35h燃煤锅炉烟气除尘脱硫装置设计

1、目录一、课程设计目的2二、 方案比较与选择 22.1方案比较22.2设计任务书3三、工艺计算设计 33.1烟气计算33.2文丘里除尘器的设计计算 43.3烟气冷却需冷却水计算 53.4脱硫旋流板的设计63.5除雾板的设计103.6旋流板的制作与组装 113.7碱液系统计算和水泵选择 113.8冷却水泵的选择123.9风机的选择13四、设计总结1335/h燃煤锅炉烟气除尘脱硫装置设计、课程设计目的我国的环境污染非常严重，二氧化硫排放是大气污染的主要污染源之一。 由 于电力企业是二氧化硫的排放大户， 因此，控制二氧化硫的排放，成为电力环境 治理的主要问题。通过对燃煤烟气中二氧化硫污染物净化系统的工

2、艺设计， 初步 掌握气态污染物净化系统设计的基本方法， 培养学生利用已学理论知识、综合分 析问题和解决实际问题的能力、绘图能力以及使用设计手册和相关资料的能力。、方案比较与选择2.1方案比较一般热电厂脱硫和除尘过程分别进行，除尘装备一般采用静电电除尘和布袋 除尘。静电除尘缺点:(1) 设备庞大，耗钢多，需高压变电和整流设备，通常高压供电设备的输出峰值 电压为70100KV故投资高。(2) 制造、安装和管理的技术水平要求较高。 除尘效率受粉尘比电阻影响大，一般对比电阻小于104105Q cm或大于10101011Q cm的粉尘,若不采取一定措施,除尘效率将受到影响.3(4) 对初始浓度大于30g

3、/cm的含尘气体需设置预处理装置.(5) 不具备离线检修功能，一旦设备出现故障，或者带病运行，或者只能停炉检 修。布袋除尘缺点:(1) 对于不同类型气体，应选用相应类型的布袋；且需要经常更换布袋，布袋 消耗量较大。(2) 收集湿度高的含尘气体时，应采取保湿措施，以免因结露而造成“糊袋” 因此布袋除尘气对气体的湿度有一定的要求。(3) 阻力较大，一般压力损失为10001500P&(4) 对于高温气体，必须采用降温措施。(5) 接收粒径大的含尘气体时，布袋较易磨损。对于小区供暖系统，所需锅炉设备和除尘脱硫装置无需太大，在小区附近占 地面积尽量小，而静电除尘设备型号大，不适合于小区地段，且对粉尘有一

4、定要 求，所以静电除尘不可取。对于布袋除尘，经过一段时间后，需经常更换布袋， 工作较繁琐，且对湿度有要求，又需增设除湿装置，所以布袋除尘不可取。湿式除尘装备而言，除尘效果较好，对尘粒无过多要求。这里采用文丘里除 尘器，它是湿式洗涤器中效率最高的一种除尘器， 只是动力消耗比较大，无大碍。 又因尽量缩小占地面积，将文丘里洗涤器文氏管后的脱水装置改为旋流板塔，用于脱硫和除雾，实现一个装置多种效果，而且效率较高，并且减小了制作成本。旋流板是一种喷射塔板，塔板形状如固定的风车叶片。气体通过叶片时产生 旋转和离心运动，流体通过中间盲板被分配到各叶片， 形成薄液层，与旋转向上 的气流形成搅动，喷成细小液滴，

5、碱液与烟气中的二氧化硫接触充分， 传质效果 好，用于除雾和除尘效果更为显著，这里利用旋流板的喷射装置用于烟气脱硫处 理。2.2设计任务书针对某北方城市一新建住宅小区的集中供暖系统的 35t/h燃煤锅炉，设计一 套湿法除尘脱硫装置，现拟采用文丘里装置作为除尘脱硫装置， 在文丘里反应器 后外加一立式烟气除雾器。设计原始数据及相关具体参数如下：燃用煤种的工业分析及元素分析：C： 65.7%; S： 3.2%; H : 4.80%; O: 2.3%。 （含 N 量不计），Vy=18.5%； Ay=25.5%； Qy=20500kJ/kg,耗煤量 7.1t/h。假设：锅炉炉膛出口到文丘里装置入口的管路阻

6、力为800pa,进入文丘里除尘脱硫的烟气温度为150C,文丘里出口的烟气温度为80C；当地大气压力：冬 季大气压为97.86kpa，平均气温为-6 C；夏季大气压为95.72kpa，平均气温为 31C；碱液系统：脱硫碱液pH值设为10，碱液池距离文丘里除尘脱硫装置为200m，期间有 4个90拐弯，液气比为1.2L/m3N，文丘里喉部喷嘴选用压力式喷嘴，喷嘴出口压力为2.5 105pa，文丘里装置水平放置，其中心线距离地面高度为1m三、工艺计算设计3.1烟气计算燃用煤种的工业分析及元素分析：C： 65.7%； S： 3.2%； H : 4.80%； O：2.3%。（含 N 量不计），Vy=18.

