环境工程大气课程设计

环境工程大气课程设计TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1设计任务1\o"CurrentDocument"1.1设计题目1\o"CurrentDocument"1.2设计原始数据1\o"CurrentDocument"1.3设计内容及要求1\o"CurrentDocument"2设计运算2\o"CurrentDocument"2.1燃煤锅炉烟气量、烟尘及二氧化硫的浓度运算22.1.1理论空气量22.1.2理论烟气量32.1.3实际烟气量32.1.4烟气含尘浓度32.1.5二氧化硫浓度4\o"CurrentDocument"2.2除尘设备的设计与运算42.2.1袋式除尘器的概念42.2.2袋式除尘器的工作原理42.2.3袋式除尘器的滤料52.2.4袋式除尘器的清灰方式62.2.5袋式除尘器的选择和运算7\o"CurrentDocument"2.3脱硫设备的设计与运算92.3.1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理92.3.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程102.3.3吸取塔内流量运算112.3.4吸取塔径运算112.3.5吸取塔高度运算112.4烟囱设计运算132.4.1烟气开释热运算132.4.2烟囱直径的运算142.4.3烟气抬升高度运算142.4.4烟囱的几何高度运算152.4.5烟囱阻力运算152.4.6烟囱高度校核16\o"CurrentDocument"2.5管道系统设计运算172.5.1管径的运算172.5.2摩擦阻力缺失运算172.5.4系统总阻力运算18\o"CurrentDocument"2.6通风机、电动机的选择19\o"CurrentDocument"3终止语20\o"CurrentDocument"4参考文献21\o"CurrentDocument"5附图211设计任务1.1设计题目SHF20-25型锅炉中硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计1.2设计原始数据锅炉型号：SHF20-25即，双锅筒横置式沸腾炉，蒸发量20t/h，出口蒸汽压力25MPa设计耗煤量：2.4t/h设计煤成分：CY=62.5%，HY=4%，OY=3%，NY=1%，SY=1.5%，AY=20%WY=8%；vy=15%；属于中硫烟煤排烟温度：160C空气过剩系数=1.2飞灰率=35%烟气在锅炉出口前阻力800Pa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150m,90°弯头30个。1.3设计内容及要求〔1〕依照燃煤的原始数据运算锅炉燃烧产生的烟气量，烟尘和二氧化硫浓度。〔2〕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；净化效率的阻碍因素等。〔3〕除尘设备结构设计运算〔4〕脱硫设备结构设计运算〔5〕烟囱设计运算〔6〕管道系统设计，阻力运算，风机电机的选择〔7〕依照运算结果绘制设计图，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、剖面布置图假设干张，以说明清晰为宜，最少4张A4图，并包括系统流程图一张。2设计运算2.1燃煤锅炉烟气量、烟尘及二氧化硫的浓度运算理论空气量以1kg中硫烟煤燃烧为基础，那么：质量/g物质的量/mol（分子〕理论需氧量/molC62552.0852.08H402010O300.94—N100.36—S150.470.47灰分200——HO804.44—2

因此理论需氧量为：Q=52.08+10+0.47-0.94=61.61mol/kg假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78,那么1kg中硫煤完全燃烧所需要的理论空气量为：Q=Qx(3.78+1)=61.61x(3.78+1)=294.05mol/kg21理论烟气量Q二52.08+20+0.47+4.44+61.61x3.78二309.88mol/kg3实际烟气量空气过剩系数q=1.2时，实际烟气量为：Q二Q+Qx0.2二309.88+294.50x0.2二368.78mol/kg43222.4=8.26m3/kg即=8.26m3/kg1000烟气流量Q应以m3/h计，设实际耗煤量为m=2400kg，因此标况下实际烟气量：Q二Qxm二8.26x2400二19824m3/h4烟气含尘浓度烟气含尘浓度：VxAVxAC=—Q40.15x200826=3.63g/m3=3630mg/m3式中：V—飞灰率A—灰分Q4—标准状态下实际烟气量，m3/kg。

