大气污染控制工程设计1

大气污染控制工程设计大气污染控制工程设计 题目 题目 某铸造厂燃煤锅炉烟气除尘工艺设计 姓名 姓名 徐浩赵兰 班级 班级 环境工程 111 班 学号 学号 11415018 指导老师 指导老师 王帆 2014 年年 9 月月 1 日日 1 目录目录 前言 2 一 工程概况 2 1 1 设计题目 2 1 2 设计内容 2 1 3 设计原则 2 1 4 设计依据 2 二 设计说明及设计参数 3 2 1 大气质量标准 3 2 2 烟尘排放浓度 3 2 3 锅炉烟囱高度应根据锅炉房总设计确定 3 2 4 燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值 4 2 5 设计参数 4 2 6 煤质 4 三 工艺选择 4 3 1 除尘技术简介 4 3 1 1 机械除尘器 5 3 1 2 袋式除尘器 5 3 1 3 电除尘器 6 3 1 4 湿式除尘器 6 3 2 可供选择的除尘技术 6 3 2 1 袋式除尘器 6 3 2 2 电除尘器 7 3 3 方案的技术比较 8 3 3 1 原理 10 3 3 2 存在的问题 10 3 3 3 方案比选 11 3 4 方案确定 11 四 处理流程 11 4 1 除尘系统 11 4 2 除尘器系统 11 4 3 输灰系统 11 4 4 脱硫系统 11 4 5 控制系统 11 五 主要设施与设备设计选型 12 5 1 主要设施设计计算 12 5 1 1 烟气流量与净化效率计算 12 5 1 2 除尘器设计计算 12 5 2 主要设备型号及技术参数确定 14 参考文献 17 附图 除尘器平面图 2 前言前言 随着工业的发展 能源的消耗量逐步上升 大气污染物的排放量也在相应 的增加 中国环境污染规模居世界首位 大城市的环境污染状况在目前是世界 上最严重的 全球大气污染最严重的 20 个城市中有 10 个在中国 我国是燃煤大国 煤炭约占一次能源消费总量的 76 年约消耗煤炭 10 亿 多吨 并且煤炭中的 80 用于直接燃烧 由此带来的 SO2严重污染的国家之一 某些城市的空气污染程度已达到世界上发达国家上世纪 50 60 年代污染最严重 的程度 由此不难断定 我国的大气污染特点是以煤烟型污染为主 主要污染 物为粉尘 二氧化硫等 而这些污染物的来源主要是锅炉烟气 严重威胁国民 健康和限制经济发展 本课程设计对象 燃煤铸造厂 在其生产过程中产生大量主要污染物为颗 粒污染物的烟气 需要采取一定的除尘设备加以处理 一 工程概况一 工程概况 1 1 设计题目设计题目 某铸造厂燃煤锅炉烟气除尘工艺设计 1 2 设计内容设计内容 该净化设施的烟气输送系统 除尘器系统 输灰系统 除尘工艺 总图布 置 风机的选择 配套装置 供电系统 管道设计以及总图设计 包括平面与 立体布置图 除尘器的总图 等 1 3 设计原则设计原则 本设计遵循如下原则进行工艺路线的选择及工艺参数的确定 1 基础数据可靠 总体布局合理 2 避免二次污染 降低能耗 近期远期结合 满足安全要求 3 采用成熟 合理 先进的处理工艺 处理能力符合处理要求 4 投资少 能耗和运行成本低 操作管理简单 具有适当的安全系数 各工 艺参数的选择略有富余 并确保处理后的尾气可以达标排放 5 在设计中采用耐腐蚀设备及材料 以延长设施的使用寿命 6 废气处理系统的设计考虑事故的排放 设备备用等保护措施 7 工程设计及设备安装的验收及资料应满足国家相关专业验收技术规范和标 准 1 4 设计依据设计依据 1 锅炉大气污染物排放标准 GWPB3 1999 2 全国通用通风管道计算手册 3 除尘工程设计手册 3 二 设计说明及设计参数二 设计说明及设计参数 2 1 大气质量标准大气质量标准 当地大气质量执行 大气环境质量标准 GB13271 2001 中的二级标准 2 2 烟尘排放浓度烟尘排放浓度 执行 大气环境质量标准 GB13271 2001 中的二级标准 本标准按锅 炉建成使用年限分为两个阶段 执行不同的大气污染物排放标准 时段 2000 年 12 月 31 日前建成使用的锅炉 