7、5%； Ay=25.5%； Qy=20500kJ/kg，耗煤量 7.1t/h。以1kg煤燃烧为基础则，质量/g煤成分物质的量/mol理论需氧量/molC65754.7554.75S3211H482412O230.71875-0.71875则理论需氧量为 ：54.75+1+12 0.71875=67 mol/kg 煤所需要的理论空气量为：67X( 3.78+1) =320.41 mol/kg煤22 4即 320.41 =7.18mN/kg煤 1000设空气过剩系数a=1.2 ,理论空气量条件下烟气组成(mol)为：CO: 54.75 H 2O: 24 SO 2： 1 N 2: 67X 3.78=

8、253.26则理论烟气量为：(54.75 24 1 253.26)丝4 =7.46mN / kg煤 1000则实际烟气量为：7.46 7.18 0.2 =8.9mN/kg煤一小时烟气量为：7.1 103 8.9 =63161.6mN/h这是标况下烟气流量，需转化为150C下烟气流量由于锅炉压力大致与当地大气压相等，则97.8695.722二 96.79kpaR =96.790.8= 95.99kpa又由克拉伯龙方程空则 150 C下烟气流量 V2 =101.32驚需 423 =103305m3/h3.2文丘里除尘器的设计计算从锅炉炉膛出口通过管道输送到文丘里除尘器进行湿式除尘，下面进行文丘管的

9、设计，设文氏管截面是圆形。选择压力式喷嘴。 喉管直径喉管中气体流速一般为50-120m/s,设喉管气体流速Vgt=100m/s,则喉管直径:Qt1103305/D。=0.0188 七-0.01880.60m 乞 80mm:Vgt.100 喉管长度Lo=Do=O.6Om 渐缩管进口直径Di -2Do = 1.2m 渐缩管长度渐缩角：i 一般为12.5L| = D0 cot： j = 060 cot12.5 = 1.35m 2 2 渐扩管出口直径D. Di = 1.2m 渐扩管长度渐扩角：-2 一般为3.5 。D2- Do丄1.2- 0.6L2-cot： 2cot3.5 = 4.90m2 2 文氏

10、管阻力计算由以下计算得Lg =1.021L/m30 60 223At（）2 -0.2826m2订=0.98kg/mN目前应用的比较多的是海思克斯经验公式，即Vgt 沐0.%?81.16=7.26kpa 粉尘沉降效率 根据经验公式得出捕集5m以下的尘粒效率为:=（1 -4525 3 ：P.3） 100% =95.7%3.3烟气冷却需冷却水计算还是以1kg煤为基础，烟气总物质的量为143.83mol。由以上各组分物质的量可 以求出各组分的摩尔分数N（ CO）38.1% N（ SO2） = 0.7% N（ H2O）16.7%N（ O2）9.3%N（ N2）35.2%，则烟气平均分子量为：M -38.

11、1% 44 0.7% 64 16.7% 18 9.3% 32 35.2% 28=30.06由于进入文丘里除尘器烟气温度为150C，而文丘里出口烟气温度为 80 C,查表理姐气佈的這压比热書cp/ (y/kg - K)名称騎了式匾即9-4010GO1101602503604607601200Di0l937S0.91690.91690.9253 l94200.97971.0131.0431.0971.1471.0891.0431.0261.0261.0341,OS91.08914181,1721.252二氧址戰COj0.75970.82390,87090.00430.95461.0301.0971

12、.1471-2431,340二氧化违SO：0-60710.63220,65730.5905O-74110.77870 91220.85410 8960得在两温度下各烟气比热如下:CO2N2O2SO2水蒸气150C 比热/ kJ/kg k)0.94454 11.03240.93870.68411.912580C 比热/ kJ/kg *k)0.884261.0260.920260.642241.880此温度区间平均值0.91441.02920.929480.663171.89625则 此 温 度 区 间 的 平 均 比 热 为：Cp 二為 Ni Pi =38.1% 0.910.7%4 0.6463

13、1716.7% 1.89625 9.3% 0.92948 35.2% 1.02= 1.102kJ/(kg k) =37.2 10J3kJ /(mol k)冷却水比热容 C /H2O) =4.2 /kJ/kg *k)设冷却水进口温度为24 C,出口温度为30 C, ct=6 C由等式烟气温度下降失去的热量正好被冷却水吸收，而使温度上升，则烟气量烟气平均比热温度改变量二水质量水比热水温差33143.83 37.2 107.1 10(150-80) =4.2 6则 口出0 =1.06 105kg=1.06 1 05L液气比为：lg1.06 105L103305 m3= 1.021L/m3为简化计算起