二氧化硫浓度=3.65g/m3=3650mg/m364x=3.65g/m3=3650mg/m3~~Q42.2除尘设备的设计与运算2.2.1袋式除尘器的概念过滤式除尘器，又称为空气过滤器，是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置，采纳滤纸或玻璃纤维等填充层作滤料的空气过滤器，要紧用于通风及空气调剂方面的气体净化。袋式除尘器是采纳纤维织物做滤料的过滤式除尘器，在工业尾气的除尘方面应用较广［1］。袋式除尘器的除尘效率一样可达99%以上。尽管它是最古老的除尘方法之一，但由于它效率高，性能稳固可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。同时，在结构形式、滤料、清灰方式和运行方式等方面也都得到了不断的进展。滤袋形状传统上为圆形，后来又显现了扁形，扁袋在相同过滤面积下体积更小，具有较好的应用价值［1］。2.2.2袋式除尘器的工作原理含尘气流从下部孔板进入圆筒形滤袋内，在通过了滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体由排出口排出。沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中，常用滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成，滤料本身网孔较大，孔径一样为20〜50pm，表面起绒的滤料为5〜10pm，因而新奇滤料的除尘效率较低。颗粒因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，逐步在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉尘初层。初层形成后，它成为袋式除尘器的要紧过滤层，提高了除尘效率。滤布只只是起着形成粉尘初层和支撑它的骨架作用，但随着颗粒在滤袋上积聚，滤袋两侧的压力差增大，会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降。另外，假设除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，阻碍生产系统的排风成效。因此，除尘器阻力达到一定的数值之后，要及时清灰。清灰不能过分，即不应破坏粉尘初层，否那么会引起除尘效率显著降低。关于粒径0.1〜0.5pm的粒子清灰后滤料的除尘效率在90%以下；关于1pm以上的粒子，效率在98%以上。当形成颗粒层后，对所有的粒子的效率都在95%以上，关于1pm以上的粒子效率都高于99.6%。另一个阻碍袋式除尘器效率的因素是过滤速度。它定义为烟气实际体积流量与滤布面积之比，也称为气布比。其大小直截了当阻碍到袋式除尘器的一次性投资、运行费用、除尘效率等。过滤速度太高会造成压力缺失过大，降低除尘效率，使滤袋堵塞以至快速损坏。然而，提高过滤速度能够减少过滤面积，以较小的设备来处理同样流量的气体。过滤速度小会提高除尘效率，延长滤袋使用寿命，但会造成除尘器过于庞大，一次性投资加大。它与粉尘性质、气体含尘浓度、滤袋材质和清灰方式等因素有关。一样假设含尘浓度高、粉尘颗粒小，过滤速度应取小值，反之那么取高值。2.2.3袋式除尘器的滤料滤料是组成袋式除尘器的核心部分，其性能对袋式除尘器操作有专门大的阻碍。选择滤料时必须考虑含尘气体的特点，如颗粒和气体的性质〔温度、湿度、粒径和含尘浓度等〕。性能良好的滤料应容量大、吸湿性小、效率高、阻力低，使用寿命长，同时具备耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。滤料特点除与纤维本身的性质有关外，还与滤料表面结构有专门大关系。表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适于含尘浓度低、黏性大的粉尘，采纳的过滤速度不宜过高。表面起绒的滤料容尘量大，颗粒能深入滤料内部，能够采纳较高的过滤速度，但必须及时清灰。袋式除尘器的滤料种类较多。按滤料材质分，有天然纤维、无机纤维和合成纤维等；按滤料结构分，有滤布和毛毡两类。棉毛织物属天然纤维，价格较低，适用于净化没有腐蚀性、温度在350〜360K以下的含尘气体。无机纤维滤料要紧指玻璃纤维滤料，具有过滤性能好、阻力低、化学稳固性好、价格廉价等优点。用硅酮树脂处理玻璃纤维滤料能提高其耐磨性、疏水性和柔软性，还能够使其表面光滑易于清灰，可在523K以下长期使用。玻璃纤维较脆，经不起揉折和摩擦，使用上有一定的局限性。尼龙织布的最高使用温度可达368K,耐酸性不如毛织物，但耐磨性好。奥纶的耐酸性好，耐磨性差，使用温度答423K。涤纶的耐热、耐酸性能较好，耐磨性也仅次于尼龙，可长期在413K下使用，涤纶绒布在我国是性能较好的一种滤料。2.2.4袋式除尘器的清灰方式（1）机械振动清灰：机械振打式清灰式最早显现的清灰方式，它的结构一样是使用某些装置来对滤袋的框架结构进行振打或摇动，通过滤袋的振动来达到清落灰尘的目的。