时段 2001 年 1 月 1 日起建成使用的锅炉 含在 时段立项未建成或未 运行使用的锅炉 建成使用锅炉中需要扩建 改建的锅炉 见表 1 表 1 锅炉烟尘最高允许排放浓度和烟气黑度限值 2 3 锅炉烟囱高度应根据锅炉房总设计确定锅炉烟囱高度应根据锅炉房总设计确定 新建锅炉烟囱周围半径 200m 的距离内有建筑物时 烟囱高度应高出最高 建筑物 3m 以上 达不到此要求时 锅炉烟尘排放浓度限值及黑度按 GB13271 2001 中的二类区域的浓度标准执行 烟囱的高度由锅炉蒸发量 确定见表二 表 2 锅炉房烟囱最低允许高度 MW 0 70 7 1 41 4 2 82 8 77 1414 28锅炉房装 机总容量t h 11 22 44 1010 2020 40 烟囱最低 允许高度 M202530354045 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 一类区10080自然通风炉 0 7MW 1t h 二 三类区150120 1 一类区10080 二类区250200 燃煤锅炉 其它锅炉 三类区350250 1 一类区8080 轻柴油 二 三类区100100 1 一类区10080 燃油锅炉 其它燃料油 二 三类区200150 1 燃气锅炉全部区域50501 4 2 4 燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值 根据锅炉销售出厂时间按表 3 的时间段规定执行 表 3 燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值 烟尘初始排放浓度 mg m3 锅炉类别 燃煤收到 基灰分 时段 时段 烟气黑度 林格曼黑 度 级 自然通风锅炉 25 20001800 1 Aar 25 20001800 层燃锅炉 其它锅炉 2 84MW 4t h Aar 25 22002000 1 循环流化床锅炉1500015000沸腾 锅炉其它沸腾锅炉2000018000 1 抛煤机锅炉50005000 2 5 设计参数设计参数 设计耗煤量 203 8Kg h 排烟温度 560 空气过剩系数 1 25 烟气密度 标态 1 32Kg m3 室外空气平均温度 24 锅炉出口掐面烟气阻力 1025Pa 要求设计烟尘浓度排放 200mg L 粉尘粒径 5 m 2 6 煤质煤质 本课程采用的是辽宁平庄煤 辽宁平庄煤的煤质报告如下表 1 以 1kg 煤 为基准 各组分CSHO水分灰分 含量 39 3980 9302 68111 16324 00021 280 物质的量32 830 29126 816 97713 33 需氧 mol32 830 2916 7025 3 4885 三 工艺选择三 工艺选择 3 1 除尘技术简介除尘技术简介 从气体中去除或捕集固态或液态微粒的设备称为除尘装置 或除尘器 根 5 据主要的除尘机理 目前常用的除尘器可分为 机械除尘器 电除尘器 袋式 除尘器 湿式除尘器等 3 1 1 机械除尘器机械除尘器 1 重力除尘器 利用粉尘与气体的比重不同的原理 使扬尘靠本身的重力 重力 从气体中 自然沉降下来的净化设备 通常称为沉降室或降生室 它是一种结构简单 体 积大 阻力小 易维护 效率低的比较原始的净化设备 只能用于粗净化 重 力降尘室的工作原理如下图所示 含尘气体从一侧以水平方向的均匀速度 V 进 入沉降室 尘粒以沉降速度 V 沉下降 运行 t 时间后 使尘粒沉降于室底 净 化后的气体 从另一侧出口排出 2 惯性除尘器 惯性除尘器也叫惰性除尘器 它的原理是利用惯性力的作用 将粉尘从气 体中分离出来 粉尘随着气体流动是在做机械运动 它的运动量可以用动量来 表示 等于质量与速度的乘积 除尘就是要改变粉尘的动量 使其等于 0 改变 方法是在除尘器内设置障碍形成冲量 冲量等于作用力与作用时间的乘积 冲 量可以使粉尘动量减小 冲量是一个过程 引起一定的动量变化 可以用较大 的力作用较短的时间 也可以用较小的力作用较长的时间 对惯性除尘器来讲 障碍物来含尘气流相对 