大气污染控制课程设计

1、大气污染控制工程课程设计2-13 型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计姓名：李欣学院：河海学院专业：环境科学学号： 631303070110目录前言当前我国大气污染状况依然十分严重，主要表现为煤烟型污染。城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标； 二氧化硫污染一直在较高水平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加；氮氧化物污染呈加重趋势。空气是地球表面一切有生命的物质赖以生存的基本条件。如果没有空气，人类的生存及其社会活动就无法维持下去，植物的光合作用不能进行，其它生物也不复存在。所以，当大气遭受污染之后，其成分、性质都发生了改变，这势必会对人体健康、动植物生长生活以及生态平衡乃至各种器官的存

2、放产生有害的影响。近年来，随着城市工业的发展，大气污染日益严重，空气质量进一步恶化，不仅危害到人们的正常生活，而且威胁着人们的身心健康。我国11 个城市中，空气中的烟尘和细颗粒物每年使40 万人感染上慢性支气管炎。在一定程度上，城市生活正在背离人们所追求的健康目标。呼吸道疾病、温室效应、臭氧层破坏、酸雨、 2.5 等等，在这些名词已经频繁的出现在我们的日常生活中，大气污染的控制已经刻不容缓。就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在长时间内不会有根本性的改变。我国的大气污染仍将以煤烟型为主。因此，控制燃煤烟气污染使我国大气质量、减少酸雨额二氧化硫的关键问题。1.总论1

3、.1 设计任务设计 2-13 型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统，要求对主要烟气处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，完成设计计算说明书和设计图纸。1.2 设计内容及要求根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量，烟尘和二氧化硫浓度。净化系统设计方案的分析，包括净化设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；净化效率的影响因素等。1.2.3除尘设备结构设计计算1.2.4脱硫设备结构设计计算1.2.5烟囱设计计算1.2.6管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择1.2.7根据计算结果绘制设计图，系统图要标出设备、管件编号、并附明细表；除尘系统、脱硫设备平面、剖面布置图若干张，以解释清楚为宜，最少

4、4 张 A4 图，并包括系统流程图一张。1.3 设计原始资料基本资料（ 1）锅炉型号： 2-13即，单锅筒纵置式链条炉，蒸发量2，出口蒸汽压力13（ 2）设计煤流量：350（台）（ 3）设计煤成分：65%4%2%1%3%15%10% ； 8，属于高硫无烟煤（ 4）排烟温度： 160（ 5）空气过剩系数=1.3（ 6）排烟中飞灰占煤中不可燃成分比例：16%（ 7）烟气在锅炉出口前阻力550（ 8）连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度50m， 90弯头 10 个。处理要求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。锅炉大气污染排放标准（132712001 ）中二类区执

5、行标准：烟气浓度排放标准（标准状况下）：2003；二氧化硫排放标准（标准状况下）： 9003。1.4 参考文献（ 1）贾绍义、柴诚敬， 化工原理课程设计 ；（ 2）熊振湖、费学宁、池勇志等， 大气污染防治技术及工程应用 ；（ 3）马广大，大气污染控制工程 ；（ 4）胡洪营，环境工程原理 ，高等教育出版社；（ 5）李功祥等， 常用化工单元及设备设计 ，华南理工大学出版社；（ 6）余国琮，化工机械工程手册 ，化学工业出版社， 2003；（ 7）路秀林等， 化工设备设计全书塔设备 ，化学工业出版社， 2004；（ 8）化学工程手册第三卷 ，化学工业出版社；（ 9）化工工艺设计手册 ，化学工业出版社；

