N=1%；W=6%；A=15%；V=13%; O=5%以1kg煤燃烧为基础可得分析结果：（表一）所以理论需氧量为：(56.67+10+0.313-1.5625)=65.419mol/kg(煤)假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78，则1kg煤完全燃烧所需要的理论空气量为： 65.419 （3.78+1）=312.703 mol/kg(煤)标准状况下理论空气量：= 则该燃烧炉每天需要的总理论空气量，标准状况下为：2、标准状态下理论烟气量根据（表一）以1kg煤完全燃烧计算标准状况下理论烟气量：=+(56.67+0.313+0.357+20+3.33+8.33)22.41000+(3.78*65.419)22.41000=7.396 式中：标准状态下理论空气量，；一每千克煤燃烧烟气中水分的体积；每千克煤燃烧烟气中氮气体积。标准状况下理论烟气量：=7.396 3、标准状态下实际烟气量结果： 式中：空气过量系数，1.4 ；标准状态下理论烟气量，；标准状态下理论空气量，标准状态下烟气流量Q应以计，因此，结果为： = = 16218.1()实际烟气量小于锅炉排烟量（18750)，故选用一台锅炉即可。4、标准状态下烟气含尘浓度 式中: 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数，18%；煤中不可燃成分的含量；15%标准状态下实际烟气量，。结果为: 5、标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算式中：煤中含可燃硫的质量分数；1%标准状态下燃煤产生的实际烟气量, 。结果为： =1952.6 二氧化硫去除效率：式中：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，结果为： 三、除尘器的选择1、除尘器应该达到的除尘效率式中：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，。结果为： 2、除尘器的选择 除尘器的选型要考虑多种因素和条件，在决定设备的容量时，处理气体量的多少是决定除尘器大小的决定性因素，选择时需要保证有一定的余量或预留一些可能增加设备的空间。其次考虑烟气的物理性质，例如燃煤烟气中硫含量较高，须考虑装置的防腐蚀性。由于旋风除尘器结构简单不受含尘气体的温度和浓度的限制对粉尘的物理性质无特殊要求。根据工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定选用旋风除尘器。工况下烟气流量：式中：标准状态下的烟气流量，工况下烟气温度，K标准状态下温度，273 K结果为：扩散式旋风除尘器筒身呈倒圆锥形，因而减少了含尘气体自筒身中心短路到出口去的可能性，并装有圆锥形的反射屏，防止两次气流将已经分离下来的粉尘重新卷起，被上升气流带出，它具有除尘效率高，结构简单，加工制造容易，投资低和压力损失适中等优点。出于安全考虑，旋风除尘器按烟气流量为25200（m3/h）进行设计。由于处理气量过大，若选用高流量旋风除尘器其除尘效率（50%-80%）达不到要（92.4%），故可选用高效旋风除尘器（除尘效率为95%以上），工作时将三台除尘器并联，即可满足流量与除尘效率的要求。1、确定旋风除尘器的进口气流速度v 通常锅炉的烟气流速为1225m/s，可根据推荐取=18m/s。2、确定旋风除尘器的几何尺寸每台除尘器进口截面积F 式中： A旋风除尘器的进口高度； B旋风除尘器的进口宽度；取A=3.85B，则B为184mm,则A=368mm.3、压力损失P 查阅资料得CLK扩散式旋风除尘器局部阻力系数：9.0 -工况下烟气密度， （kg/m3）则： 由于旋风除尘器操作运行中可以接受的压力损失一般低于2kpa,此时设计的结果符合要求。计算旋风除尘器的理论尺寸：（表 二）b.筒体直径D 取B=0.26D，则D=B/184=708mm；c.筒体高度H1 取H1=2.0D=2.0708=1416mm；d.锥体高度H2 取H2=3.0D=2.0708=2124mm；e.排灰口直径D1 取D1=1.65D=1.65708=1169mmf.出口管直径D2 取D2=0.5D=0.5708=354mm；g.