气流速度大 冲量的作用力大 作用时间短 在惯性 除尘器内 障碍物设在气流前方 气流抵达障碍物急剧改变方向 粉尘由于惯 性作用继续向前与障碍相撞而被手机下来 惯性除尘器以百叶式的最常用 它 适用于净化含有非粘性 非纤维性粉尘的空气 通常与其它种除尘器联合使用 组成机组 3 旋风除尘器 工作原理 含尘气体从入口导入除尘器的外壳和排气管之间 形成旋转向 下的外旋流 悬浮于外旋流的粉尘在离心力的作用下移向器壁 并随外旋流转 到除尘器下部 由排尘孔排出 净化后的气体形成上升的内旋流并经过排气管 排出 3 1 2 袋式除尘器袋式除尘器 袋式除尘器主要依靠编织的或毡织的虑布作为过滤材料来达到分离含尘气 体中粉尘的目的 滤布只要有透气性 两面之间有压力差 气体就可以从滤布 的间隙中穿过流向对面 含尘气体流向滤布粉尘被滤布阻挡 动量接近于 0 沉积在布袋表面 经振打落入灰斗 穿过滤布的气体已被净化 根据净化要求 根据粉尘的性质选用滤布 袋式除尘器适应性比较强 不受粉尘比电阻的影响 也不存在水的污染问题 在选取适当的助滤剂条件下 能同时脱除气体中的固 6 气两相污染物 但其存在过滤速度低 压降大 占地面积大 换袋麻烦等缺点 3 1 3 电除尘器电除尘器 电除尘器中的含尘气体在通过高压电场电离时 尘粒荷电并在电场力作用 下 尘粒沉积于电极上 从而使尘粒与含尘气体相分离的一种除尘设备 它能 有效地回收气体中的粉尘 以净化气体 各种电除尘器由于具有效率高 阻力 低 能适用于高温和除去细微粉尘等优点 获得了比其他除尘器更快的发展 但投资大 关于减少电除尘器的耗电量 运用空调技术使高电阻含尘气体也能 获得很好效果 使除尘器操作处于最佳条件和提高除尘效率等问题正在开展研 究 3 1 4 湿式除尘器湿式除尘器 湿式除尘器的工作原理是 使含尘气体与液体 一般为水 密切接触 利 用水滴和颗粒的惯性碰撞及其其他作用捕集颗粒 或使粒径增大的装置 湿式 除尘器可以有效地将直径为 0 1 20um 的液态或固态粒子从气流中除去 同时 也能脱除气态污染物 它具有结构简单 造价低 占地面积小 操作和维修方 便 以及净化效率高的优点 能够处理高温 高湿的气流 将着火 爆炸的可 能性减至最低 但是要特别注意设备和管道的腐蚀 以及污水何污泥的处理问 题 3 2 可供选择的除尘技术可供选择的除尘技术 3 2 1 袋式除尘器袋式除尘器 袋式除尘器有多方面的结构特征 1 布袋的断面形状 有圆形断面 有扁平型断面 圆形断面固定方便 使用居多 扁平型断面占据空间小 固定不方便 使用小 圆形断面直径一般 取 120 330mm 长度根据需要而定 2 消灰方式 对袋式除尘的效果影响较大 清灰方式有机械振动 脉冲 喷吹 逆向气流反吹或反吸 1 用机械振动 粉尘对布袋的黏附性小 可以手动人工敲击 一般是采用 电动自动进行 对其布袋可以使之垂直方向振动 也可以水平方向振动 引振 的部位可以再上部 可以在下部 也可以在中间 到底选择哪个部位 这取决 于除尘器结构 机械振动结构非常简单 只装上附着式振动器即可 是最经济 的一种清灰方式 2 脉冲喷吹 使用范围有限 只能应用在外滤式除尘器 除尘器工作时 布袋被抽吸向内收缩 定时用高压压缩空气向布袋内喷射 使布袋瞬时涨开 通过涨缩动作使粉尘脱落 使用脉冲喷射 要配一套高价位的脉冲喷嘴 还有 7 配备一台空气压缩机 无疑加大了经济负担 每次喷吹要引入一定数量的空气 量虽不多也会增加一些处理风量 增加了风机的负担 3 逆向气流反吹或反吸 这种方式是定时时气流向相反方向流动 吹掉原 先的集灰 这种清灰方式操作麻烦 3 气体流向 按含尘气体穿过滤袋的方向可分为内滤式和外滤式两种 内滤式是含尘气体由滤袋内侧流向外侧 粉尘在滤袋内表面被捕集 滤袋外是 净化后的气体 外滤式则相反 将含尘气体由滤袋外侧流向内侧 粉尘在滤袋 外表面被捕集 滤袋内是净化后的气体 4 滤室的压力状态 按滤室的压力状态可分为负压式和正压式两种 1 负压式 除尘器安装在通风机之前 工作时除尘器内处于负压状态 净 化后气体经风机排出 对风机磨损较小 工程商所使用的除尘系统绝大多数是 