6、（ 10）董大勤等，压力容器与化工设备衫手册 ，化学工业出版社；（ 11）王志魁，化工原理，化学工业出版社；2.脱硫工艺流程的选择及说明2.1 工艺比较湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤2 烟气以除去 2 的技术，本设计为高浓度2 烟气的湿法脱硫。近年来尽管半干法和干法脱硫技术及其应用有了较大的发展空间,但是湿法脱硫仍是目前世界上应用最广的脱硫技术 ,其优点是技术成熟 ,脱硫效率高 ,操作简便 ,吸收剂价廉易得适用煤种范围广,所用设备较简单等优点。常用方法有石灰 / 石灰石吸收法、钠碱吸收法、氨吸收法。其工艺比较见表1：表 1 湿法脱硫各工艺比较明细表项目优点缺点脱硫效率高，吸收剂资源广系统复杂，

7、占地面积大， 造价石灰 / 石灰石吸收法泛，价格低廉， 副产品石膏可高，容易结垢造成堵塞， 运行用建筑材料费用高，只使用大型电站锅炉价格便宜， 脱硫效率高， 副产氢氧化钠吸收法品的溶解度特性更适用加热高温下 3 转换成23,丧失吸收解吸过程， 可循环利用， 吸收二氧化硫的能力速度快氨吸收法脱硫效率高，运行费用低吸收剂在洗涤过程中挥发产生氨雾，污染环境，投资大综合上述几种常用脱硫的优缺点比较，经过比较全面考虑，最终选用双碱吸收法进行脱硫，即采用来吸收烟气中的 2该法吸收剂采用钠碱， 故吸收率较高，再用石灰石中和再生， 再生后的溶液继续循环利用。可达 95%，而且吸收系统内不生成沉淀物，无结垢和阻

8、塞问题。其反应机理：2+2 23+H2O23+2+H2O 2323 同样可以吸收2，达到循环吸收的效果。2.2 工艺流程介绍脱硫工艺主要包括：吸收剂制备和补充系统，烟气系统， 2 吸收系统，脱硫产物处理系统四部分组成。 吸收剂制备与补充系统脱硫装置启动时用氢氧化钠作为吸收剂，氢氧化钠干粉料加入碱液罐中，加水配制成氢氧化钠碱液，在碱液罐中可以定期进行氢氧化钠的补充，以保证整个脱硫系统的正常运行及烟气的达标排放。为避免再生生成的亚硫酸钙、硫酸钙也被打入脱硫塔内容易造成管道及塔内发生结垢、堵塞现象，可以加装瀑气装置进行强制氧化或特将水池做大，再生后的脱硫剂溶液经三级沉淀池充分沉淀保证大的颗粒物不被打

9、回塔体。另外，还可在循环泵前加装过滤器，过滤掉大颗粒物质和液体杂质。烟气系统锅炉烟气经烟道进入除尘器进行除尘后进入脱硫塔，洗涤脱硫后的低温烟气经两级除雾器除去雾滴后进入主烟道，经过烟气再热后由烟囱排入 大气。当脱硫系统出现故障或检修停运时，系统关闭进出口挡板门，烟气经锅炉原烟道旁路进入烟囱排放。2 吸收系统锅炉烟气从烟道切向进入主塔底部，在塔内螺旋上升中与沿塔下流的脱硫液接触，进行脱硫除尘，经脱水板除雾后，由引风机抽出排空。脱硫液从螺旋板塔上部进入，在旋流板上被气流吹散，进行气叶两相的接触，完成脱硫除尘后从塔底流出，通过明渠流到综合循环池。脱硫产物处理系统脱硫系统的最终脱硫产物仍然是石膏浆，从

10、曝气池底部排浆管排出，由排浆泵送入水力旋流器。由于固体产物中掺杂有各种灰分及 4，严重影响了石膏品质，所以一般以抛弃为主。在水力旋流器内，石膏浆被浓缩 (固体含量约 40)之后用泵打到渣处理场，溢流液回流入再生池内。2.3 吸收 2 的吸收塔的选择表 2 各填料塔性能对比表名 称操作参数优 点缺 点空塔气速2.0 5.0结构简单， 设备小，制造容易， 占空间小；填料塔液气比0.5 1.03液气比小，能耗低；气液接触好，传质较不能无水运行压力损失200 1000易，可同时除尘、降温、吸收液气比1 103结构简单，制造容易；填料可用耐酸陶瓷，较易解决防腐蚀问喷淋密度6 m3/(m2)自激湍球塔题；

