某燃煤锅炉房烟气除尘系统设计.doc

武夷学院课程设计报告书项目类别 大气污染控制工程 题 目 某燃煤锅炉房烟气除尘系统设计姓 名 韩仁河 学号 20094021049 系 、 部 环境与建筑工程系 专业班级 09环境工程 指导教师 郭绍英 2011年11月课 程 设 计 任 务 书一设计目的通过本课程设计，掌握大气污染控制工程课程要求的基本设计方法；具备初步的大气污染控制工程方案及设备的独立设计能力；了解大气污染控制工程的设计过程，能够进行方案确定、设计计算、工程绘图、查找与使用技术资料、编写设计说明书，培养独立分析、综合运用的实践能力。二 设计资料锅炉型号：SZL4-1.25型，共4台设计耗煤量：700kg/h（台）排烟温度：180烟气密度（标准状况下）：1.5/空气含水（标准状况下）：0.015 kg/m3空气过剩系数：=1.4排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：15%当地大气压；98Kpa烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值：CY=62%； HY=3%； SY=1%； OY=6.5%； NY=1.5%； WY=10%； AY=16%； VY=12.34%，烟尘颗粒粒径分布见表1。表1 烟尘颗粒粒径分布粉尘粒径m055101020203030404050506060平均粒径m2.57.5152535455560频率分布1020202010875烟气排放要求按照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）：200mg/m3 二氧化硫排放标准（标准状况下）：900mg/ m3净化系统布置场地为锅炉房北侧20m以内。课 程 设 计 任 务 书三设计内容和要求1、概论2、设计方案的确定3、工艺计算（1）排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算（2）除尘效率及压损计算（3）管网阻力计算（4）烟囱设计4、主要附属设备选型及设计（1）风机、电机选型设计（2）排灰阀选型5、设计体会6、设计图纸（CAD）完成系统平、剖面布置图23张。7、设计说明书及图纸要求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、正文、小结及参考文献等部分，文字应简明、通顺、内容正确完整，书写工整、装订成册。图纸要求：图应按比例绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。在平面布置图中应有方位标志(指北针)。四主要参考文献1 李广超，傅梅绮主编. 大气污染控制工程，化学工业出版社，20042 罗辉主编. 环保设备设计与应用，高等教育出版，20023 金国淼主编. 除尘设备(化工设备设计全书)，化学工业出版社，20034 黄学敏，张承中主编. 大气污染控制工程实践教程，化学工业出版社，2003供暖通风设计手册5 GB 50041-2008 锅炉房设计规范目 录1概 述12 设计方案的确定12.1设计目的12.2设计任务12.3设计条件22.4设计内容22.5设计说明书及图纸要求33 工艺计算33.1烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算33.1.1标准状态下理论空气量33.1.2标准状态下理论烟气量33.1.3标准状态下实际烟气量43.1.4标准状态下烟气含尘浓度53.1.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算53.2除尘效率53.2.1除尘器应该达到的除尘效率53.2.2除尘器的选择63.3确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置83.3.1 各装置及管道布置的原则93.3.2 管径的确定93.4烟囱的设计93.4.1烟囱高度的确定93.4.2烟囱直径的计算103.5系统中烟气温度的变化113.5.1烟气在管道内的温度降113.5.2烟气在烟囱中的温度降123.6系统阻力的计算133.6.1摩擦压力损失133.6.2局部压力损失133.7风机和电动机选择及计算143.7.1风机风量的计算143.7.2风机风压的计算144 设备一览16参考文献16心得体会17附图17致谢173 1概 述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。2 设计方案的确定2.1设计目的通过本课程设计，掌握大气污染控制工程课程要求的基本设计方法；具备初步的大气污染控制工程方案及设备的独立设计能力；了解大气污染控制工程的设计过程，能够进行方案确定、设计计算、工程绘图、查找与使用技术资料、编写设计说明书，培养独立分析、综合运用的实践能力。2.2设计任务 运用所学知识设计某燃煤锅炉房烟气除尘系统。