大气污染控制工程课程设计

大气污染控制工程 课程设计 学 院：化学工程 姓 名：波波 班 级：090606 学 号：20092356 指导老师：李老师 一 前言1.1概述.11.2设计任务书.11.3设计原则.1二 烟气量、烟气和二氧化硫浓度的计算2.1标准状态下理论空气量.92.2 标准状态下理论烟气量.92.3 标准状态下实际烟气量.92.4 标准状态下烟气含尘浓度.102.5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算.10三 除尘器的选择3.1除尘器应达到的除尘效率.113.2除尘器的选择.11四 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的分布4.1各装置及管道布置的原则.144.2管径确定.14五 烟囱的设计5.1烟囱高度的确定.145.2烟囱直径的计算.15六 系统中烟气温的变化6.1烟气在管道内的温度降.166.2烟气在烟囱中的温度降.17七系统阻力的计算7.1摩擦压力损失.177.2局部压力损失.18七 风机和电动机选择及计算8.1风机风量的计算.188.2风机风压的计算.198.3电动机功率计算.20九设备一览表.20 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，掌握大气污染控制工程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。结合前续课程大气污染控制工程的内容，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：SZL413型，共四台（2.8MW4）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锅炉类别适用区域烟尘排放浓度（mg/m3)烟气黑度 （林格曼黑度，级）时段时段燃 煤 锅 炉自然通风锅炉 （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2-2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 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2-6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。 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总额定出力/()12266101020263535烟囱最低高度/m202530354045 锅炉房总容量:44=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 式中通过烟囱的总烟气量，； 按表2-5选取的烟囱出口烟气量，。已知：，取，代入公式得；烟囱出口内径 b. 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； ，圆整的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表2-8烟囱出口烟气流速（） 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Pa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。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3查得。表2-9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=138.79系统阻力的计算摩擦压力损失 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Pa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=13.76m/s, =1.34kg/m3代入上面公式有p=369.14Pa有26.97Pa369.14Pa800Pa+1100Pa2272.11Pa风机和电动机选择及计算风机风量的计算 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：型号名称气压风量功率介质最高温度Y8-39锅炉引风机1167-53443242-2455334.0-250250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Kw4.1 设备一览表除尘器型号外型尺度/mm入口尺度/mm出口尺度/mm设备质量/kg除尘效率/%处理风量/m3/h卧式旋风水膜3850367813566404561130*1356-97-998888风机型号转速/（r/min）风量/（m3/h）全压/Pa轴功率/kWY8-3912933242-24533534423电动机型号外形尺寸/mm功率/kW质量/kgY200L-4C -30Kw - 参考文献1） 暖通风设计手册陆耀庆主编，北京：中国建筑工业出版社，19872