中北大学课程设计-大气污染控制工程.

1、大气污染控制工程课程设计1. 袋式除尘器1.1 袋式除尘器的简介袋式除尘器是一种干式滤尘装置。它适用于捕集细小、干燥、非纤维性粉尘。 滤袋 采用纺织的滤布或非纺织的毡制成，利用纤维织物的过滤作用对含尘气体进行过滤， 当含尘气体进入袋式除尘器地， 颗粒大、 比重大的粉尘，由于重力的作用沉降下来， 落入灰斗， 含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，使气体得到净化。一般新滤料的除尘效率是不够高的。滤料使用一段时间后，由于筛滤、碰撞、滞留、扩散、静电等效应，滤袋表面积聚了一层粉尘，这层粉尘称为初层，在此以后的运动过程中，初层成了滤料的主要过滤层，依靠初层的作用，网孔较大的滤料也能获得较高的过滤

2、效率。随着粉尘在滤料表面的积聚，除尘器的效率和阻力都相应的增加，当滤料两侧的压力差很大时，会把有些已附着在滤料上的细小尘粒挤压过去，使除尘器效率下降。 另外，除尘器的阻力过高会使除尘系统的风量显著下降。 因此，除尘器的阻力达到一定数值后，要及时清灰。清灰时不能破坏初层，以免效率下降。大气污染控制工程课程设计袋式除尘器的结构图1.2 袋式除尘器的清灰方式主要有(1) 气体清灰：气体清灰是借助于高压气体或外部大气反吹滤袋，以清除滤袋上的积灰。气体清灰包括脉冲喷吹清灰、反吹风清灰和反吸风清灰。(2 ) 机械振打清灰：分顶部振打清灰和中部振打清灰（均对滤袋而言），是借助于机械振打装置周期性的轮流振打各

3、排滤袋，以清除滤袋上的积灰。(3 ) 人工敲打：是用人工拍打每个滤袋，以清除滤袋上的积灰。1.3 袋式除尘器的分类(1 ) 按滤袋的形状分为：扁形袋（梯形及平板形）和圆形袋（圆筒形）。(2 ) 按进出风方式分为：下进风上出风及上进风下出风和直流式（只限于板状扁袋）。(3 ) 按袋的过滤方式分为：外滤式及内滤式。滤料用纤维，有棉纤维、毛纤维、合成纤维以及玻璃纤维等，不同纤维织成的滤料具有不同性能。 常用的滤料有 208 或 901 涤轮绒布，使用温度一般不超过120，经过硅硐树脂处理的玻璃纤维滤袋，使用温度一般不超过 250，棉毛织物一般适用于没有腐蚀性；温度在 80-90 以下含尘气体。1.4

4、 袋式除尘器的优点(1 ) 除尘效率高，可捕集粒径大于0.3 微米的细小粉尘，除尘效率可达99%以上。(2 ) 使用灵活，处理风量可由每小时数百立方米到每小时数十万立方米，可以作为直接设于室内， 机床附近的小型机组， 也可作成大型的除尘室， 即“袋房”。(3 ) 结构比较简单，运行比较稳定，初投资较少（与电除尘器比较而言）,维护方便。所以，袋式除尘器广泛应用于消除粉尘污染，改善环境，回收物料等。2. 湿式石灰脱硫技术是用含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物，该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。石灰石石膏法脱

5、大气污染控制工程课程设计硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术，日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。2.1 石灰石石膏法脱硫工艺原理及流程石灰石石膏法脱硫工艺采用廉价易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液，当采用石灰为吸收剂时石灰粉经消化处理后加水制成吸收剂浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应从而被脱硫，最终反应产物为石膏。吸收塔内的反应、传递也极为复杂，总的反应为：CaCO3SO22H 2OCaSO42H 2OCO2 脱硫后的烟气经除雾器除去携带的细小液滴，

6、 经烟囱排入大气， 脱硫石膏浆液经脱水装置脱水后回收利用。 剩余浆液与新加入的石灰石浆液一起循环， 这样就可以使加入的吸收剂充分被利用， 并确保石膏晶体的增长。 石膏晶体的正常增长是最终产品处理比较简单的先决条件。 新鲜的吸收剂石灰石浆液根据 pH值和分离 SO2 量按一定比例直接加入吸收塔。2.2 脱硫效率的主要影响因素湿式烟气脱硫工艺中，吸收塔循环浆液的pH 值、液气比、烟气速度、烟气温度等参数对烟气脱硫系统的设计和运行影响较大。2.1.1 吸收塔洗涤浆液的PH吸收塔洗涤浆液中pH值的高低直接影响SO2 的吸收率及设备的结垢、腐蚀程度等 ,而且脱硫过程的pH值是在一定范围内变化的。长期的研

