大气课程设计锅炉烟气除尘脱硫系统设计

大气课程设计锅炉烟气除尘脱硫系统设计锅炉烟气除尘脱硫系统设计说明书目录1.前言2.设计任务书2.1设计题目2.2设计原始资料2.3设计内容和要求3.设计计算3.1烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算3.1.1标准状态下理论空气量3.1.2标准状态下理论烟气量3.1.3标准状态下实际烟气量3.1.4标准状态下烟气含尘浓度3.1.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算3.2除尘器设备的设计与计算3.2.1袋式除尘器的概念3.2.2袋式除尘器的工作原理3.2.3袋式除尘器的滤料3.2.4袋式除尘器的清灰方式设计说明：本文旨在介绍锅炉烟气除尘脱硫系统的设计。首先，我们将介绍设计任务书，其中包括设计题目、设计原始资料和设计内容和要求。接着，我们将详细介绍设计计算部分。在烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算中，我们将涵盖标准状态下理论空气量、理论烟气量、实际烟气量、烟气含尘浓度以及烟气中二氧化硫浓度的计算。在除尘器设备的设计与计算中，我们将详细介绍袋式除尘器的概念、工作原理、滤料以及清灰方式。通过这些计算和设计，我们能够有效地减少锅炉烟气中的污染物，保护环境和人类健康。3.2.5选择和计算袋式除尘器在工业生产中，袋式除尘器是一种常见的粉尘过滤设备。在选择袋式除尘器时，需要考虑处理空气流量、过滤面积、过滤速度等因素。计算袋式除尘器的尺寸时，需要根据设备的处理能力和过滤效率来确定。3.3脱硫设备的设计与计算烟气脱硫技术是一种常用的环保设备，可以有效地去除烟气中的二氧化硫。其中，石灰石/石灰法湿法脱硫技术是一种成熟的脱硫技术。在设计和计算脱硫设备时，需要考虑石灰石/石灰的用量、吸收塔的尺寸和排放标准等因素。3.3.1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理石灰石/石灰法湿法脱硫技术是通过将石灰石/石灰喷入吸收塔中，与烟气中的二氧化硫反应生成石膏，从而达到脱硫的目的。该技术具有脱硫效率高、排放物质稳定等优点。3.3.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程石灰石/石灰法湿法脱硫技术的工艺流程主要包括石灰石/石灰制备、烟气处理、石膏处理等环节。在烟气处理环节中，需要考虑烟气的流量、吸收塔的尺寸等因素。3.3.3吸收塔内流量计算在设计吸收塔时，需要计算吸收塔内的流量。流量的计算需要考虑烟气的流量、石灰石/石灰的用量等因素。通过计算，可以确定吸收塔的尺寸和工艺参数。3.3.4吸收塔径计算吸收塔的直径是设计中的重要参数之一。吸收塔的直径需要根据烟气流量、石灰石/石灰用量等因素来确定。通过合理的计算，可以保证吸收塔的效率和稳定性。3.3.5吸收塔高度计算吸收塔的高度也是设计中的重要参数之一。吸收塔的高度需要根据烟气流量、石灰石/石灰用量等因素来确定。通过合理的计算，可以保证吸收塔的效率和稳定性。3.4烟囱的设计计算烟囱是烟气排放的重要设备，其设计和计算需要考虑烟气的温度、流量、密度等因素。在设计烟囱时，需要计算烟气的释放热、烟囱直径、烟气抬升高度、烟囱的几何高度和阻力等参数。3.4.1烟气释放热计算烟气的释放热是烟囱设计中的重要参数之一。烟气的释放热需要根据烟气的温度、流量、密度等因素来计算。通过合理的计算，可以确定烟囱的尺寸和工艺参数。3.4.2烟囱直径的计算烟囱的直径是设计中的重要参数之一。烟囱的直径需要根据烟气流量、密度、温度等因素来确定。通过合理的计算，可以保证烟囱的效率和稳定性。3.4.3烟气抬升高度计算烟气抬升高度是烟囱设计中的重要参数之一。烟气抬升高度需要根据烟气的密度、温度等因素来计算。通过合理的计算，可以确定烟囱的尺寸和工艺参数。3.4.4烟囱的几何高度计算烟囱的几何高度是烟囱设计中的重要参数之一。烟囱的几何高度需要根据烟气抬升高度、烟气流速等因素来计算。通过合理的计算，可以保证烟囱的效率和稳定性。3.4.5烟囱阻力计算烟囱的阻力是烟囱设计中的重要参数之一。烟囱的阻力需要根据烟气流速、烟囱直径等因素来计算。通过合理的计算，可以保证烟囱的效率和稳定性。3.5系统阻力的计算系统阻力是指流体在管道中流动时所受到的阻力。在设计和计算环保设备时，需要考虑系统阻力的大小及其对设备运行的影响。系统阻力的计算包括摩擦阻力损失计算、局部阻力损失计算和系统总阻力计算等。3.5.1摩擦阻力损失计算摩擦阻力损失是指流体在管道中流动时，由于管道内壁和流体之间的摩擦而产生的阻力。摩擦阻力损失的大小与管道长度、管道直径、流速等因素有关。通过合理的计算，可以确定管道的尺寸和工艺参数。