14、见，可以将文丘管前的烟气量乘以0.90-0.95系数，作为管后或捕 集器后的烟量， 即 103305 0.90 =92974.5m3/h3.4脱硫旋流板的设计进旋流板塔温度为80 C,进口压强为P =96.79 - 7.26 - 0.8 =88.73kpa根据克拉伯龙方程有：101.325 V 88.73 929745273_80 273Vo =6296r6N/h标况下烟气的重度取为0 =0.98kg/mN 旋流板外径Dx旋流板叶片的外径Dx大小由塔顶气液负荷决定。Dx可以按照气流穿孔后的动能 因子计算，在仰角 =25，动能因子F0=10-11的条件下，可近似按以下公式计Dx=10.V0. 0

15、 =10、,62966、一 0.98 =2496.7mm取 D 2500 mm 布液板直径Dm旋流板中间有一盲板区，起到连接叶片及支撑叶片的作用，用时也起到分配 气体的作用。盲板直径的大小影响开孔面积，同时Dm过大会影响塔板的开孔率。 而当Dm丄Dx时，则不容易保证塔板效果。设计取：4Dm = D x ，3可以算出Dm为833mm，取Dm为850mm旋流板塔内径Dn=1.1Dx=2750mm 叶片仰角a和径向角B为了降低压降，提高除尘效率，叶片仰角a般保持在25 -30。本设计取叶片仰角a为25 。叶片径向角可以通过下式求出：求得=19.9，Dm850二 arcs inarcs inarcs

16、in0.34Dx2500取旋流板为内向板，因此径向角为负值，即叶片径向角为-19.9 旋流板叶片厚度-及叶片数m选用的叶片厚度：为4mm，旋流板的叶片数m为48个 旋流板开孔面积A0在旋流板的设计中，开孔面积Ao是一个关键参数，它决定气相负荷强度。可以按照以下公式计算：2 2Ao = 0.25二(Dx -Dm)s i n -0.5m、.(Dx -Dm)= 0.25 3.14 ( 2.52 0.852)sin 25 -0.5 48 4 10(2.5 - 0.85)=1.675m2 开孔率: 开孔率 由以下公式确定:点式中：A0为开孔面积；at为主塔内截面积。于是:上二 1驚 100% = 28.

17、2% 穿孔动能因子F。穿孔动能因子F0由以下公式确定:匚乂人Fo3600A0式中：V。为标态下的烟气量；为标态下烟气的重度；A0为旋流板的开孔面积,于是:3600A062966 0.983600 1.675=10.34kg0.5/m0.5 罩筒高度hz旋流板罩筒分为“高罩筒”和“低罩筒”，“高罩筒”是在旋流板问世初期被 采用，以后得旋流板一般都采用“低罩筒”。这里所谓的“低罩筒”，就是使罩筒 高度hz刚好封闭叶片外缘，这样做不仅有利于提高传质塔板效率或除雾板的气液 分离效率。而且制作中一般可按罩筒高度 hz来保证仰角a的准确性。因此，准 确计算hz对于旋流板的设计是十分重要的。罩筒高度 hz可

18、以按照以下公式计算:hz 二二Dxs i n / m 、c o s式中，Dx为旋流板直径，为旋流板仰角，m为旋流板的叶片数，：为旋流板叶片厚度。因此，可以求出：hz = ;Dxsin： /m 亠心cos： =3.14 2500 sin25 48 4cos25 = 72.74mm取罩筒高度为75mm 。 叶片外缘曲线弦长L叶片外缘曲线的弦长L可以按照下式计算:180 Dxsin lm_cos，其中,:-，=arctan tan：cos 180 - l；-;, j1Im丿式中Dx为旋流板直径，:-为旋流板仰角，m为旋流板的叶片数，一：为径向角 根据上式可以求出:=24.1 ，则：180 180 D

19、xsin 2500sinLI48 -179.1mmcos ,cos24.1 塔板N及塔板间距hT选取塔板数N为3，塔板间距hT为1200mm?总压强降计算根据以下公式计算总压强降:UP总(1.1 N 1.6) F22g3.6NUF。 4( N 1)式中，N为旋流板板塔板数；F。为穿孔动能因子；U为溢流口的流体速度。由 于本设计设有溢流口，所以这一项可以不用考虑，所以总压强降公式可以简化为 如下形式：,pN 46)F( n 1)2g(1.1 N 1.6)Fq2g4( N 1)(1.1 5 1.6) 10.3422 沢 9.814 (5 1)=62.69mm H2O =615pa塔板结构计算汇总表