7、究和工程实践表明 , 湿法烟气脱硫的工艺系统一般要求洗涤浆液的P H 值控制在 4.55.5 之间。2.1.2 液气比石灰石法喷淋塔的液气比一般在33，则：(15 25)L/m 。取 L/G18L/m液体用量 L18Q183.521046.34105 L h2.1.3 烟气流速和烟气温度大气污染控制工程课程设计目前 , 将吸收塔内烟气流速控制在 (2.6 3.5)m/s较合理 , 典型值为 3m/s。则吸收塔的截面积为： AQ3.67 1043.40m2V3 3600低洗涤温度有利于SO2 的吸收。所以要求整个浆液洗涤过程中的烟气温度都在 100以下。 100左右的原烟气进入吸收塔后,经过多级

8、喷淋层的洗涤降温,到吸收塔出口时温度一般为(45 70) 。3. 设计条件：锅炉型号：SHS35-39 即双锅筒横置式燃烧炉， 蒸发量 35t/h ，出口蒸汽压力 39MP设计耗煤量： 4.2t/h排烟温度： 160空气过剩系数：1.25飞灰率 =29%烟气在锅炉出口前阻力：850Pa设计煤成分： C Y63.2%H Y3%O Y6%N Y1%SY0.8%AY14%W Y12%V Y18%污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2 类区新建排污项目执行连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度200m， 90弯头 40 个。4. 设计计算4.1 计算锅炉燃烧产生的烟气量、烟尘和二氧化硫的浓

9、度4.1.1 烟气量的计算质量 /g摩尔数（原子）/mol需氧量（分子）/mol生成物（分子）/molC632632/12=52.6752.6752.7H3030/1=3015/2=7.515O6060/16=3.75S88/32=0.250.250.25大气污染控制工程课程设计A140理论需要量：52.677.50.2560.42 mol kg理论空气量：60.4222.41006.44 m3kg100021实际烟气量：QS52.7 0.2515 22.46.44796.44 1.25 112022.48.37 m3 kg1000100181000标态下烟气流量：Q QS设计耗煤量8.374

10、.210003.52104 m3h4.1.2 烟气含尘浓度飞灰率YA0.2914010004.85103 mg m3CQS8.374.1.3 SO 2 的浓度CSO20.25 64 10001.91 10 3 mg m38.374.2 除尘器的选择4.2.1 除尘效率1C S120095.88%C4.85 1034.2.2 除尘器的选择工况下烟气流量：QT3.52104273160104m3h3Q2735.5815.5 m sT所以采用脉冲袋式清灰除尘器。4.3 除尘器的设计4.3.1 过滤面积AQ5.58104930m360v601大气污染控制工程课程设计4.3.2滤袋的尺寸单个滤袋直径：

11、D200 300mm ，取 D250mm单个滤袋长度： L2 12m ，取 L8.2m540L8.232.8滤布长径比一般为， D0.254.3.3每条滤袋面积aDL3.140.25 8.26.44m34.3.4 滤袋条数A930144.4 144条n6.44a4.3.5 滤袋布置按矩形布置：（A）a. 滤袋分 4 组;b. 每组 36 条；c. 组与组之间的距离： 250mm（B）组内相邻滤袋的间距：70mm（C）滤袋与外壳的间距： 210mm4.4 喷淋塔4.4.1 喷淋塔内流量计算假设喷淋塔内平均温度为80 C ，压力为 120KPa，则喷淋塔内烟气流量为：式中：喷淋塔内烟气流量，；标况

12、下烟气流量，；K 除尘前漏气系数， 00.1 ；代入公式得：QV15.5 273 80101.3241 0.06 17.94 m3 s2731204.4.2喷淋塔径计算大气污染控制工程课程设计依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可选择喷淋塔内烟气流速v 4 m s，则喷淋塔截面 A 为：AQ17.944.485m 2v4则塔径 d 为：4A44.4852.39md3.14取塔径 D2400mm4.4.3 喷淋塔高度计算喷淋塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。(1) 吸收区高度依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得，选择喷淋塔喷气液反应时间 t=4s ，则喷淋塔的吸收区高度为：H1vt

