大气污染控制课程设计

1、前言本次的课程设计主要是设计对燃煤锅炉烟气排放进行处理以达到排放的标准，主要处理的是烟气的粉尘和二氧化硫。除尘器、风机、脱硫装置及管道的选择必须从技术、经济及排放标准三个方面来考虑。本次课程设计强调设计、绘图和计算的技能。考虑实际的情况来进行设计，要求相互合作来共同完成本设计。本课程设计在设计的过程中参考了多种的资料。限于设计人员的能力和经验不足，望加以指导。 2011 年1月5日目录一一、课程设计题目5二、课程设计的目的5三、设计任务及要求5四、设计原始资料5五、 设计计算61、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算61.1、标准状态下理论空气量61.2、标准状态下的理论烟气量61.3、标准状态下

2、实际烟气量71.4、标准状态下烟气含尘浓度71.5、标准状态下烟气中二氧化硫浓度72、系统中烟气温度的变化81、烟气在管道中的温度降低82、烟气在烟囱中的温度降低93、除尘器的选择103.1、除尘器应达到的除尘效率103.2、选择除尘器103.3袋式除尘器的选型124、脱硫工艺选择134.1所选脱硫设备应达到的脱硫效率134.2、脱硫设备选择134.3循环流化床脱硫技术的特点144.4 循环流化床脱硫的化学过程及影响的主要因素154.5 脱硫灰渣的处理165、确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置165.1、各装置及管道的布置165.2、管径的确定176、烟囱的设计176.1、烟囱高度的确定

3、176.2、烟囱直径的计算176.3、烟囱的轴力187、系统阻力的计算197.1、摩擦压力的损失197.2、局部压力的损失208、风机和电动机选择及计算208.1、风机风量的计算208.2、风机风压的计算218.3、电动机功率的计算21六、 图纸23七、 小结24八、 主要参考书籍25目录二表1 烟囱温降系数表9表2 除尘设备的分类及基本性能10表3 各种除尘器对各种粒径粉尘的除尘效率10表4 除尘器的分级效率11表5 常见除尘设备的投资费用和运行费用12表6 各种常用的袋式除尘器的技术性能的比较12表7 燃煤、燃油锅炉房烟囱最低允许高度17表8 烟囱出口流速18表9 突然扩大时的阻力系数20

4、表10 管道突然缩小时的阻力系数20表11 常用风机性能及适用范围22一、 课程设计题目燃煤锅炉烟气除尘设计二、 课程设计的目的通过对大气污染控制工程课程的学习，掌握一定大气污染控制技术原理。并结合对烟气除尘脱硫实际问题的处理，使我们在学习专业技术基础和主要专业课程的基础上，了解和掌握环境工程领域内主要设备设计的基本知识和方法，体验设备的具体设计过程。培养我们综合运用所学的环境工程领域的基础理论、基本技能和专业知识分析问题和解决工程设计问题的能力和在处理问题过程中的团队协作能力，同时培养调查研究，查阅技术文献、资料、手册，进行工程设计计算、图纸绘制及编写技术文件的基本能力，提高我们分析解决实际

5、问题的能力。三、设计任务及要求 1、根据教学要求、设计工作量以及实际条件，进行恰当选题。2、按照设计任务书，顺利完成设计任务，培养运用本学科的基础理论和专业知识解决本专业实际问题的能力，提高设计计算、工程制图和使用资料的能力。3、设计任务完成后，根据设计的全过程完成专业课程设计说明书，按照一定格式写出设计计算书。四、 设计原始资料锅炉型号：szl4-13型，共4台（2.8mw*4）设计好煤量：600kg/h （台）排烟温度：160c烟气密度（标准状态下）：1.34空气过剩系数：a=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

6、外空气温度：-1c空气含水（标准状态下）按0.01293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（gb13271-3001）中二类区标准执行。烟尘浓度排放标准（标准状态下）：200二氧化硫排放标准（标准状态下）：900五、 设计计算（燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫的计算、除尘器的计算、烟囱的设计计算、系统阻力计算、风机和电动机选择计算）1、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算1、1 标准状态下理论空气量q a =4.76 (1.867cy +5.56hy+ 0.7sy- 0.7