排气管插入深度H3 取H3=1.1D=1.1708=779mm；由上述计算可知所设计的除尘器的处理量为25200m3/h，每台除尘器处理气量为8400 m3/h，进口气流速度为18m/s，P=1269.9Pa，旋风除尘器具体外型结构尺寸如下（mm）（表三 ）CLK除尘器外型结构尺寸（mm）型号规格进口风速m/s处理风量m3/h阻力Pa 除尘效率%外型尺寸（直径*高）mm重量kgCLK-15010-20210-420100953801210CLK-200370-735466191652CLK-250595-1190566203975CLK-300840-16806312447103CLK-3501130-22707162866143CLK-4001500-30008083277225CLK-4501900-38008933695279CLK-5002320-46509834106347CLK-6003370-675011504934612CLK-7004600-920013255176819选用四台（三用一备）CLK-700扩散式除尘器。四、确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置1、各装置及管道布置的原则根据锅炉运行情况及锅炉现场的实际情况确定各装置的位置。一旦确定各装置的位置，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、管径的确定风道主管道直径：式中：工况下管道内烟气流量，；烟气流速 m/s (对于锅炉烟尘=10-15 m/s)取=14 m/s结果为：d=0.798 (m)圆整并选取风道管径DN800mm.（表四）圆形风道规格表外径D/mm钢板制通风管道外径允许偏差/mm壁厚/mm80011.00内径 :=800-21.00=798.00(m/s)由公式：可计算出实际烟气流速:V=13.996(m/s)根据经验值可取通风管径长度12m。五、烟囱的设计1、烟囱高度的确定确定烟囱高度，既要满足大气污染物的扩散稀释要求，又要考虑节省投资。（烟囱尺寸关系图） 本设计采用P值法计算烟囱高度：式中：Q-某污染源的点源允许排放量，t/h; P-某污染源的点源排放控制系数，Q是二氧化硫的排放量，计算得： - 式中：计算P值：式中：-点源调整系数，可取=1； -地理区域性点源排放控制系数，可查（表五） -环境空气质量标准中的平均限制值，；假设该厂建在河南，由表查得取值范围是100-180，本设计取值120=0.15求得： P=18 -（表五）我国各地区总量控制系数A,低源分担率a,点源控制系数p烟气抬升高度： -式中：烟囱直径的确定：烟囱出口内径可按下式计算：-式中：通过烟囱的总烟气量，；按（表六）选取的烟囱出口烟气流速，取20m/s（表六）烟囱出口烟气流速/ (m/s)通风方式运行情况全负荷时最小负荷时机械通风10-204-5自然通风6-102.5-3由已知数据和得H=6.591m, 求得： 结合实际情况烟囱高度可圆整为29m。烟囱底部直径：式中：d烟囱出口直径，m；烟囱高度，m；烟囱锥度（通常取i=0.02-0.03），取i=0.02结果为:d=1.695（m）为例方便施工，烟囱底部直径取为2m.2、烟囱的抽力式中：烟囱高度，29m；外界空气温度， -1C烟囱内烟气平均温度，150C当地大气压，97.86kPa。结果为:Sy=127.4（Pa）六、系统阻力计算1、摩擦压力损失对于圆管：式中：摩擦阻力系数（实际中对金属管道可取0.02）;管道直径,0.8m烟气密度， kg/m3管中气流平均速率,13.996 m/s管道长度,12m结果为:说明：由于设计条件和数据的限制，以上计算是对摩擦压力损失的初步估算。2、局部压力损失由于本设计方案采用了三台除尘设备并联的除尘方法，烟气从锅炉中进入风管道时须采用吸入四通管平均分割气流。用三个完全相同的支管将气流输送至旋风除尘器。同理经处理后的气流，用三个相同的支管通入压出四通管，将气流汇总后通入风机，然后进入烟囱。管道核心部件图如下：（除尘器入口前管道示意图）除尘器出口至烟道（图中数据部代表本设计数据）四通管接头（图中尺寸不代表本设计尺寸）经统计整个管道共有12个90弯管；6个管道突然扩大接口；6个突然缩小接口；一个压出四通管；一个吸入四通管。管道局部阻力损失计算公式：(Pa)式中 异形管件的局部阻力系数（可查到）； v与像对应的断面平均气流速率,m/s； 烟气密度, a.渐扩管局部压力损失的计算； 00.10.20.30.40.50.60.70.80.9110.810.640.490.360.250.160.090.040.010（管道突然扩大时的阻力系数）取两截面积之比 A1/A2=0.6,则=0.16,v=13.996m/s 管路中共有6个渐缩管，故 P3=613.6581.90Pab. 90弯管部分 D=800mm 取R=D 则=0.23管路中共有12个90弯管，故 P5=1219.62=235.44Pac.