13、10440m(2) 除雾区高度除雾器设计成两段。 每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最上层 (3.4 3.5)m 。则取除雾区高度为：H 23.5m(3) 浆池高度浆池容量 V1 按液气比浆液停留时间t 1 确定：V1L / GQt1式中：L G液气比，取 18 L m3 ；Q标况下烟气量，m3h ；t1浆液停留时间，s；一般 t 1 为 4 min 8 min ，本设计中取值为5 min ，则浆池容积为：大气污染控制工程课程设计V11810 32.19104532.85m360选取浆池直径等于或略大于喷淋塔D0 ，本设计中选取的浆料直径为D03m m，然后再根据 V1 计算浆池高

14、度：4V1h0D0式中： h0浆池高度， m；V1浆池容积， m3 ；D0浆池直径， m。432.854.65mh323.14从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.8 2m。本设计中取为 2m。(4)喷淋塔高度喷淋塔高度为：H tH1H 2h403.54.6548.15m4.4新鲜浆料的确定CaO sSO2 g2H 2 O lCaSO3 2H 2O s1mo4. l1mol因为根据经验一般钙 / 硫为： 1.05 ：1.1 ，此处设计取为1.05 则由平衡计算可得 1h 需消耗 CaO的量为：1.05 0.514 1037350 mol h735056411.6 kg h10005. 烟囱设计计

15、算具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量, 且温度高于周围气温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。 这相对增加了烟囱的几何高度，因此烟囱的有效高度为：大气污染控制工程课程设计HH SH式中： H烟囱的有效高度， m；Hs烟囱的几何高度，m；H 烟囱抬升高度， m。5.1 烟囱的几何高度的计算查相关资料可得燃烧锅炉房烟囱最低允许高度设为Hs 为 60m5.1.1烟气释放热计算TQH0.35PaQVTS式中： Q H 烟气热释放率， kw；pa 大气压力，取邻近气象站年平均值；Qv 实际排烟量， m3 sTs 烟囱出口处的烟气温度，453K；Ta 环境大气温度， K；取环

16、境大气温度 Ta =293K，大气压力 pa =970kPaTTSTa 453 293160KQV 1032410.06 15.0 m3 s273120QH0.3597015 1601798.68kw4535.1.2 烟气抬升高度计算由 2100kwQH21000kw,TaTs35K ，可得式中： n0 , n1 , n2 系数， n1 取 0.6 ， n2 取 0.4 ， n0 取 0.292 ，则：大气污染控制工程课程设计则烟囱有效高度5.1.3烟囱直径的计算设烟气在烟囱内的流速为v15 m s ，则烟囱平均截面积为：A15.01.0m215则烟囱的平均直径 d

17、为：d4A41.01.13m3.14取烟囱直径为 DN1200mm，校核流速 v 得：vQv15413.27 m s3.141.221d245.2烟囱阻力损失计算烟囱亦采用钢管，其阻力可按下式计算：mlv2d2式中：摩擦阻力系数，无量纲；v 管内烟气平均流速，m s；烟气密度， kg m3 ；l 管道长度， m；d 管道直径， m；已知钢管的摩擦系数为0.02 ，所以烟囱的阻力损失为：m大气污染控制工程课程设计lv20.02 200 13.722 1.5498.29 pad21.13 25.3 烟囱高度校核假设吸收塔的吸收效率为：96%，可得排放烟气中二氧化硫的浓度为：so2196%1.911

18、0376.4mg m3二氧化硫排放的排放速率：vso2so2Qv76.422.01.68 g s式中：y 为一个常数，一般取0.5 1，此处取 0.7 ；zH 烟囱有效源高；max21.680.7 0.0070 mg m33.14499.322.72国家环境空气质量二级标准日平均SO2的浓度为0.15 mg m30.0 0mg7 m3 ，则设计符合要求。6. 管道系统设计计算管道 采用 薄皮 钢管 ，管 内 烟气 流速 为 vo15m s ， 则 管道直径d 为：d41.2Q3600 V0式中： Q烟气流量，；vo 烟气流速，；1.2 修正系数代入相关值得：大气污染控制工程课程设计41.22.