11、不能无水运行压力损失 500流体阻力较小，能量消耗低；空塔气速 0.51.2操作弹性较大，运行可靠。空塔气速1.0 3.0安装要求严格，结构较简单，空塔速度高，处理气量大；塔板要求水平；小孔气速16 22能够处理含尘气体， 可以同时除尘、 降温、操作弹性较小，筛板塔液层厚度40 60吸收；易形成偏流和漏单板阻力300 600；大直径塔检修时方便液，使吸收效率喷淋密度 12 15 m3/(m2)下降。气液接触时间短，混合不易均空塔气速2.5 4.0匀，吸收效率低；结构简单，造价低，操作容易；液体经喷嘴喷喷淋塔液气比 13 303可同时除尘、降温、吸收，压力损失小入，动力消耗大，压力损失500 2

12、000喷嘴易堵塞；产生雾滴，需设除雾器通过比较各种设备的性能参数，填料塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点，具有很高的脱硫效率，所以选用填料塔吸收二氧化硫。2.4 填料的选择填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面而且促使气液两相分散，液膜不断更新，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。填料的种类很多，大致可分为实体填料与网体填料两大类。实体填料包括环形填料 (如拉西环、鲍尔环和阶梯环 )，鞍型填料 (如弧鞍、矩鞍 )，以及由陶瓷、金属、塑料等材质制成的填料。网体填料主要是由金属丝网制成的

13、填料，如鞍形网、波纹网等。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与其它填料相比，鲍尔环的气体通量可增加 50%以上，传质效率提高 30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。结合几种填料的优缺点最终决定本次设计选择塑性鲍尔环作为填料。3.除尘器设计及计算3.1 燃煤锅炉烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算标准状况下理论空气量?= 4.76(1.867?+ 5.56? + 0.7? -0.7? )(m 3?)式中：、分别在煤中各元素所含的质量分数0.7 0.02 )? = 4.76 ( 1.867 0.65 + 5.56 0.04 + 0.7 0.03 -=

14、 6.868 (m3)3.1.2 标态下理论烟气量? 3?= 1.867 (? + 0.375? ) + 11.2? + 1.24?+ 0.016?+ 0.79? + 0.8?(m )?式中： ? 标准状态下理论烟气量；?煤中水分的质量分数； N 元素在煤中的质量分数。?= 1.867 ( 0.65 + 0.375 0.03 ) + 11.2 0.04 + 1.24 0.10 + 0.016 6.868 + 0.79 6.868 +?0.8 0.01 (m3)= 7.35 (m3)标准状态下实际烟气量?= ?+ 1.016(? -1)? (m3)式中：空气过剩系数；? 标准状态下理论空气量(m

15、3)；? 标准状态下理论烟气量(m3)。? = 7.35 + 1.016(1.3 - 1) 6.868?= 9.44 (m3)由于标准状态下烟气流量Q 应以 m3 计，因此设计耗煤量；设计耗煤量 =9.44 350=3304(m 3)标态下烟气含尘浓度?( 3)C= (? /? )?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；标准状态下实际烟气量，m3。C =(0.35/9.44)0.15 =2.604 (3)3.1.5 标态下烟气中 2 的浓度?63= (2 ?/? ) 10( )?2式中：煤中硫的质量分数；标准状态下燃煤产生的实际烟气量(m3 / )。? =

16、 (2 0.03/9.44) 10 6= 6.36 10 3 (m3 )23.2 除尘器的选择除尘效率= 1 - ?/?式中： C标态下烟气含尘浓度(3)；标态下锅炉烟尘排放标准规定值(3)。= 1 -200/2604= 92.32 %工况下烟气流量QQPT= (m3)TP式中： Q标态下实际烟气量(m3)；P标准大气压， ；P当地实际大气压，取98；T出口烟气温度，K。3304 101.325 (273+160)? =273 98= 5418.21 (m3)= 1.505 (m3)除尘器的选择根据工况下烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率来确定除尘器（袋式除尘器）袋式除尘器是使含尘气体通过滤