3.5.2局部阻力损失计算局部阻力损失是指流体在管道中通过弯头、三通、节流器等局部构件时所受到的阻力。局部阻力损失的大小与局部构件的形状、尺寸等因素有关。通过合理的计算，可以确定局部构件的尺寸和工艺参数。3.5.3系统总阻力计算系统总阻力是指流体在管道中流动时所受到的总阻力。系统总阻力的大小与摩擦阻力损失、局部阻力损失等因素有关。通过合理的计算，可以确定系统的尺寸和工艺参数。3.6风机和电动机的计算风机和电动机是环保设备中常用的动力设备。在设计和计算风机和电动机时，需要考虑设备的功率、转速、效率等因素。通过合理的计算，可以确定风机和电动机的尺寸和工艺参数。1.前言随着经济和社会的发展，燃煤锅炉排放的二氧化硫严重地污染了我们的环境。由于中国燃料结构以煤为主，导致中国目前大气污染仍以煤烟型污染为主，其中尘和酸雨危害最大，且污染程度还在加剧。因此，控制燃煤烟尘和SO2对改善大气污染状况至关重要。高温气体净化主要包括脱硫和除尘两部分，此外还须脱除HCI、HF和碱金属蒸汽等有害杂质。本设计除尘采用袋式除尘器，其除尘效率一般可达99%以上。虽然它是最古老的除尘方法之一，但由于它效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。目前，世界上烟气脱硫工艺有上百种，但具有实用价值的工艺仅十几种。根据脱硫反应物和脱硫产物的存在状态可将其分为湿法、干法和半干法三种。湿法脱硫工艺应用广泛，占世界总量的85.0%。本设计采用石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术，其工艺成熟，吸收剂廉价易得，因而得到广泛应用。2.设计任务2.1设计题目锅炉烟气除尘脱硫系统设计。2.2设计原始数据1.锅炉设备主要参数表1锅炉设备主要参数|主蒸汽压力|燃煤量|额定蒸发量(t/h)|主蒸汽温度℃|排烟温度℃||---|---|---|---|---||2.2098MPa|15403.6t/h|4140-150℃|32℃|2.烟气密度(标准状态下)：1.34kg/m³空气过剩系数：α=1.35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冬季室外空气温度：-2℃空气含水(标准状态下)按0.01293kg/m³烟气其他性质按空气计算3.煤的工业分析值：C=68%H=4%S=1%O=2%根据锅炉大气污染排放标准（GB13271-2001）中的二类区标准，烟尘浓度排放标准为200mg/m3，二氧化硫排放标准为900mg/m3。净化系统的布置场地应在锅炉房北侧15m以内。管道长度为50m，有90°弯头10个。设计要求包括以下内容：（1）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；（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、净化效率的影响因素等；（3）除尘设备结构设计计算；（4）脱硫设备结构设计计算；（5）烟囱设计计算；（6）管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择；（7）编写设计说明书，包括方案的确定、设计计算、设备选择和有关设计的简图等内容；（8）绘制系统图和系统平面布置图。烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算以1kg煤为例，组分质量、摩尔数、需氧量、产烟气量等数据已给出。标准状态下理论空气量为7.11(m3/kg)，标准状态下理论烟气量为7.42(m3/kg)，标准状态下实际烟气量为9.91(m3/kg)。每小时产生的烟气量为3.61×105(m3/h)。在袋式除尘器中，含尘气体从进气口进入除尘器，经过预处理后进入布袋室，被布袋过滤材料截留，净化后的气体则从出气口排出。当袋式除尘器运行一段时间后，由于过滤材料上积累了大量的粉尘，会影响除尘效果，此时需要进行清灰操作。清灰方式有机械振打、气体反吹和脉冲清灰等多种方法，其中脉冲清灰是最常用的一种方法。脉冲清灰是利用压缩空气将滤袋内的粉尘吹掉，清灰效果好，不会对滤袋造成损伤。袋式除尘器是一种高效可靠的除尘设备，其除尘效率可达99%以上。虽然这种方法最早出现，但由于其性能稳定、操作简单，因此在工业尾气的净化方面得到了广泛应用。随着科技的发展，袋式除尘器在滤料、清灰方式和运行方式等方面也得到了不断的改进和创新。传统的圆形滤袋已经被扁形滤袋所取代，扁袋在相同的过滤面积下具有更小的体积，更适合实际应用。含尘气流从下部孔板进入圆筒形滤袋内，经过滤料的孔隙后，粉尘被捕集于滤料上，而清洁气体则通过排出口排出。常用的滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成，滤料本身网孔较大，孔径一般为20-50μm，表面起绒的滤料为5-10μm，因此新鲜滤料的除尘效率较低。