19、19104d3.140.79360015结合实际情况，取为800mm，则实际烟气流速 v 为：v0'4 1.2 Q4 1.2 2.19 10414.5m / sS3600 d 27. 系统阻力的计算7.1 摩擦压力损失取 L200m ，对于圆管lv2PL2d工作状态下的烟气密度：n2731.342730.8kg / m3273180273180pL0.022000.814.52441.53 pa0.827.2 局部压力损失v2P290 弯头，0.23p0.230.8414.5220.31pa240 个弯头p40 p4020.31812.41pa出口前阻力为 850Pa，除尘器阻力选 1

20、400Pa，脱硫设备阻力选 100Pa p 850 1400 100 441.53 812.41 498.29 4102.23pa8. 风机的选择8.1 风量的计算大气污染控制工程课程设计Qy273 t p101.325273 180101.32531.1Q1.1 131692739725108.8m h273P8.2 风压的计算273t p 101.325103 1.293H y1.2pSy 273t yBy1.23978.9171.53273160101.3251031.2933649.94 pa273250101.3251031.34结合风机全压及送风量，选用Y547 6C型离心引风机，

21、其性能参数见表 3。表 3Y5476C 型离心引风机性能参数机号功率转速流量全压KWr / minm3 / hPa6C18.5285080201512933642452电机的效率Q0 PyNe3600 1000 1 2式中； Ne电机功率， kW；3Q风机的总风量， m/h ；1 - 通风机全压效率，一般取0.5 0.7 ；2 - 机械传动效率，对于直联传动为0.95 ；电动机备用系数，对引风机，=1.3 ；代入数据得：2.5110427591.3Ne10000.646kw36000.99. 达标分析9.1 从从排放浓度核算大气污染控制工程课程设计在排烟温度 160下，SO2的排放浓度 so2

22、3.45 103 mg / m3 ，转换为烟囱出口温度 25：T11T22PP12so22731603.45 1032 7 3 1 6 0 5 0 1.92mg / m3则so2273252 9 8设脱硫效率为 95.88，脱硫后：so2196%so2195.88%5012.9206.53mg m3700 mg m3依据大气污染物排放标准中2 类区新建排污项目执行， 烟尘最高排放标标准3700mg/m，所以本设计符合排放要求。9.2 从排放速率核算（ 1） 二氧化硫的排放速率设硫转化为二氧化硫的效率为95.88%，则二氧化硫的排放速率为：103=5×.15kg / h200kg /

23、h0.9588 × 64× 42000× 0.25 × .8%其为 GB16297-1996现有污染源大气污染物排放限值中二级排放区中二氧化硫最高允许排放速率，所以符合要求，设计合理。（2）烟气的排放速率可得出口浓度为： 7.22103 ×（）331-99.9% = 7.22mg/m <150 mg/m检验烟气排放速率 =总烟气量 烟气出口浓度=3.52 104 3.010.56104 mg h0.10kg h100 kg h(100kg / h 国标中二级排放区最高允许排放速率) ，所以可得烟气排放速率也达标，所以设计合理。9.3 从落

24、地浓度核算大气污染控制工程课程设计地面最大浓度为： max21.680.7 0.0070 mg m33.14499.322.72本设计任务书中规定， 污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中二类区新建排污项目执行。由锅炉大气污染物排放标准（摘自GB 13271 2001）可查出3烟 尘最 高允 许 排放 浓度 为200mg/m，二 氧化 硫 的 最高允 许排 放浓 度为900mg / m3 。GB16297-1996现有污染源大气污染物排放限值中二级排放区中二氧化硫最高允许排放速率， 比较得出排放浓度都不超标， 因而设计合理，符合标准，所以该气体经处理后可以在国家 2 级标准下排放。9.4 总排

25、放浓度核算烟尘的总排放浓度（按每年300 天计算）：7.22 103199.9%3002166mg / h2.166g / h国家规定的烟尘总排放浓度为2.5g / h，因为2.1662.5 ，所以符合排放标准。SO2 的总排放浓度（按每年300 天计算）：191010.95883002.36104mg h23.6 g h国家规定二氧化硫的总排放浓度为42 g / h ，因为 23.642，所以符合排放标准。大气污染控制工程课程设计参考文献1 黄学敏，张承中 . 大气污染控制工程实践教程 M. 北京：化学工业出版社， 20032 张殿印 . 除尘工程设计手册 M. 北京：化学工业出版社， 20033 罗辉 . 环保设备设计与应用 M. 北京：高等教育出版社， 20034 周兴求，叶代启 . 环保设备设计手册 - 大气污染控制设备 M ，北京：化学工业出版社， 2003大气污染控制工程课程设计结束语 ：这次大气污染控制工程课程设计主要设计燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统，虽然时间很短， 但我从中学到了不少东西。 课程设计是大学学习的一次综合性考核，是对我们所学知识的一次综合性考核， 是我们走向社会前的一次实践。 通过这次课程设计， 我