采用负压式 2 正压式 除尘器安装在通风机之后 工作时除尘器内处于正压状态 含 尘气体经过风机 粉尘对风机磨损较严重 一般除尘系统不采用正压操作 只 有在那些含尘浓度低于 3g m3 硬度低 磨损性小的含尘气体才被准许使用 5 进出风的位置 进出风的位置取决于履带的安装方式 安装滤袋处的 上面一段区间称为 上部 安装滤袋处的下面一段区间称为 下部 安装滤 袋处称为 中部 1 滤袋固定在上面花板上 外滤式 可以在下部进风 也可以在中部进风 只能在上部出风 2 滤袋固定在下部花板上 内滤式 只可以在下部进风 可以在上部出风 也可以在中部出风 3 滤袋安装在上下两个花板上 内滤式 可以在上部进风 可以在下部进 风 也可以在上下部同时进风 只能在中部出风 袋式除尘器可以中净化 细净化气体中的干燥粉尘 应用广泛 特别是应 用在免费 玻璃 砂轮 耐火材料 铸造等行业 净化效率不低于 99 选择 袋式除尘器应该考虑以下几点 1 要考虑粉尘的性质 对一般工业粉尘 应采用工业涤纶绒布 对纤维性 粉尘 防止与滤袋黏附 应采用光滑的滤袋 如尼龙 丝绸等 2 应考虑到含尘气体的温度 当温度低于 100 时 可选用工业涤纶绒布 温度在 100 200 时 可选用玻璃纤维 3 考虑初始含尘浓度 低于 25g m3可直接使用 大于 25g m3 在前面要 用惯性或沉降或旋风进行第一级除尘 袋式除尘作为第二级 4 应考虑安装位置处的空间 8 袋式除尘器 选用负压操作 圆形滤袋 机械振打比较经济 又能满足除 尘的技术要求 3 2 2 电除尘器电除尘器 高压静电除尘器 除尘效率高可达 95 以上 运行阻力小只有 490Pa 50mmH2O 左右 处理含尘气体数量大可达百万立方米 烟气处理温 度高 最高允许 500 电除尘器一般采用的电压为 60 70kV 超高压电除尘器的电压高达 80kV 以上 目前都是采用硅整流技术 制成各种形式的硅整流设备 硅整流装置工 作性能稳定 使用寿命长 易于达到电除尘 所要求的高电压 操作维修简便 电除尘器正常运行的最佳工作电压应维持在羽击穿儿又未击穿的电压 要维持 这一工作状态需对电压采用自我调节 采用静电除尘 并不是任何一种浓度 任何一种比电阻都可以进行 静电 除尘对浓度 比电阻有一定的要求 1 为了防止电晕闭塞 对粉尘浓度有一定的限制 限制在 60g m3 以下 如果超出 应先在其他除尘器内进行初净化 然后再进入静电除尘器 2 粉尘比电阻过小 即粉尘层的导电性很好 粉尘比电阻过大 即粉尘 层的导电性太差 都不适宜于静电除尘 一般静电除尘器所处理的粉尘 比电 阻最适宜的范围为 104 1010 在工业上常常遇到高于 2 1010 的高 比电阻粉尘 对这种高比电阻粉尘需事先进行处理 使之提高导电性 降低比 电阻 办法如下 1 喷雾增湿 喷雾可使粉尘表面增湿 增湿可降低比电阻 2 降低或提高温度 比电阻与温度有一定的关系 可以通过控制温度的办 法使比电阻达到要求 3 防止结露 要求保温时 设保温层 填充矿渣棉 蛭石 泡沫混凝土 等 3 3 方案的技术比较方案的技术比较 方案一方案一 旋风除尘器 袋式除尘器 袋式除尘器是一种干式高效除尘器 可用于净化粒径 dp 0 1m 的尘土气 体 除尘效率可达 99 以上 它是最古老的除尘方法之一 低于 25g m3可直 接使用 大于 25g m3 在前面要用惯性或沉降或旋风进行第一级除尘 袋式除 尘作为第二级 1 袋式除尘器的优点 袋式除尘器对净化含尘微粒和亚微粒数量级的粉尘粒子的气体效率较高 一 般可达 99 甚至达到 99 9 以上 9 袋式除尘器可以捕集多种干式粉尘 特别是高比电阻粉尘 采用袋式除尘器 要比用电除 尘器的净化效率高得多 含尘气体浓度在相当大的范围内变化对袋式除尘器的效率和阻力影响不大 袋式除尘器可以设计制造成适应不同气量的含尘气体的要求 除尘器的处理 量可以从 1 106 m3 h 袋式除尘器也可以做成小型的 安装在散尘设备上或散尘设备附近 也可 以安装在车 上做成移动式袋式过滤器 这种小巧 灵活的袋式除尘器特别适用 于分散尘源的除尘 袋式除尘器运行性能稳定可靠 