颗粒逐渐在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉尘初层，成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率。滤布只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。因此，除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰。清灰不能过分，否则会引起除尘效率显著降低。对于粒径0.1-0.5μm的粒子，清灰后滤料的除尘效率在90%以下；对于1μm以上的粒子，效率在98%以上。当形成颗粒层后，对所有粒子的效率都在95%以上，对于1μm以上的粒子效率都高于99.6%。另一个影响袋式除尘器效率的因素是过滤速度。过滤速度定义为烟气实际体积流量与滤布面积之比，也称为气布比。其大小直接影响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损失过大，降低除尘效率，使滤袋堵塞以至快速损坏。但是，提高过滤速度可以减少过滤面积，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。一般若含尘浓度高、粉尘颗粒小，过滤速度应取小值，反之则取高值。滤料是袋式除尘器的核心部分，其性能对袋式除尘器的操作有重要影响。在选择滤料时，必须考虑含尘气体的特征，例如颗粒和气体的性质（温度、湿度、粒径和含尘浓度等）。性能良好的滤料应具备容量大、吸湿性小、效率高、阻力低、使用寿命长、耐温、耐磨、耐腐蚀和机械强度高等优点。除了与纤维本身的性质有关外，滤料表面结构也对滤料特征有很大影响。表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适用于含尘浓度低、黏性大的粉尘，采用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，可以采用较高的过滤速度，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。棉毛织物属于天然纤维，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。无机纤维滤料主要指玻璃纤维滤料，具有过滤性能好、阻力低、化学稳定性好、价格便宜等优点。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，还可以使其表面光滑易于清灰，可在523K以下长期使用。但是，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，使用温度可达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。袋式除尘器的清灰方式有很多种。机械振打式清灰是最早出现的清灰方式之一，其结构一般是使用某些装置来对滤袋的框架结构进行振打或摇晃，通过滤袋的振动来达到清落灰尘的目的。这种清灰方式结构非常简单，甚至人工都可以完成。一般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包括沿水平方向振打、沿竖直方向振打、利用振动实现清灰、综合前两种方式叠加在一起，以及利用偏心轴上的摇杆。其中，利用偏心轴上的摇杆的清灰方式通过振动圆管，使滤袋在各个方向上产生摇动，从而实现清灰。此外，还有一种清灰方式是利用高速旋转的偏心轮让滤袋产生频率很高的振动，从而实现清灰。不同的清灰方式有不同的优缺点，应根据具体情况选择合适的清灰方式。逆气流清灰是一种除尘方式，其清灰时气流方向与正常过滤时相反。在清灰时，需要关闭含尘气流，开启逆气流进行反吹风。这样可以使滤袋变形，从而让沉积在滤袋内表面的灰尘破坏、脱落，最终落入灰斗。袋式除尘器的过滤风速一般为0.3-1.2m/min，压力损失控制范围为1000-1500Pa。与机械振打式类似，逆气流清灰的袋式除尘器一般也是划分成多个袋室的，并且通过使用阀门，来对袋室进行逐个的提供反向的气流。这个反向气流既可以由专门的风机来提供，也可以由系统的主风机来提供。为了增强逆气流清灰装置的清灰效果，常常会通过安装一些自动阀门来使反向气流产生脉冲。逆气流清灰的清灰效果必须在过滤的气流速度较低时才会体现出来，因为它本身的清灰作用就比较弱。但是它的优点是清灰比较均匀，对滤袋的损坏比较小，而且也不会产生剧烈的振动。脉冲喷吹清灰是利用高压压缩空气反吹，产生强度较大的清灰效果。在清灰操作时，将压缩空气喷射入滤袋，气流的速度非常高，而且持续的时间非常短，一般不超过0.2s。