渐缩管局部压力损失的计算:（管道突然缩小时的阻力系数）00.10.20.30.40.50.60.70.80.91050.470.450.380.340.300.250.200.150.090取两截面积之比A2/A1=0.6, =0.25, v=13.996m/s管道中共有6个渐缩管，则压力损失P3=621.27127.62Pad.四通管局部压力损失的计算：（表 七）四通管局部阻力损失系数已知图中V1/V2=1,由上图可得知压出四通管的局部阻力损失系数=0.4,吸入四通管的局部压力损失系数=0.2，v=13.996m/s压出四通管的局部阻力损失：吸入四通管的局部阻力损失：说明：由于设计数据和条件的限制，以上计算是对局部压力损失的初步估算。3、系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为850Pa，除尘器阻力1269.9Pa）经计算系统总阻力损失：七、烟气脱硫方法说明由于所处理的烟气含尘较多，硫的含量也较多（ =1952.6 ），故采用除尘与脱硫分开的操作系统，以得到更好的处理效果。锅炉烟气经旋风除尘器除尘后，通过风机后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除SO2、SO3，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏（CaSO42H2O），并消耗作为吸收剂的石灰石。循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器（作为一级脱水设备）、浆液分配器和真空皮带脱水机。经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔液位。最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。脱硫过程主反应由以下几个：SO2+ H2O H2SO3(吸收)CaCO3+ H2SO3 CaSO3+ CO2+ H2O (中和)CaSO3+ 1/2 O2 CaSO4(氧化)CaSO3+ 1/2 H2O CaSO31/2H2O (结晶)CaSO4+ 2H2O CaSO42H2O (结晶)CaSO3+ H2SO3 Ca(HSO3)2(pH控制)根据以上对脱硫方法，可选用填料吸收塔处理烟气。出水（脱硫吸收塔）八、 风机和电动机的选择及计算1、标准状态下风机风量计算式中：1.1风量备用系数，标准状态下风机前表态下风量，m3/h风机前烟气温度，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度, 150C当地大气压，97.86kP结果为：Qy=28701.5 （m3/h）2、风机风压计算式中：1.2风机备用系数；系统总阻力，Pa；烟囱抽力，Pa风机前烟气温度，150C风机性能表中给出的试验用气体温度，250C标准状态下烟气密度，1.35kg/m3结果为：Hy=2419.9 (Pa)由于处理后的烟气中二氧化硫的浓度相对较高（符合国家排放标准），温度较高，根据烟气的这些特性，须考虑选择耐腐蚀和耐高温的风机。考虑到有些风道可能漏风，有些阻力损失不太准确，为了实际工作顺利，选择风量和风压时应适当大于计算的数值。通过查阅资料，选用Y5-47型锅炉离心引风机，Y180M-4型号。选用三台（两用一倍）。性能表如下。Y5-47型锅炉离心引风机性能表机号传动方 式转速/r/min流量/m3/h全压/Pa内效率/%内功率/kw所需功率/kwC式18201543025308512.817503、电动机功率计算式中：风机风量，m3/h风机风压，Pa风机在全压头时的效率（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=1，用联轴器连接时=0.950.98，用V型带传动时=0.95电动机备用系数，对引风机，=1.3所选风机为高效风机，V型带传动，则：Ne=16.49(kW)根据电动机的功率、风机的转速、传动方式选定Y180M-4型电动机。九、设 计 说 明序号名称个数规格型号备注1人孔15004002导流板13烟囱砖制4圆管外径直径800，壁厚1.00钢制5V形带46风机3Y180M-4型引风机7电动机3Y180-2型电动机8弯头1290度圆形弯管9填料吸收塔110旋风除尘器4CLK-700除尘器11锅炉1参 考 文 献 1 孙一坚主编.工业通风. 北京：中国建筑工业出版社,19942 钢铁企业采暖通风设计手册。北京：冶金工业出版社，20023 同济人学等编。锅炉及锅炉房设备。北京：中国建筑工业出版社，19864 黄学敏，张承中主