2.3设计条件锅炉型号：SZL4-1.25型，共3台设计耗煤量：700kg/h（台）排烟温度：180烟气密度（标准状况下）：1.5/空气含水（标准状况下）：0.015 kg/m3空气过剩系数：=1.4排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：15%当地大气压；98Kpa烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值：CY=62%； HY=3%； SY=1%； OY=6.5%； NY=1.5%； WY=10%； AY=16%； VY=12.34%，烟尘颗粒粒径分布见表1。表1 烟尘颗粒粒径分布粉尘粒径m055101020203030404050506060平均粒径m2.57.5152535455560频率分布1020202010875烟气排放要求按照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）：200mg/m3 二氧化硫排放标准（标准状况下）：900mg/ m3净化系统布置场地为锅炉房北侧20m以内。2.4设计内容(1)、概述(2)、设计方案的确定(3）、工艺计算 a排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 b除尘效率及压损计算 c管网阻力计算 d烟囱设计(4)、主要附属设备选型及设计 a风机、电机选型设计 b排灰阀选型(5)、设计体会(6)、设计图纸（CAD）完成系统平、剖面布置图23张。2.5设计说明书及图纸要求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、正文、小结及参考文献等部分，文字应简明、通顺、内容正确完整，书写工整、装订成册。图纸要求：图应按比例绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。在平面布置图中应有方位标志(指北针)。3 工艺计算3.1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 式中分别为煤中各元素所含的质量分数。已知：，；代入公式得： 3.1.2标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.39） 式中 标准状态下理论空气量，； 煤中水分所占质量分数，%； N元素在煤中所占质量分数，%。已知：， ；代入公式得 ： 3.1.3标准状态下实际烟气量 式中空气过量系数； 标准状态下理论烟气量，； 标准状态下理论空气量，。已知：，；代入公式得： 又因为：标准状态下烟气量以计，因此， 所以：已知，设计耗煤量得 则标准状态下总烟气流量 3.1.4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； 煤中不可燃成分的含量； 标准状态下实际烟气量，。已知：， ；代入公式得： 3.1.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 式中煤中可燃硫的质量分数； 标准状态下燃煤产生的实际烟气量， 。已知：，；代入公式得： 3.2除尘效率3.2.1除尘器应该达到的除尘效率式中：标准状态下烟气的含尘浓度，； 标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，。已知：,，代入公式得： 3.2.2除尘器的选择 工况下烟气流量 式中标况下烟气量； 工况下烟气温度； 标况下烟气温度，273K。已知：，；代入公式得： 根据烟的粒径分布和种类、工况下的烟气量、烟气温度计要达到的除尘效率确定除尘器的种类、型号及规格。确定除尘器的运行参数，如气流速度、压力损失、捕集粉尘量等。表3-1常用除尘器的性能比较除尘器名称适用的粒径范围/效率/%阻力/Pa设备费运行费重力沉降室50595988001200中中冲击式除尘器59510001600中中上文丘里除尘器0.519098400010000少大电除尘器0.51909850130大中上袋式除尘器0.51959910001500中上大表3-2湿式除尘装置的性能和操作范围装置名称气体流速/m.s-1液气比/L.m-3压力损失/Pa分割直径/喷淋塔0.12231005003.0填料塔0.5123100025001.0旋风洗涤器15450.51.5120015001.0转筒洗涤器3507500.7250015000.2冲击式洗涤器1020105001500.2文丘里洗涤器60900.31.5300080000.1根据上表以及计算的数据我选择文丘里湿式除尘器。SCX系列高效脱硫除尘器主要适用从1-90t工业锅炉及各种炉窑的脱硫除尘。采用双碱法处理工艺，选用新颖的防堵型喷淋装置和合理的喷淋距离、接触时间。在脱硫效率、除尘效率、循环水利用率、系统阻力、水气比、烟气含湿量等各项指标均达到国家标准。喷淋室工作过程 含一定温度（约200）SO2气体和烟尘颗粒进入脱硫除尘器喷淋室后，防堵型喷嘴产生雾状喷雾与烟气同向运动充分接触吸收，接触时间1-2s，喷淋距离为1.2-1.5m。