7、 oy)( m3/kg ) =4.76*（1.867*68%+5.56*4%+0.7*1% - 0.7*5%） =6.968 ( m3/kg ) 式中cy hy sy oy 分别为煤中各元素所含的质量分数。1、2 标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）qs =1.867(cy +0.375 sy )+ 11.2 hy +1.24wy+ 0.016 q a+0.79 q a + 0.8ny (m3/kg ) =1.867*（68%+0.375*1%）+11.2*4%+1.24*6%+0.016*6.968+0.79*6.968+0.8*1%=7.423 ( m3/kg ) +式中

8、qs -标准状态下理论空气量，m3/kg；wy- 煤中水分所占质量分数，%；ny-n 元素在煤中所质量分数，%。1、3 标准状态下实际烟气量qs = qs+1.016(a-1) q a (m3/kg )=10.255(m3/kg )式中a -空气过量系数；qs-标准状态下理论烟气量，m3/kg；q a-标准状态下理论空气量，m3/kg。注意：标准状态下烟气流量q以m3/h 计算，因此设计耗煤量 一台锅炉标况下的烟气量工况下每台锅炉的烟气量1、4 标准状态下烟气含尘浓度c= (kg /m3 )=(kg /m3 )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

9、下实际烟气量， m3/ kg1、5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算=1950.268()式中- 煤中含可燃硫的质量分数； -标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m3/ kg 。2、系统中烟气温度的变化当烟气管道较长时，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。2、1烟气在管道中的温度的变化式中q-标准状态下烟气流量，；f-，-管道散热面积，； - -标准状态下烟气平均比热容（一般为1.3521.357）；- -管道单位面积散热损失。- 室外室内 （1） 室内管道中的温度变化（2）室外管道中的温度变化其中左边接总管的弯管长半径为866mm，则弯管长度为右边三根支管接

10、总管的弯管长度为从锅炉房出来的接弯管的直管长度都为总管(内径)的长度计算得 我们取另接循环流化床的管道（内径）长度循环流化床与除尘器之间的管道长度为（其中循环流化床的出口有一段长1m内径的管道，之后的为内径的管道）除尘器接烟囱的管道长度（内径）则温度在管道中总的变化：所以进入除尘器烟气的温度为2、2 烟气在烟囱中的温度降低d=2.84=11.2mw=11.20.7t/h=16t/h我们取砖烟囱（壁厚0.5m）时的温降系数a=0.4式中烟囱高度,； 合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，；温降系数，可由下表查得。表1 烟囱温降系数表烟囱降温系数烟囱种类钢烟囱（无衬筒）钢烟囱（有衬筒）砖烟囱（壁厚

11、0.5m）a20.80.40.23 除尘器的选择3、1 除尘器应达到的除尘效率式中c-标准状态下烟气含尘浓度，；-标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，。3、2除尘器的选择在选择除尘器的过程中，应全面考虑以下因素：除尘器的除尘器效率；选用除尘器是否满足排放标准规定的排放浓度；注意粉尘的物理特性对除尘器性能有较大的影响，另外，不同粒径粉尘的除尘器除尘效率有很大的不同；气体的温度和其他性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素；所捕集粉尘的处理问题；设备位置，可利用的空间、环境条件等因素；设备的一次性投资以及操作的维修费用等经济因素。表2 除尘设备的分类及基本性能（环保设备及课程设计） 类 别除尘设备型式

12、阻力/pa除尘效率/%投资费用运行费用机械除尘器重力沉降室501504060少少惯性除尘器1005005070少少旋风除尘器40013007092少中多管旋风除尘器80150008095中中湿式除尘器喷淋洗涤器1003007595中中文丘里除尘器5000200009098少高自激式除尘器80020008598中较高水膜式除尘器50015008598中较高过滤式除尘器颗粒除尘器80020008599较高较高袋式除尘器80020008599.9较高较高电除尘器干式除尘器1002008599高少湿式静电除尘器1255009099高少表3 各种除尘器对各种粒径粉尘的除尘效率（环保设备及课程设计）除尘器

