大气污染控制工程

大气污染控制工程大气污染控制工程 课程设计课程设计 学学 院 化学工程院 化学工程 姓姓 名 孙正阳名 孙正阳 班班 级 级 090606 学学 号 号 20092229 指导老师 李贞玉指导老师 李贞玉 第一章 前言 1 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 1 2 设计任务书 1 2 1 设计题目 某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计 1 2 2 课程设计的目的 性质 废气污染控制工程课程设计是废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废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 任务与目的 通过本课程学习 掌握 废气处理设施设计与运行 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 废气处理设施设计与运行 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 脱氮等废 气污染控制工程设计 使学生在废气污染控制工程方面得到工程训练 a 通过课程设计实践 树立正确的设计思想 培养综合运用废气污染控制 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废气污染控制设 计问题的能力 b 学习废气污染控制设计的一般方法 步骤 掌握废气污染控制设计的一 般规律 c 进行废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 d 培养学生理论联系实际 科学 严谨 求实的工作作风 踏实苦干 勇 于创新的敬业精神 通过课程设计进一步消化和巩固专业课程所学内容 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 1 2 3 设计原始资料 锅炉型号 SZL4 13 型 共四台 2 8MW 4 设计耗煤量 880kg h 台 排烟温度 190 160 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分的比例 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 CY 68 HY 4 SY 1 OY 5 NY 1 WY 6 AY 15 VY 13 按锅炉大气污染物排放标准 GB13271 2001 中二类区标准标准执行 烟尘浓度排放标准 标准状态下 200mg m3 二氧化碳排放标准 标准状态下 900mg m3 净化系统布置场地如图所示的锅炉房北侧 15m 以内 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 图 1 锅炉房平面布置图 2 39 6 50 图 2 剖面图 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 型号及电动机的种类 型号和功率 6 编写设计说明书 设计说明收按设计程序编写 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 7 图纸要求 上述备 管件编号 并附明细表 8 除尘系统平面 剖面布置图各一张 除尘系统图一张 1 号 2 号或 3 号 如图 1 和图 2 图中设备管件应标注编号 编号应与系统对应 布置图 应按比例绘制 锅炉房及锅炉的绘制可以简化 但应能表明建筑外形和主要结 构型式 在平面布置图中应有方位标志 指北针 表 1 1 锅炉烟尘最高允许排放浓度和烟气黑度限值 烟尘排放浓 度 mg m3 锅炉类别适用区域 时 段 时 段 烟气黑度 林格曼 黑度 级 一类区 10080 自然通风锅炉 505 95 98800 1200中中 冲击式除尘器 595 1000 1600中中上 文丘里除尘器0 5 190 984000 10000少大 电除尘器0 5 190 9850 130大中上 袋式除尘器0 5 195 991000 1500中上大 表 2 2 湿式除尘装置的性能和操作范围 根据上表以及计算数据我选择卧式旋风水膜除尘器 卧式旋风水膜除尘器主要适合锅炉及各种炉窑的脱硫除尘的平置式除尘设备 它的特点是除尘效率高 阻力损失小 耗水量小和运行维护方便等 卧式旋风水膜除尘器横置筒形的外壳和内芯 横断面为倒卵形或倒梨形 在外壳与内芯之间有螺旋导流片 筒体的下部接灰浆斗 含尘气体有一段沿切 线方向进入除尘器 借离心力的作用使位移到外壳的颗粒为水膜所除去 另外 气流每次冲击水面时 也有清洗除尘作用 而较细的灰尘为气流多次冲击水面 产生的水雾水花所吸捕 凝聚 加速向除尘器外壳移动 最终为水膜所除去 因而具有较高的除尘效率 1 除尘器的水位控制 卧式旋风水膜除尘器要有较高的除尘效率 要求除尘器有合理的横断面 各螺 旋圈具有可形成完整且强度均匀的水膜的合适水位 实验结果如下 除尘器内水位 状况 各灰浆斗内无水各灰浆斗内有水并产 生水花但无水膜 个圈形成完整水 膜 除尘效率 9590 1 91 697 2 97 8 2 脱水装置 本除尘器选用檐板脱水装置 将两块类似房檐的挡板装在脱水段内 使携水气 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 m 喷淋塔0 1 22 3100 500 3 0 填料塔0 5 12 31000 2500 1 0 旋风洗涤器154 50 5 1 51200 1500 1 0 转筒洗涤器35075 00 7 2500 1500 0 2 冲击式洗涤器10 2010 500 150 0 2 文丘里洗涤器60 900 3 1 53000 8000 0 1 流在脱水段内先后与下部和上部的檐式挡板相撞 