这种清灰方式结构专门简单，甚至人工都能够完成，一样高频率振动清灰和机械振打比较常见，机械振打式清灰的几种操作方式，第一种是沿水平方向的，下部较为固定，上部摇动，水平振打的部位要紧是滤袋的上部和中部。第二种是沿竖直方向振打，这种方式关于滤袋的损害比较大，专门是袋口处，容易显现损坏。因此常常利用一个高速旋转地偏心轮来让滤袋产生频率专门高的振动，从而实现清灰，如此对滤袋损害较小，但清灰成效也较差。第三种是利用振动来实现清灰，振动的频率一样比较高。或者综合前两种方式，叠加在一起。第四种是利用偏心轴上的摇杆，那个偏心轴是不停转动的。如此通过振动圆管，滤袋就会在各个方向上产生摇动，使沉积于滤袋的颗粒层破裂而落入灰斗中。（2）逆气流清灰：所谓逆气流清灰指清灰时气流方向与正常过滤时相反。过滤过程与机械振动清灰方式相同，但在清灰时，要关闭含尘气流，开启逆气流进行反吹风。现在滤袋变形，沉积在滤袋内表面的灰尘破坏、脱落。通过花板落入灰斗。安装在滤袋内的支撑环能够防止滤袋完全被压扁。逆气流清灰袋式除尘器的过滤风速一样为0.3~1.2m/min,压力缺失操纵范畴为1000〜1500Pa。与机械振打式类似，逆气流清灰的袋式除尘器一样也是划分成多个袋室的，同时通过使用阀门，来对袋室进行逐个的提供反向的气流。那个反向气流既能够由专门的风机来提供，也能够由系统的主风机来提供。为了增强逆气流清灰装置的清灰成效，常常会通过安装一些自动阀门来使反向气流产生脉冲。逆气流清灰式的清灰成效必须在过滤的气流速度较低时才会表达出来，因为它本身的清灰作用就比较弱。然而它的优点是清灰比较平均，对滤袋的损坏比较小，而且也可不能产生剧烈的振动。（3）脉冲喷吹清灰：利用4~7个标准大气压的压缩空气反吹，产生强度较大的清灰成效。当进行清灰操作时，将压缩空气喷射入滤袋，气流的速度专门高，而且连续的时刻专门短，一样不超过0.2秒，于此同时，引导大量的空气进入滤袋，如此就会使滤袋产生急剧的膨胀并发生振动，从而使粘附在滤袋上的粉尘脱离并清落下去。每清灰一次，称为一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时刻称为脉冲周期，通常为60s[2]。2.2.5袋式除尘器的选择和运算（1）选择袋式除尘器的滤料及清灰形式由于烟气的温度为160°C,能够选择玻璃纤维滤袋，选用的清灰方式为逆气流清灰，依照表1选择过滤气速v=1.0m/min。F表1粉尘种类纤维种类清灰方式过滤气速/（m/min）飞灰〔煤〕玻璃、聚四氯乙逆气流、脉冲喷吹、0.58~1.8烯机械振动飞灰〔油〕玻璃逆气流1.98~2.35飞灰〔焚烧〕玻璃逆气流0.762〕运算过滤面积160°C下的烟气流量为:PT101.325(273+160)Q=Qxx-^=19824xx=31442.45m3/hPT101.325273N式中：Q—标准状态下实际烟气量，m3/hP—当地实际大气压，取一个标准大气压，即P=P=101.325KPaNNT—排烟温度N因此总过滤面积：aQ'31442.45…A===524.04m260v60x1.0F3〕除尘器的选择：依照除尘器的处理烟气量和总过滤面积，能够选定除尘器型号规格，参考«除尘器手册》选择DFC-6-524型号的反吹袋式除尘器⑶。其要紧性能与要紧结构尺寸见下表：表2DFC-6-524型号反吹袋式除尘器的性能参数型号材质过滤风速/(m/min)处理风量/(m3/h)过滤面积/m2DFC-6-524涤纶或玻纤1.031440524滤袋尺寸/mm滤袋数量/条除尘器阻力使用温度/°C室数/个/KPa①180x61001521.5~2.0<130或<2804要紧结构尺寸〔mm〕：型号hH1H2H3abDDFC-6-5248101539860604920393840127002.3脱硫设备的设计与运算2.3.1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理将石灰石粉加水制成浆液作为吸取剂泵入吸取塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸取塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气通过除雾器除去雾滴，再通过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸取塔内吸取剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸取剂利用率专门高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%[4]。采纳石灰/石灰石浆液吸取烟气中的SO，分为吸取和氧化两个时期。先吸取生成的亚硫酸钙，然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙(即石膏)。