根据烟气进口速度，设计进口截面达到最佳速度。由于烟气温度较高，混合气体呈蒸汽状，使水气膨胀接触吸收，d10d的烟尘颗粒因重力加速度作用大部分进入底部循环水中，随溢流口进入中间沉淀池，在除尘的同时也吸收SO2和，此室脱硫除尘效率达到70%-80%左右。漩流室工作过程 从喷淋室到漩流室，首先有一个降速过程，当SO2气体和烟尘从喷淋室到漩流室产生漩涡，SO2气体进一步进行液相与气相吸收反应。漩流室的压强低于外界压强，有利于湿润烟气，减少了水蒸气的产生。此室脱硫除尘效率达到20%左右。脱水室工作过程 烟气从漩流室进入脱水室时，经过脱水装置，使烟气流速恢复到一定速度，使烟气中的水气与顶部的栅板撞击成水珠，而减少烟气中的脱除在烟气流向出口处时，其雷诺数，烟气呈湍流状态。烟气的水分，在高速旋转过程中，由于离心力作用而脱离烟气。SO2气体在脱水室中进一步被吸收。 表3-3 SCX系列除尘器性能参数型号处理烟气量/m3.h-1适用锅炉/t.h-1进水压力/MPa外形尺寸（长.宽.高)/mm质量/tSCX-3300010.22600160013507.5SCX-6600020.228001800160011SCX-121200040.236002200195015.5SCX-20200006.50.240002400235021SCX-3030000100.2547002600285027SCX-606000200.364003600375048SCX-909000300.369004000450063SCX-115115000350.470004400495071SCX-195195000650.4860046005800126SCX-225225000750.4900050006200135SCX-270270000900.41040056007400150注a.当烟气量270000时，采用并流式处理，即可达到540000。 b.喷淋接触时间t=1-2s,喷淋最佳距离s=1.21.5m。 表3-4SCX-12型高效脱硫除尘器产品性能规格型号配套锅炉容量/ t/h处理烟气量/ m3/h除尘效率/ %排烟黑度设备阻力/Pa脱硫效率/%质量kgSCX-12412000981级林格曼黑度8001400851550表3-5 SCX-12型高效脱硫除尘器外形结构尺寸长/mm宽/mm高/mm360022001950 根据烟的粒径分布和种类、工况下的烟气量、烟气温度计要达到的除尘效率确定除尘器的种类、型号及规格。确定除尘器的运行参数，如气流速度、压力损失、捕集粉尘量等。3.3确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置计算管段的管径、长度、烟囱高度、直径、抽力以及系统总压力损失。3.3.1 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。3.3.2 管径的确定 式中工况下管内烟气流量，； 烟气流速，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘 ）。已知：，取；代入公式得： 圆整得，可算得实际烟气 流速表3-6圆整并选取风道外径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm50010.75管径计算以后，要进行圆整（查手册），再用圆整后的管径计算出流速。实际烟气流速要符合要求。3.4烟囱的设计3.4.1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（），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（表3-7）确定烟囱的高度。锅炉房总容量:43=12(t/h) 故选定的烟囱高度为40m表3-7锅炉烟囱高度表锅炉总额定出力/()1122661010202635烟囱最低高度/m2025303540453.4.2烟囱直径的计算a. 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8选取的烟囱出口烟气流速，。表3-8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102045自然通风6102.53，取，代入公式得；烟囱出口内径 圆取整=0.8mb. 烟囱底部直径 式中烟囱出口直径，； H烟囱高度，； 烟囱锥度，通常取=0.020.03。已知：，取，代入公式得； ， c.烟囱的抽力 式中烟囱高度，m； 外界空气温度，； 烟囱内烟气平均温度，； 当地大气压，Pa。已知, , ,Pa；则Pa3.5系统中烟气温度的变化 当沿气管道较长时，必须考虑烟气温度的降低。除尘器、风机、烟囱的烟气流量应按各点的温度计算。3.5.1烟气在管道内的温度降 （）式中标准状态下烟气流量，； 管道散热面积，； 标准状态下烟气平均热容（一般为1.3521.357）； 管道单位面积散热损失。