20、如下表所示塔板结构计算汇总表项目1符号规格尺寸单位塔径D2750mm叶片外径Dx2500mm布液板直径Dm850mm塔板间距1Ht1200mm罩筒咼度Hz75mm开孔面积Ao1.6752 m动能因子1Fo10.34.0.5 f 0.5kg /m s仰角a25径向角P-19.9开孔率28.2%叶片数m48叶片厚度154mm塔板数N5层叶片外缘曲线弦长L179.1mm全塔压降1615pa3.5除雾板的设计除雾旋流板的基本尺寸与湿式除尘旋流板相同，旋流板数为两个，不同之处主要在于：除雾旋流板为外向板，因此径向角是正值，即1 =19.93.6旋流板的制作与组装1、旋流板的制作叶片和盲板整体下料，将每片

21、叶片的开缝线（即叶片的两条直线）切开，把 每片叶片按照规定扳成仰角，再将叶片外缘与罩筒焊接。此法制作的旋流板其盲 板厚度等于叶片厚度，叶片与盲板相连处局部扭曲。2、设备制造组装（1）叶片的放样和剪裁叶片的弧线是一椭圆的长轴所对应的弧线的一部分。 其椭圆是由叶片所在平 面截割罩筒圆柱内表面构成。因为叶片与塔板平面之间有一固定的仰角：为25 ， 所以椭圆的长轴是Dx/cos，短轴是Dxo叶片放样划线后，弧线部分用气焊切 割，直线部分用裁剪机剪切。（2）叶片与罩筒、盲板及板环的焊接把塔板罩边和盲板边划线分为48等分后与环板放在同一平台上，调好相互 之间的位置，按叶片与盲板圆相切，叶片弧线与罩筒靠正相

22、切，调整各叶片仰角 并点焊上，然后对称地焊劳各连接处。3.7碱液系统计算和水泵选择假设烟气进入旋流板塔中不含水分，（除尘后）的烟气流量为62966mN/h，液 气比为1.2L/m3,则所需脱硫碱液量为362966 1.2 =75559.2L/h =75.56m /h由以上碱液量，对照管径/流速/流量表，选择流速为1.2m/s,管径为150mmF面进行碱液泵的设计，即泵全扬程的计算,Vi = 1.2m/sV2 = 1.5 - 2.0m / s，Hs=10m设H为吸水管水头损失，单位为 m取阻力系数引=0.52 2V1.22Hi = 二 0.50.037m2g2 7.8设H2为出水管水头损失，单位

23、为m取阻力系数；2=1.02 02取 V/ZOm/s，Hz0 活=0.204m设H3为碱液池工作水位与所提升最高水位之间的高差，取设H为自由水头损失，取0.5m,设H为四个90度弯管局部损失，取阻力系数；3=0.251.22H5 =4 0.250.074m2 9.8沿程损失l V2hfl = 200m d = 0.15m V = 1.2m/ sd 2g工业管道l V2 = 0.024则 hf2.35md 2gH总一比 H2 H3 H4 hf = 13.2m 泵的扬程要大于13.2m。根据流体力学泵与风机选取型号 FLG80-125（ I）A立式防垢离心泵流量/(L/s)扬程H/m转速r/min

24、效率%电机功率（Kvy17.4-32.211-19290065-747.53.8冷却水泵的选择由原始数据喉管压力式喷嘴出口压力为 250kpa,又在喉管压力损失为7.26kpa，则总压力为257260pa,喉管速度为100m/s。由上述计算得冷却水用量106riT/s,由管径/流速/流量表得d=150mmV=1.6m/s，设H为吸水管水头损失，单位为 m取阻力系数引=0.5H1= 0.51.622 9.8=0.0635m设H为出水管水头损失，单位为m取阻力系数；2=1.0 V2 =1.5-2.0m/s，取V2 =2.0m/s，H2=1.0200.204m2 9.8设H为清水池工作水位与所提升最

25、高水位之间的高差，取H3=1m设h为自由水头损失，取1mP _ 2572609.8 1000=26.252mVi2g1.622 9.8=0.131m则总扬程H总_Hi H2 H3 H4 P V：=28.65m2g根据流体力学泵与风机选择 FLG 80-160 （I ） A立式防垢离心泵流量 /(L/s)|扬程H/m转速r/min效率%电机功率（Kvy18.2-33.821-32290067-74113.9风机的选择1、 锅炉炉膛出口到文丘里装置入口的管路阻力为800pa。2、文丘里除尘器压降7.26kpa。3、从文丘管进入旋流板塔的局部损失口/ 20 1 X 202取局部阻力系数为。冇则Pm-0-25 h=5Pa4、旋流板塔阻力损失615pa5、从旋流板塔到副塔的局部损失（2处）、从副塔进入风机的局部损失同样取局部阻力系数为0.25，取烟道流速为12m/s。Pm2 =3=3 0.2520.1 122=5.4 pa&沿程损失沿程大致长度为2