该方法的实际反应机理是专门复杂的，目前还不能完全了解清晰。那个过程发生的反应如下。吸取：CaO+HO=Ca(OH)2211Ca(OH)+SO二CaSO•-HO+-HO2232222--CaCO+SO+-HO二CaSO•-HO+COT2223222-CaSO•-HO+SO+-HO二Ca(HSO)2222232由于烟气中含有O2，因此吸取过程中会有氧化副反应发生。-氧化：在氧化过程中，要紧是将吸取过程中所生成的CaSO•-HO氧化称322为CaSO•2HO:42-2CaSO•-HO+O+3HO二2CaSO•2HO4222242由于在吸取过程中生成了部分Ca(HSO)，在氧化过程中，亚硫酸氢钙也被32氧化，分解出少量的SO：21Ca(HSO)+—O+HO二CaSO•2HO+SO

32222422设备运行过程中的问题及显现这种问题的缘故［5］：〔1〕设备腐蚀：化石燃料燃烧的排烟中含多种微量的化学成分。在酸性条件下，对金属的腐蚀性相当强，包括吸取塔、言其后续设备。〔2〕结垢和堵塞：固体沉积要紧以三种方式显现：湿干结垢，即因溶液水分蒸发而使固体沉积；Ca(OH)或CaCO沉积或结晶析出；CaSO或CaSO从2334溶液中结晶析出。其后是导致脱硫塔内发生结构的要紧缘故。〔3〕除雾器的堵塞：液体中的小液滴，颗粒物进入除雾器，引起堵塞。解决方法：定期(每小时数次)用高速喷嘴喷清水进行冲洗。2.3.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程石灰石/石灰法湿式烟气脱硫技术的工艺流程如图1所示。锅炉烟气经除尘、冷却后送入吸取塔，吸取塔内用调配好的石灰石或石灰浆液洗涤含SO的烟气，2洗涤净化后的烟气经除雾和再热后排放。吸取塔内排出的吸取液流入循环槽，加入新奇的石灰石或石灰浆液进行再生［7］。图1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程

2.3.3吸取塔内流量运算假设吸取塔内平均温度为80°C，压力为120KPa,那么吸取塔内烟气流量为:x(1+K)273+1101.325x(1+K)x273Pa式中：QV—吸取塔内烟气流量，m3/s；Q—标况下烟气流量，m3/s；K—除尘前漏气系数，0〜0.1；19824x360027319824x3600273+80101.325x273120x(1+0.05)=6.31m3/s2.3.4吸取塔径运算依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可选择吸取塔内烟气流速v二3m/s,那么吸取塔截面A为：6.31=6.31=2.10m2那么塔径d为:=1.64m」'4A〔4x2.10=1.64md==1兀冷3.14取塔径D0二1700mm。2.3.5吸取塔高度运算吸取塔可看做由三部分组成，分成为吸取区、除雾区和浆池［6］。〔1〕吸取区高度：依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得，设吸取塔喷气液反应时刻t=3s，那么吸取塔的吸取区高度为：气=vxt=3x3=9m33吸取区一样设置3〜6个喷淋层，每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴，本设计中设置4个喷淋层，喷淋层间距为2m,入口烟道到第一层喷淋层的距离为2m，最后一层喷淋层到除雾器的距离1m。〔2〕除雾区高度：除雾器用来分离烟气所携带的液滴,在吸取塔中,由上下两极除雾器（水平或菱形）及冲水系统（包括管道、阀门和喷嘴等）构成。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴⑻。最后一层喷淋层到除雾器的距离1m,除雾器的高度为2.5m,除雾器到吸取烟道出口的距离为0.5m。那么取除雾区高度为：H2=4m〔3〕浆池高度：浆池容量V］按液气比浆液停留时刻［确定:式中：G—液气比，一样为15〜m，取15L/m3；Q—标况下烟气量，m3/h；t—浆液停留时刻,s，一样t为4min~8min，本设计中取值为5min；11V=-1^x19824x^二24.78m31100060选取浆池直径等于吸取塔D选取浆池直径等于吸取塔D，0本设计中选取的浆池直径D为1700mm，然1后再依照V运算浆池高度：1式中：H—浆池高度，m；3V—浆池容积，m3；1二10.92m4x24.78二10.92m3.14x1.7x1.7从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.82m。本设计中取为1.5m。〔4〕喷淋塔烟气进口高度设计：喷淋塔烟气进口高度h=J321=0.52m，烟气出口高度与进口高度相同4计20〔5〕吸取塔高度：H二H+H+H二9+4+10.92+1.5+0.52x2二26.46m1232.4烟囱设计运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，因此能够上升至专门高的高度。