室内室外已知：，取，而室内两段：L10.68m,D1=0.6m;L2=1.4m,D2=0.5m；室外：墙到除尘器进口管道距离：L3=3.29m，直径计D3=0.5m；除尘器到风机的管道距离：L4=4.2m，直径计D4=0.5m；风机到烟道入口的管道距离：L5=2.2m，直径计D50.5m；烟道入口到烟囱底部的烟道距离：L6=12.79m，F=0.64m2；则，。风机进口前温度降风机前温度到达烟囱入口温度将因此到达烟囱入口烟气温度3.5.2烟气在烟囱中的温度降 （）式中烟囱高度，m； 合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，； 温降系数，可由表9查得。表3-9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，50m(壁厚小于0.5m)砖烟囱（壁厚大于0.5m)A20.80.40.2根据锅炉型号可知D=16t/h；选择砖烟囱壁厚小于0.5m，取0.3m；因H=40,A0.4，由上公式可得，而烟囱得进气温度为：142.79，那么烟囱的出口温度为142.79-4=138.793.6系统阻力的计算3.6.1摩擦压力损失 对于圆筒 （Pa）式中L管道长度，； d管道直径，； 烟气密度，； 管中气流平均速率，； 摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度的函数，可以查手册得到（实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌和混凝土管道值可取0.04）已知：管道长，,则代入上面公式有Pa3.6.2局部压力损失 （Pa)式中异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过实验获得； 与相对应的断面平均气流速率，； 烟气密度，。已知：90弯头1.1；30Z形管0.16；天圆地方分别为：0.19与0.13；T形三通：合流管0.78；分流管0.55；v=13.8m/s, =1.34kg/m3代入上面公式有p=369.14Pa有50.88Pa369.14Pa1400Pa1820.02Pa3.7风机和电动机选择及计算 3.7.1风机风量的计算 式中1.1风量备用系数； 标准状态下风机前表态下风量，； 风机当前烟气温度，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟； 当地大气压，kPa。已知；代入上述公式得3.7.2风机风压的计算 （Pa)式中 1.2风压备用系数； 系数总阻力，Pa； 烟囱抽力，Pa； 风机前烟气温度； 风机性能表中给出的试验用气体温度，； 标准状况下烟气密度，1.34/已知：Pa，Pa，,查得代入上式Pa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选择所需风机的型号。由上面计算出风机风量Q y和风机风压H y，所选风机的型号如下表：名称型号风压范围mmH2O风量范围m3/h功率范围Kw锅炉离心通风机JCL-4040187890181001.58.5 电动机功率的计算 （kW）式中风机风量，； 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=0.98，用V形带传动时=0.95 电动机备用系数，对引风机，=1.3已知：， Pa，代入上式得Kw根据计算得的电动机的功率，传动方式选择电动机型号为：Y-J132M-4-H型电动机4 设备一览文丘里型号外型尺度/mm入口尺度/mm出口尺度/mm设备质量/kg入口气体温度/除尘效率/%额定风量/m3/hSCX-12360022001950580860850110009812000风机型号转速/（r/min）流量/（m3/h）全压/Pa有效功率/kW全压效率介质温度/0CJCL-4017506000-72001745-16857.588.8%200电动机型号Y-J132M-4-H转速/（r/min）1750功率/kW8.5传送皮带B22613参考文献1 李广超，傅梅绮主编. 大气污染控制工程，化学工业出版社，20042 罗辉主编. 环保设备设计与应用，高等教育出版，20023 金国淼主编. 除尘设备(化工设备设计全书)，化学工业出版社，20034 黄学敏，张承中主编. 大气污染控制工程实践教程，化学工业出版社，2003供暖通风设计手册5 GB 50041-2008 锅炉房设计规范 心得体会 我一直都对这样的课程设计比较感兴趣,主要是能够对我所感兴趣的事物进行研究,这对于正处在比较压抑的期末考试的气氛中无疑是一种非常奇妙的感觉,就如同泥中莲花,有不染凡俗之感。 我的课程设计是某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计。就是针对某燃煤采暖锅炉房排出大量烟尘及有害气体对周围环境和居民健康造成危害的情况来设计烟气除尘系统。通过前几个学期的理论学习，现在真正动手设计起来还是莫不找头脑，便与小组成员探讨研究，尽管内容可能有些相同，但是我还是想坚持自己道路，我有自己的选择。 通过这个课程设计巩固大气污染