17、袋滤去其中离子的分离捕集装置，是过滤式袋式除尘器中一种，其结构形式多种多样，按不同特点可分为圆筒形和扁形；上进气和下进气，内滤式和外滤式，密闭式和敞开式；简易，机械振动，逆气流反吹，气环反吹，脉冲喷吹与联合清灰等不同种类,其性能比较如表3 所示：表 3不同袋式除尘器性能比较表除尘种类除尘效率净化程度特点简易袋式30%中净化机械振动袋式90%要求滤料薄而光滑， 质地柔软， 再过滤面上生成足够的振动中净化力。脉冲喷吹袋式99%清灰方式作用强度很大，而且其强度和频率都可以调节，清细净化灰效果好气环式袋式99%适用高湿度、高浓度的含尘气体，造价较低，气环箱上下移细净化动时紧贴滤袋，使滤袋磨损加快，故障

18、率较高通过我组比较最终决定选用袋式除尘器，根据处理烟气性质及不同型式的袋式除尘器的优缺点，最终决定选用 36 I 型系列逆喷脉冲袋式除尘器。脉冲袋式除尘器是一种周期性的向滤袋内或滤袋外喷吹压缩空气来达到清除滤袋上积尘的袋式除尘器，它具有处理风量大，除尘效率高的优点，而且清灰机构设有运动部件，滤袋不受机械力作用，损伤较小，滤袋使用周期长的特点。用除尘器手册中选取系列逆喷脉冲袋式除尘结构特点 : 主要由上箱体，中箱体，下箱体，排灰系统与喷嘴系统等几个主要部分组成。上箱体内设有多孔板，滤袋，滤袋框架；下箱体包括进气口、灰斗、检查门；排灰系统由减速装置和排灰装置组成；控制仪、控制阀、脉冲阀、喷嘴管与气

19、包等组成喷吹系统。工作原理：含尘气体由下箱体的进风口进入除尘器内经过滤袋过滤。粉尘被阻留在袋外，净化气体进入袋内经过文氏管，由排风口排出机外，阻留在滤袋上的粉尘通过用电控（D）、机控（ J）或气控（ Q）中的一种方式，控制开启脉冲阀定时分排，对滤袋进行清灰，其主要性能与主要结构尺寸分别见表4、表 5：表 436 型逆喷脉冲袋式除尘器主要性能型号过滤面积 m2滤袋数量 / 条处理风量 m3脉冲阀个数 / 个外形尺寸 / 长高宽36 I27363250 648061425 1678 3660设备质量滤袋尺寸设备阻力除尘效率入口含尘浓度3过滤风速1116.80 12020001200 1500 99

20、%2 142 4表 536 型逆喷脉冲袋式除尘器主要尺寸型号AA1B1HB36I16781150134011003660影响因素 ：过滤风速、滤料风速、滤料种类、清灰方式、入口含尘浓度、处理气体性质、净化物料种类等。总过滤面积根据含尘浓度、滤料种类及清灰方式等，即可确定过滤气速，并得出总过滤面积：?A = 60? (m2)?式中： Q预处理的烟气量(m3)过滤速度(),取 1.8A =5418.21= 50.17 (m2)601.84.管道布置及各管段的管径4.1 各装置及管道布置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，

21、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。4.2 确定管径4?d = (m)?式中： v烟气流速（对于锅炉烟尘10 15），取 13 则：4 1.505d = 3.14 13= 0.384 (m)对管径进行圆整，查询设计手册可得到表6：表 6钢制板风管圆整相关数据外径外径允许偏差壁厚400 10.75内径： ? = 400 -2 0.75 = 398.514?4?=4 1.505= 12.07 ()，由此可知，除尘器中的管径设计合由公式 d = (m)可得到烟气流速 v =22?3.14 0.3985理。5.烟囱的设计5.1 烟囱高度的计算首先确定共