13、名称除尘效率/%除尘器名称除尘效率/%50m5m1m50m5m1m惯性除尘器95263干式静电除尘器999986中效旋风除尘器94278湿式静电除尘器999892高效湿式除尘器967327中能文丘里除尘器约1009997冲击式湿式除尘器988538高能文丘里除尘器约1009998自激式湿式除尘器约1009340振打袋式除尘器999999喷淋洗涤器(空塔)999455逆喷袋式除尘器约1009999表4 除尘器的分级效率（大气污染控制工程） 除尘器名称总效率/%不同粒径（）所对应的分级效率带挡板的沉降室58.67.522438090普通的旋风除尘器65.31233578291长椎体旋风除尘器84.

14、240799299.5100喷雾塔洗涤器94.5729698100100电除尘器979094.59799.5100文丘里洗涤器99.59999.5100100100袋式除尘器99.799.5100100100100表5 常见除尘设备的投资费用和运行费用（大气污染控制工程）设备投资费用运行费用高效旋风除尘器袋式除尘器电除尘器塔式除尘器文丘里洗涤器100250450270220100250150260500查三废处理工程技术手册（废气卷）可得燃煤锅炉排出烟气中的颗粒物的粒径分布是：(81%40,65%20,42%10,25%5),根据以上表2、表3、表4、表5数据及所要达到的除尘效率分析后再根据排

15、放烟气的物理化学特（工矿下的烟气量=;烟气的温度 ;要求达到的除尘效率 ;烟气的含尘浓度 ）及环境工程设计手册表1.6.34确定袋式除尘器。3、3 袋式除尘器选型表6 各种常用的袋式除尘器的技术性能的比较（环境工程设计手册）参数项目型号技术性能 备注过滤面积()处理风量（）md-i-4054051822536450适用于温度小于130fsf-1801801080032400入口浓度为sdc-b-2002001209036270入口浓度为gcg4-51320 31700能耐250的高温dmc-sh-279.228000适用于温度小于130由此我们选择使用的袋式除尘器型号为gcg4-5玻纤扁带除尘

16、器。此除尘器为矩形箱体，玻纤扁形滤袋，能耐250的高温。箱体前为净气室，后为尘气室。除尘器以滤袋单体为基本单元，积木式组合，横向拆分。采用停风机械振打清灰方式。4、脱硫工艺选择4.1所选脱硫设备应达到的脱硫效率式中，标准状态下烟气中浓度，； 标准状态下锅炉排放标准规定值，4.2、脱硫设备选择烟气循环流化床脱硫工艺以循环流化床原理为基础，通过吸收剂的多次循环，延长吸收剂与烟气的接触时间，大大提高了吸收剂的利用率。它不但具有干法脱硫工艺的许多优点，如流程简单、占地少、投资小以及副产品可以综合利用的优点，而且能在较低的钙硫比()情况下脱硫效率达85%。烟气循环流化床脱硫工艺结构简单，设备布置紧凑而且

17、利用现有的设备如烟囱，除尘器等，占地仅为湿法工艺的30%到40%。与传统的石灰石石膏湿法工艺相比，循环流化床脱硫工艺有以下特点：脱硫效率高：在钙硫比为1.2到1.35时，脱硫效率可达85%，可与湿法工艺相媲美；工程投资、运行费用和脱硫成本较低；工艺流程简单，系统设备少且转动部件少，从而提高了系统的可靠性，降低了维修和检修费用；占地面积小，系统布置灵活，非常适用现有机组的改造和场地紧缺的新建机组；无脱硫废水排放，且脱硫副产品呈干态，对综合利用和处置堆放有利。综合上述我们确定采用循环流化床脱硫技术。参考资料：朱廷钰主编 烟气烧结净化技术 4、3 循环流化床脱硫技术的特点该工艺的特点是：来自锅炉的空