这相对增加了烟囱的几何高度，因此烟囱的有效高度为：H=H+AHS式中：H—烟囱的有效高度，m；H—烟囱的几何高度，m；SAH—烟囱抬升高度，m。2.4.1烟气开释热运算ATQ=0.35PxQx——HavTs式中：Q—烟气热开释率，kw；HP—大气压力，近似取一个标准大气压101.325kPa；aQ—实际排烟量，m3/svTs—烟囱出口处的烟气温度，433k；T—环境大气温度a取环境大气温度T=293K，大气压力P=101.325kPaaaAT二T-T二433-393二140Ksa环境大气压下的烟气流量：Q二烂x273+160x101^x(1+O.O5)=9.17m3/sv3600273101.325QH=035PaXQvX竿=°35X1013・25X9・17X罟=1051.46kWs2.4.2烟囱直径的运算烟囱平均内径可由下式运算D=4Qnu式中：Q—实际烟气流量，m3/s；vu—烟气在烟囱内的流速，m/s，取20m/s。D=；4%9.17=0.76m3.14x20取烟囱直径为DN800mm；校核流速v=v=4x9.17=18.25m/s。nD23.14x0.8022.4.3烟气抬升高度运算由Qv1700kw，可得H…2x(1.5vD+0.01Q)AH二sh式中：V—烟囱出口流速，取20m/s；sD—烟囱出口内径，m；I—烟囱出口处平均风速，取10m/s.10AH二2%（卩％2°xOXO+O.011心1%）二6.90m102.4.4烟囱的几何高度运算本设计的锅炉燃煤量为2.4t/h，依照表2中锅炉总容量与烟囱最低承诺高度的关系，取烟囱几何高度为Hs=30m。表3锅炉房总容量与烟囱最低承诺高度关系锅炉房总容量〔t/h〕MW烟囱最低承诺高度〔m〕<1<0.7201〜20.12〜1.4252〜41.4〜2.8304〜102.8〜73510〜207〜144020〜4014〜2845那么烟囱有效高度为：H二H+AH二30+6.9二36.9mS2.4.5烟囱阻力运算标准状况下的烟气密度为1.46kg/m3，那么可得在实际温度下的密度为:273273+160二1.46x巴443=0.92kg/m3烟囱阻力可按下式运算：Ap=Ap=v2p式中：尢一摩擦阻力系数，无量纲，本处取0.02；v—管内烟气平均流速，m/s；p一烟气密度，kg/m3l一烟囱长度，m；d一烟囱直径，mAp=0.02xAp=0.02x36.9x0.92x18.2520.80x2=141.34pa烟囱高度校核假设吸取塔的吸取效率为80%，可得排放烟气中二氧化硫的浓度为C=(1-80%)x3650=730mg/m3SO2二氧化硫排放的排放速率：v=CxQ=730x9.17x10-3g/s=6.69g/sso2SO2v用下式校核：2vppmaxsocpmax2nuH2epz式中：匕一为一个常数，一样取0.51,此处取0.8；pzmaxmax2x6.69x10003.14x10x35.72xex0.8=0.098mg/m322查得国家环境空气质量二级标准时平均SO2的浓度为0.5mg/m3,因此设计符合要求。2.5管道系统设计运算2.5.1管径的运算假设管道采纳薄皮钢管，管内烟气流速为v=15m/s，那么管道直径d为：o’'4x1.2xQ36O0ivi0式中：Q'—160°C时的烟气流量，m3/h；v0—烟气流速，m/s；1.2—修正系数代入相关值得：」'4x1.2x31442.45门„od==943mm3600x3.14x15f参照圆形通风管道规格，取为1000mm，那么实际烟气流速V。为=13.35m/s4x1.2x31442.45=13.35m/s3600x3.14x122.5.2摩擦阻力缺失运算依照流体力学原理，空气在任何横截面形状不变的管道内流淌时，摩擦阻力Ap可用下式运算：mV2p式中：尢一摩擦阻力系数，无量纲;v—管内烟气平均流速，m/s；p—烟气密度，kg/m3；l—管道长度，m；d—管道直径，m；关于薄皮钢管，查阅相关资料的钢管的九二0.02。代入相关数值得:ApmO.°2x150x⑴52決0.92=245.95PaApm2x12.5.3局部阻力缺失运算烟气管道局部阻力缺失可按下式运算fApmfApm=nzpv2式中：n—弯头个数；Z—局部阻力系数，无量纲;p—烟气密度，kg/m3；v—管内烟气平均流速，m/s；在烟气管道中一样采纳的是二中节二端节型90°弯头，其局部阻力缺失系数Z二0.25，因此感到局部阻力缺失为：'13352Ap=30x0.25x0.92x=614.87Pam2管道总阻力缺失Ap为：Ap二245.95+614.87二860.82Pa2.5.4系统总阻力运算系统的总阻力包括烟气在锅炉出口前的阻力、烟囱阻力、管道总阻力与脱硫设备的阻力之和。查相关资料，脱硫设备的阻力为880Pa，那么系统的总压力缺失为：Ap二800+141.34+860.8