被迫拐弯 利用惯性力使气 水分离 此方法结构简单 不易黏泥 维护方便 有很好的脱水效果 确定除尘器 风机和烟囱的位置及管道的分布 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 管径确定 4 m v Q d 式中 工况下管内烟气流量 Q sm 3 烟气流速 可查有关手册确定 对于锅炉烟尘 vsm smv 1510 已知 取 代入公式得 91 3 14097 33 smhmQ 14smv 圆整得 可算得实际烟气流速 59 0 md 60 0 md 9 13smv 表 2 6 圆整并选取风道 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 烟囱的设计 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ht 气污染物排放标准中的规定 表 2 4 确定烟囱的高度 表 2 7 锅炉烟囱高度表 锅炉房总容量 4 4 16 t h 故选定的烟囱高度为 40m 烟囱直径的计算 a 烟囱出口内径可按下式计算 0188 0m v Q d 式中 通过烟囱的总烟气量 Qhm 3 按表 2 5 选取的烟囱出口烟气量 已知 vsm 取 代入公式得 355524880 1 10 3 hmQ 14smv 烟囱出口内径 23 2 md b 烟囱底部直径 钢制板风管外径 D mm 外径允许偏差 mm壁厚 mm 500 1 0 75 锅炉总额定出力 ht 1 22 66 1010 2026 35 35 烟囱最低高度 m 202530354045 2 21 mHidd 式中 烟囱出口直径 2 dm H 烟囱高度 m 烟囱锥度 通常取 0 02 0 03 ii 已知 取 代入公式得 23 2 2 md 40 mH 02 0 i 圆整的 83 3 1 md 8 3 1 md 表 2 8 烟囱出口烟气流速 sm c 烟囱的抽力 273 1 273 1 0342 0 paB tt HS pk y 式中 烟囱高度 m H 外界空气温度 k tC 烟囱内烟气平均温度 p tC 当地大气压 Pa B 已知 Pa 则Pa 40 mH Ctk 1Ctp 16097860 B183 y S 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 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 烟气在管道内的温度降 v CQ Fq t 1 C 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热容 一般为 1 352 1 357 v CCmKj 2 管道单位面积散热损失 q 室内 4187 2 hmkJq 室外 5443 2 hmkJq 已知 取 而 6156 3 hmQ CmKjCv 340 1 2 LDLSF 室内两段 L1 0 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 D5 0 5m 烟道入口到烟囱底部的烟道距离 L6 12 79m F 0 64m2 则 Ct 65 0 1 Ct 12 1 2 Ct 41 3 3 Ct 35 4 4 Ct 28 2 5 Ct 4 5 6 风机进口前温度降Cttttt 53 9 4321 风机前温度CtTt 47 15053 9 160 1 到达烟囱入口温度将Cttttttt 21 17 654321 因此到达烟囱入口烟气温度CtTt 79 14221 17160 2 烟气在烟囱中的温度降 D AH t 2 C 式中 烟囱高度 m H 合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和 Dht 温降系数 可由表 3 查得 A 表 2 9 烟囱温降系数 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 A 0 4 由上公式可得 而烟囱得进气温度为 142 79 那么Ct 4 2 烟囱的出口温度为 142 79 4 138 79 系统阻力的计算 摩擦压力损失 对于圆筒 Pa 2 2 v d L pL 式中 L 管道长度 m d 管道直径 m 烟气密度 3 mkg 管中气流平均速率 vsm 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 d k 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 mL97 9 2 28 16 14 019 16 018 2 md6 0 02 0 76 13smv 84 0 160273 273 34 1 3 mkg 则代入上面公式有Pa97 26 L p 烟囱种类钢烟囱 无衬筒 钢烟囱 有衬筒 砖烟囱 50mH 壁厚小于 0 5m 砖烟囱 壁厚大于 0 5m A20 80 40 2 局部压力损失 Pa 2 2 p 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 sm 烟气密度 3 mkg 已知 90 弯头 1 1 30 Z 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 76m s 1 34kg m3 代入上面公式有 p 369 14Pa 有 26 97Pa 369 14Pa 800Pa 1100Pa 2272 11Pa h 风机和电动机选择及计算 风机风量的计算 325 101 273 273 1 1 3 hm B t QQ p y 式中 1 1 风量备用系数 标准状态下风机前表态下风量 Qhm 3 风机当前烟气温度 若管道不太长 可以近似取锅炉排烟 p TC 当地大气压 kPa B 已知 hmQ 8888 3 Ctp 160kPaB86 97 代入上述