18、气预热器的烟气温度一般为左右，从反应塔底部的入口烟道喷入，在此与循环灰和干态的消石灰混合，形成流态化。反应塔中烟气流速一般为，停留时间在3s以上，以满足于消石灰的反应要求。由于排烟温度高于露点温度左右，因此烟气不需要再加热，同时整个系统无须任何的防腐。循环灰和消石灰随烟气一起运动，颗粒反应界面不断摩擦、碰撞更新，强化了脱硫反应的传质与传热，同时固体颗粒在反应塔和分离器之间往复循环，总体停留时间可达30min以上，提高了脱硫剂使用率，一般可达到80%以上。cfb-fgd的工艺控制过程简单，主要通过三个回路实现，相互独立，互不影响（1）的排放控制 根据吸收塔进口烟气流量及浓度控制消石灰粉的给料量。

19、吸收塔出口的浓度，则用来作为校核和精确地调节消石灰粉给料量的辅助调控参数，以保证达到按要求的脱硫效率。（2）温度控制 为了促进消石灰和的反应，通过向吸收塔内喷水来降低烟气的温度。为了防止结露和有利于烟气的排放，控制吸收塔出口温度高于烟气露点温度15至30。（3）吸收塔的压降控制 吸收塔的压降由烟气压降和固体颗粒压降两部分组成。由于循环流化床内的固体颗粒浓度是保证流化床良好运行的重要参数之一，通过控制吸收塔的压降来实现调节床内的固体颗粒浓度，以保证反应器处于良好的运行工况。参考资料：朱廷钰主编 烟气烧结净化技术。4、4 循环流化床脱硫的化学过程及影响的主要因素（1）主要的反应有：生石灰粉与雾化液

20、滴结合产生消化反应： 被液滴吸收：与发生反应： 部分被烟气中的氧气氧化： 烟气中的和等酸性气体同时也被脱除（2）影响循环流化床脱硫效率的主要因素有：床层温度对脱硫效率的影响一般来说，温度升高有助于提高化学反应速度，但是在循环流化床烟气脱硫工艺中，绝热饱和温度决定了脱硫效率。当烟气温度越低，脱硫效率越高。脱硫剂粒度和反应活性循环流化床脱硫中，脱硫剂可以是消石灰也可以是生石灰粉。一般来说，使用消石灰，多喷入浆液。使用生石灰，多喷入干粉。通常要求，的含量大于80%，粒度小于2mm；活性指标比较严格，要求达到小于4min。颗粒物浓度在反应塔内灰飞、粉尘和脱硫剂在高浓度下接触反应是流化床具有较高的脱硫效

21、率的重要原因。这主要是由于塔内强烈的湍流状态和较高的颗粒循环倍率增加了接触面积，颗粒之间的碰撞使得反应产物亚硫酸钙不断的磨损脱落，避免了脱硫剂表面被堵塞。钙硫摩尔比脱硫效率随着德增加而增加。但当增加到一定值后，脱硫效率的增加趋于平缓。也就是当增加到一定值后，脱硫剂的使用效率下降。参考资料：朱廷钰主编 烟气烧结净化技术。4、5 脱硫灰渣的处理脱硫灰渣是一种干态的浅灰色粉末，外观像水泥，平均粒径20um，与普通粉煤灰相似。它主要有粉煤灰，未完全反应的脱硫剂、，脱硫副产物、等组成。目前，脱硫灰的处理方法可以分为抛弃法和综合利用法。抛弃法主要用于峡谷、矿坑等的回填。综合利用法可以分为常温利用法和高温利

22、用法。常温利用途径有筑路、筑堤岸、人造卵石、改良酸性土壤等。高温利用法有生产烧结砖、烧结水泥等。参考资料：朱廷钰主编 烟气烧结净化技术。5、确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置 5.1、各装置及管道布置 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,但是在布置设备时要注意下列问题： （1）设备的露天化 （2）满足生产工艺的要求（3）满足设备安装检修的要求（4）满足建筑要求（5）符合安全技术的要求当各设备确定了安装位置，就可以进行管路的布置。管路布置设计首先应保证环境治理工程的安全、正常的运行和便利操作、检修，其次应尽量节约材料及投资，并尽可能的做到整齐、美观。管路布置有以下原则：