同时，引导大量的空气进入滤袋，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间称为脉冲周期，通常为60s。在选择和计算袋式除尘器时，需要考虑除尘效率、工况下烟气流量、滤料的选择以及袋径及长径比等因素。除尘效率可以通过计算公式得出，而工况下烟气流量需要考虑标准状态下的烟气流量、工况下的烟气温度、标准状态下温度以及工况下的大气压等因素。滤料的选择需要根据烟气温度来确定，一般可以选择可以在高温下长期使用的玻璃纤维作为滤料。袋径及长径比则需要根据具体的除尘器设计来确定。根据要求，袋径取d=400mm，滤袋长度取L=5m，因此长径比为L/D=12.5，符合要求。接下来计算过滤面积，采用逆气流反吹清灰，取υF=1.5m/min，总过滤面积为A=6355.56m2。确定滤袋尺寸为直径d=0.4m，高度l=5.5m，每条滤袋面积为a=6.91m2，滤袋条数为920个。袋式除尘器分为六个室，单室滤袋条数为n=154条，取n=160条。每个小室中将滤袋分为8组，每组由5列4排组成，每组之间留有400mm宽的检修人行道，编排滤袋和壳体间也留有200mm宽的检修人行道，每个滤袋中留50mm的间距。由此可计算出小室的B×L=5200×8600mm，过滤面积为A'=6633.6m2。核算过滤气速为1.44m/min，在0.5-2.0m/min的范围内，符合要求。根据除尘器的处理烟气量和总过滤面积，选择TFC-10000型号的反吹袋式除尘器。在进行脱硫设备的设计与计算时，采用石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理。为5～10min，取7min。则浆池高度为：H3=V1A=451.2536.50=12.37m综上所述，吸收塔总高度为：H=H1+H2+H3=9+4+12.37=25.37m。改写如下：3.3.2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。锅炉烟气经过除尘和冷却后，进入吸收塔。吸收塔内使用调配好的石灰石或石灰浆液洗涤含有SO2的烟气，然后洗涤净化后的烟气经过除雾和再热后排放。吸收塔内排出的吸收液流入循环槽，加入新鲜的石灰石或石灰浆液进行再生[1]。图1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程3.3.3吸收塔内流量计算假设吸收塔内平均温度为80℃，压力为120KPa，则吸收塔内烟气流量为：QV=Q×273P3.61×105×273+t=109.49m3/s3600其中，QV为吸收塔内烟气流量，Q为标况下烟气流量。3.3.4吸收塔径计算根据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可选择吸收塔内烟气流速v=3m/s，因此吸收塔截面积为：A=QV÷v=36.50m2吸收区一般设置3～6个喷淋层，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。取塔径D=7m，则塔径d为：d=6.82m3.3.5吸收塔高度计算吸收塔可看做由吸收区、除雾区和浆池三部分组成。依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数，设吸收塔喷气液反应时间t=3s，则吸收区高度为：H1=v×t=9m除雾器的高度为2.5m，除雾器到吸收烟道出口的距离为0.5m。最后一层喷淋层到除雾器的距离1m。因此，除雾区高度为：H2=4m浆池容量V1按液气比和浆液停留时间t1确定，其中液气比一般为15～25L/m3，本设计取15L/m3，浆液停留时间t1为7min。则浆池高度为：H3=V1÷A=12.37m综上所述，吸收塔总高度为：H=H1+H2+H3=25.37m。本设计中，吸收塔的设计流量为5分钟内的烟气量，即V1=451.25m3。为了满足设计要求，浆池直径被选为吸收塔直径D，即D1=7m。根据V1计算浆池高度H3，公式为H3=4V1/（223.14×7π）=11.73m。烟气进口底边高度从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.8：2m，在本设计中取为1.5m。喷淋塔烟气进口高度h4的设计公式为：H4=此外，吸收塔的高度H为H1+H2+H3+H4+0.52×2=27.27m。烟囱的有效高度H由烟囱的几何高度HS和烟囱抬升高度ΔH决定，公式为H=HS+ΔH。烟气热释放率QH的计算公式为QH=0.35P×Qs×Ts，其中P为大气压力，Qs为实际排烟量，Ts为烟囱出口处的烟气温度。在环境大气温度下，烟气流量为158.89m3/s，烟气热释放率为1627.43kw。烟囱的平均内径D可由公式D=4Qs/πυ计算，其中Qs为实际烟气流量，υ为烟气在烟囱内的流速。在本设计中，烟囱直径被选为DN3.2m。烟