22、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确定烟囱的高度。表 7 锅炉总蒸发量与烟囱高度的关系锅炉总额蒸发量（）1 1 2 2 6 6 10 20 20 35烟囱的最低高度 (m) 20 2530354045由于给定锅炉型号2 13 蒸发量为 2，故选定烟囱高度为30m烟囱抬升高度：? = ?(? - ?) ；?0?式中：烟囱的热排放率；标况下的烟气平均比定压热容，取1.383K；标准状态下的烟气排放量(m 3)；烟气出口温度；当地最近5 年平均气温值273+20=293K? = 1.38 0.918 ( 160 - 20 ) = 177.36 ；由于 17

23、7.362100 ，则：?h = 2 15? ?+0.01?；?式中：烟率出口速度?0.918 4()， ?= =2 = 3.25；?3.14 0.6D烟囱出口内径(m) ；烟囱的热排放率；u烟囱出口的环境平均风速()，取 2.5。则： ?h = 2 15 3.25 0.6+0.01 177.362.5= 3.76m；烟囱的有效高度为 H?= ?+ ? = 33.76 m5.2 烟囱直径的计算烟囱出口内径按如下公式：?d = 0.0188 (m)?式中： Q通过烟囱的总烟量(m3)；V烟气流速， ，由表 8 确定，取为5。表 8烟囱不同情况下出口烟气流速运行情况通风方式全负荷最小负荷机械通风1

24、02045自然通风682.535418.21d = 0.0188 5 = 0.62m5.2.2 烟囱底部直径? = ?+ 2? = 0.7 + 2 0.02 30 = 1.9 (m)?式中： d 烟囱出口直径 (m)，圆整取0.7m ；烟囱高度 (m)；i烟囱锥度，取0.025.3 烟囱的抽力? = 0.0342?(1-1)?()273+?273+?H 烟囱高度m外界空气温度烟囱内烟气平均温度B当地大气压? = 0.0342 30 (113 = 110.95-) 98 10273 + 20273 + 1605.4 系统阻力计算烟囱的阻力损失计算2?对于圆管 ? = ? ()?2-摩擦阻力系数，

25、取0.04；l -管道长度 (m)；d -管道直径，取0.9m ；? 273 981.36 273 98-烟气密度 (3)=?=433 191.325 = 0.83 3；(273+160) 101.325- 管内烟气平均流速。?= 0.04 30 0.83 213= 93.51 ；则最大地面浓度 ?=2 0.6 25412= 0.11 30.53；可见地面最0.9 23.14 2.5 2.72 36.47大浓度小于国家规定,烟囱高度设计合理。摩擦阻力损失2? =；?2?式中： L管道长度，取50(m) ；d管道直径 (m)；烟气密度 ( m3)；v管中烟气流速 ()；摩擦阻力系数， 是气体雷诺

26、数和管道相对粗糙度的函数，可以查手册得到。（实际中金属管取0.02，砖砌或混凝土管道取0.04）。 p =0.02 50 0.83 12.05 20.40 2= 150.655.4.3 局部压力损失20.12? 0.83 12.05?P = 2=2= 6.062 ()式中：异型管件的局部阻力系数；烟气密度(3)；v与相对应的断面平均气流速率()。（ 1）除尘器进气管的阻力损失计算22渐缩管的计算：45时=0.1 所以取 =45， 12.05；?P =?0.1 0.83 12.05= 6.026 ；由于两2222? 0.175 0.83 12.052个弯头均为 90 ?P =2= 21.0922