没有污泥处理和腐蚀等问题 操作维护简单 2 袋式除尘器的缺点 袋式除尘器的应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能影响 目前常用的滤料 可耐 250 左右高温 如采用特别滤料处理高温含尘烟气 将会增大投资费用 不适于净化含粘结和吸湿性强的含尘气体 用袋式除尘器净化烟尘是的温 度不能低于零点温度 否则将会产生结露 堵塞布袋滤料的空隙 据初步统计 用袋式除尘器净化大于 17000m3 h 含尘气量的投资费用要比 电除尘器高 而净化小于 17000m3 h 含尘烟气时投资费用要比电除尘器省 3 旋风除尘器的特点 1 优点 旋风除尘器没有运动部件 制作 管理十分方便 处理相同风量 的情况下体积小 价格便宜 作为预除尘器使用时 可立式安装 亦可卧式安 装 使用方便 处理大风量时便于多台并联使用 效率阻力不受影响 2 缺点 卸灰阀漏同时会严重影响除尘效率 磨损严重 特别是处理高浓 度或琢磨性大的粉尘时 入口处和椎体部位都容易磨坏 除尘效率不高 单独 使用有时满足不了含尘排放浓度的要求 方案二方案二 电除尘器 电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子 尘粒或液滴 的装置 电 除尘器与其他除尘器的根本区别在于 除尘过程的分离力 主要是静电力 直 接作用在粒子上 而不是作用在整个气流上 电除尘器的特点 收集效率高 静电除尘装置可以很方便的通过加长电场长度达到 99 以上的 除尘效率 静电除尘器装置还有一个出色的特征 就是收集效率可长期稳定保 持不变 这是其他除尘器比不上的 只有袋式除尘器例外 但袋式除尘器需要 经常更换滤袋 才能保持良好的收尘效率 烟气阻力小 总的能耗 电除尘器的能耗主要是由烟气阻力损失 供电装置 10 电加热 保温和震打电机等能耗组成 由于总的能耗低 有很少更换易损件 所 以运行费用比袋式除尘器 文丘里除尘器等要小得多 适用范围广 电除尘器可捕集粒径小于 0 1 m 的粒子 300 400 的高温 烟气 湿式静电除尘器不仅可以除尘 还可除去烟气中的水雾和酸雾 这种综 合性的能力为用户提供了方便 当烟气的各项参数发生一定范围内波动时 电 除尘器仍然保持良好的捕集性能 对于高比电阻和低比电阻粉尘的烟尘来说 需要采取烟气调节 但总的看来这种情况不多 绝大多数的烟气净化都可采用 电除尘器 可处理大容量烟气 电除尘器易模块化 因此可以很方便地实现装置的大型 化 目前单 台电除尘器处理气量已达 2 106 m3 h 这样大的气量用袋式除尘器 或旋风除尘器来处理是很难想像的 即使勉强做到也不经济 捕集到的粉尘干燥 因为粉尘以干燥的形态被捕集 有利于粉尘的输送和再 利用 也没二次污染 维护保养简单 电除尘器如果品种规格选的恰当 又有良好的制造安装质量 日常的维 护保养量是很少的 电除尘器的操作运行以全部实现自动化 实现了 智能化 即自动选择瞬时最佳运行方式 一次投资大 电除尘器和其他除尘器相比结构较复杂 耗用钢材比较多 每个电场需配 用一套高压电源及控制设备 因此价格较大 但是静电除尘装置 设备费用加上 3 5 年的运行费用比大多数其他除尘设备的要低 3 3 1 原理原理 方 案 旋风除尘器 袋式除尘器电除尘器 原 理 旋风除尘器工作原理 含尘气体从 入口导入除尘器的外壳和排气管之 间 形成旋转向下的外旋流 悬浮 于外旋流的粉尘在离心力的作用下 移向器壁 并随外旋流转到除尘器 下部 由排尘孔排出 净化后的气 体形成上升的内旋流并经过排气管 排出 袋式除尘器工作原理 主要依靠编 织的或毡织的虑布作为过滤材料来 达到分离含尘气体中粉尘的目的 电除尘器工作原理 电除尘器中的 含尘气体在通过高压电场电离时 尘粒荷电并在电场力作用下 尘粒 沉积于电极上 从而使尘粒与含尘 气体相分离的一种除尘设备 它能 有效地回收气体中的粉尘 以净化 气体 11 3 3 2 存在的问题存在的问题 方案旋风除尘器 袋式除尘器电除尘器 存在 问题 袋式除尘器的应用主要受滤料的耐 温和耐腐蚀等性能影响 不适于净