23、（1） 全盘规划、合理布置（2） 管路布置应便于安装、检修和管理（3） 管理布置应注意考虑安全（4） 管理排列的基本原则（5） 管道敷设间距及坡度（6） 其他5.2、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）。v =1015m/s根据以上条件可以计算出的范围 所以我们取根据 可以反算出6、烟囱的设计6、1 烟囱高度的确定由大气污染控制工程（第三版）附录五 锅炉大气污染物排放标准中表4可得表7 燃煤、燃油锅炉房烟囱最低允许高度（大气污染控制工程）锅炉房装机总容量mw0.70.71.41.42.82.877141428t/h1122441010202040

24、烟囱最低允许高度m202530354045锅炉装机总容量为2.8=11.2mw，在714mw区间内。则用内插法可取烟囱高度=6、2 烟囱直径的计算由于有利用风机抽取烟气，所以取机械通风情况下烟囱出口流速15m/s。烟囱出口内径可按下试计算1.00m式中 通过烟囱的总烟气量，；选取的烟囱出口烟气流速，。表8 烟囱出口流速通 风 方 式运行情况全负荷时最小负荷时机械通风102045自然通风6102.53则由下式可计算出烟囱地部直径（取i=0.02）：式中 烟囱出口直径，；烟囱高度，； 烟囱锥度，通常取。6、3 烟囱的轴力烟气从锅炉出来时的温度为，由于管道散热下降，烟气在烟囱中温度下降，当烟气通过脱

25、硫装置后，将有较大的温降，加上之前计算的管道散热，所以，我们取为，则可由下式计算的烟囱的轴力：式中 烟囱高度，； 外界空气温度，烟囱内烟气平均温度，；当地大气压，。7、系统阻力的计算 7、1 摩擦压力损失取脱硫装置连接到除尘器的管道长度为，其中前面长的管道内径为，之后的管道内径为，除尘器连接到烟囱的管道长度为（内径）,总管连接到循环流化床管长为（其中前管道的内径为，后的管道内径为），则烟气流速为的部分长为，烟气流速为的部分长为：。其中，在进入脱硫塔前的长管道的流速为，由可以得出。对于圆管：式中管道长度，； 管道直径，； 烟气密度，； 管中气流平均速率，； 摩擦阻力系数，是气体雷诺和管道相对粗糙

26、度的函数。可以查手册得到（实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌或混凝土管道值可取0.04）。7、2 局部压力损失在管路中有三个120度角弯道，四个150度角弯道，六个突然缩小管，其中四个，一个，一个，两个突然增大管，一个，另一个，一个90度弯道，则可以求得局部的压力损失：式中 异性管件的局部阻力系数；与相对应的断面平均起来速率，； 烟气密度， 。除尘器的压力损失在pa之间，取1200pa。表9 突然扩大时的阻力系数（环境工程原理p86）0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 11 0.81 0.64 0.49 0.36 0.25 0.16 0.09 0.0

27、4 0.01 0表10 管道突然缩小时的阻力系数（环境工程原理p87）0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10.5 0.47 0.45 0.38 0.34 0.30 0.25 0.20 0.15 0.09 08、风机和电动机选择及计算 8、1 风机风量的计算式中 风量备用系数；标准状态下风机前表态下风量，风机前烟气温度，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度； 当地大气压力，。8、2 风机风压的计算对于除尘器后装的风机风压计算：式中 风压备用系数；系统总阻力，；烟囱抽力，； 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，。计算出风

28、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格选择所需风机的型号。8、3 电动机功率的计算式中 风机风量，；风机风压，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，用联轴器连接时，用v形带传动时；电动机备有系数，对引风机，表11 常用风机性能及适用范围型号名称全压范围风量范围功率范围介质最高温度/适应范围4-46离心风机1703370565790000.555080一般厂房通风换气、空调4-72-11塑料离心风机2001410991557001.103060防腐防爆厂房通风排气4-72-11离心通风机20032409912275001.121080一般厂房通风排气4-79离心通风机1803400990177200.751580一般厂房通风换气7-40-11排尘离心通风机50032301310208001.040输送含尘量较大的空气30k4-11轴流风机26516550495000.091045一般工厂车间办公室换气9-199-26离心通风机3231162508241230802.285080锻压炉及其他高压强制通风9-28型离心通风机34301