27、2渐扩管的计算： ?P =? 0.25 0.83 12.05；2=2= 15.06?3 =(0.5-0.4) ?67.52= 0.12 (m)（ 2）除尘器出气管的阻力损失的计算20.1 0.832渐扩管的计算：45时? 12.05=0.1；取 =30则： ?P =2= 6.026 ；2?4 =(0.5-0.4) ?67.590o 弯头， 400 m m ，取 1.5D 则 =0.175；2= 0.12 (m)；两个222?P =?0.175 0.83 12.05=2= 21.092（ 3）对于 T 型三通22?P =?0.55 0.83 12.05550，除尘器2=2= 33.14 （其中

28、=0.55 ）；则系统总阻力 其中锅炉出口前阻力阻力 1400（一般为12001500 ） h = 150.65 + 6.026 + 6.062 + 21.09 + 15.06 + 6.026 + 21.09 + 33.14 + 550 + 1300 = 2106.705.6 风机和电机的选择和计算标准状态下风机风量的计算? = 1.1?273+?101.235 (m3)?273?式中： 1.1风量备用系数；B当地大气压；Q标准状态下风机前的风量(m3)；风机前烟气温度，若管道不长，可以近似取锅炉排烟温度。? = 1.1 0.918 3600 273+160101.235= 5961.47 (

29、m3?27398)5.6.2 风机风压的计算? = 1.2(? -?)273+?101.3251.293?273+? ()?式中： 1.2风压备用系数； ?h 系统总阻力 ()；风机前烟气温度；风机性能表中给出的实验用气体温度；标准状态下烟气密度 1.36 m3；烟囱产生的抽力 ()。? =1.2 (2106.70 - 110.95273+ 160101.3251.293= 2155.08)+ 200273981.365.6.3 风机的选定根据和选定 Y5-47的离心引风机，性能表见表9；表 9 Y5-47 型引风机性能参数表型号全压/（）风量 / （ m3）功率输送介质温度（）适用范围Y5-

30、47981 38062750 753303 110 2501 20 锅炉引风电动机功率的计算?=；3600 1000?1 ?2式中：风机风量(m3 )；风机风压()； 1风机在全头时的效率（一般风机为0.6；高效风机为 0.9)； 2机械传动功率 （风机与电机直联传动时 =1，用联轴器连接时 =0.95 0.98，用 V 形带动传动时 =0.95）电动机备用系数，对引风机 =1.35961.47 2155.08 1.3?= 3600 1000 0.6 0.95 = 8.14电动机的选定根据电动机的功率，风机转速，传动方式，选定Y1606 型电动机（功率是11 ），性能参数见表10；表 10 Y

31、1606 型电动机性能表功率 ()型号转速效率 (%)功率因数11Y1606970870.786.填料塔的设计及计算6.1 塔径的计算在常压零摄氏度下2 的密度为 2.927，再由表 3 中填料的相关参数进行计算：表 11 不同种类填料相关参数明细表品名（鲍尔环径高厚 比表面积）（ m23空隙率 (%)干填料因子）种类 116 16 11880.91275种类 225 25 1.2 1750.90239种类 338 38 1.4 1150.89220种类 450 50 1.5930.90127种类 576 76 2.6730.9294D = 4?其中空塔气速为泛点气速的50% 80%，取 u

32、=80% u?=0.8 0.92= 0.736m/s 时；?4 3547D = 3600 0.736= 1.31m；根据国内压力容器公称直径进行校正得1.35m。3.146.2 填料层高度计算用清水吸收属于中等溶解度的吸收，气膜阻力和液膜阻力都应考虑，本设计属于低浓度气体的吸收，塔内气体和液体的摩尔流量变化较小，其提及吸收系数可视为常数；采用计算公式 Z = H?N?式中：相总传质高度，取0.61m；气相总传质单元数，取6.84m 。Z = 6.84 0.61 =4.17m；所以填料层高度为4.17 = 6.20 m；? = 1.5设计取填料层高度为Z = 7m6.3 填料塔高度计算对于鲍尔环 h = 5 10 ，? 6m；D?h取 D = 6 ，则 h = 6 1350 = 8100mm = 8.1m ，取 8m 。6.4 填料塔附件的选择压力降的计算?X= ( )?0.5274517.21.360.52(?)