某制药厂脱盐水制备（初步）设计

华东师范大学环境工程毕业实习设计Ⅱ本科生毕业实习设计环境工程实习设计说明书题目：某制药厂脱盐水制备（初步）设计姓名：学号：学院：生态与环境科学学院专业：环境工程指导教师职称:教授时间：Ⅱ华东师范大学环境工程毕业实习设计除尘器的选择3.1除尘效率 η=1-C式中C——标准状态下烟气含尘浓度，mg/m3Cs——标准状态下锅炉烟尘排饭标准中规定值，mg/mη=1-200=0.9142=91.42%3.2除尘器工况烟气流量燃烧装置产生的烟气的温度和压力总是高于标准状况（273K、101325Pa），在烟气体积和密度计算中往往需要换算成标准状况。大多数烟气可以视为理想气体，所以在烟气体积和密度换算中可以应用理想气体状态方程。若设观测状态下（温度Ts、压力ps）烟气的体积为Vs、密度为ρs，在标准状态下（温度TN、压力pN）烟气的体积为VN、密度为ρN，则由理想气体状态方程是可以得到标准状况下的烟气体积。 及标准状况下烟气密度： 假设，则有工况下烟气量Q’=QT'T(m式中Q——标准状况下的烟气流量，m3/hT’——工况下烟气温度，KT——标准状态下的温度，273K。Q’=QT'T==9792(m3则烟气流速为：Q'3600=97923600=2.72(3.3除尘系统选择方案 该燃煤厂锅炉排放烟量不大，但其烟尘含尘浓度及含硫浓度都比较大，选择除尘器时应该考虑除尘效率、处理烟气流量、脱硫效率等。按锅炉大气污染排放标准（GB13271-2008）[6]中的二类区标准进行设计，烟尘浓度排放标准规定的排放量是200mg/m3，二氧化硫排放标准规定的二氧化硫排放量要达到900mg/m湿式脱硫除系统是在传统的湿式除尘技术的基础上发展起来的一种符合中国国情的实用技术，特别适合于大、中型工业锅炉烟气的除尘和脱硫。通过对原有湿式除尘器的强化传质技术，锅炉排放废水和废渣中残余碱性物质的利用技术，防止水体污染的废水重复使用技术等的研究开发，初步形成了湿式烟气脱硫除尘系统的成套技术，并已在不同容重和不同燃烧方式的工业锅炉和小型发电锅炉上得到应用。根据工况下的烟气量、烟气温度、要求达到的除尘效率、烟尘的粒径分布以及兼顾二氧化硫去除的需要，挑选WDL-Ⅱ型湿式烟气脱硫除尘净化器、ZST-4型旋风水膜脱硫除尘器、XSL4-Ⅰ型湿式脱硫除尘器作为备选选项[2，7]，各除尘器的参数如下。表3-1WDL-Ⅱ型湿式烟气脱硫除尘净化器技术参数型号处理烟气量/吨位/除尘效率/%脱硫效率/%氮氧化物去除率/%阻力损失/Pa林格曼黑度/级烟尘排放浓度/耗水量/WDL-Ⅱ18000695-9960-8060-80<1200<1<2000.039注：数据来源《除尘器手册》[2]表3-2ZST-4型旋风水膜脱硫除尘器性能规格表型号处理烟气量/吨位/除尘效率/%脱硫效率/%阻力损失/Pa林格曼黑度/级ZST-4120004>98>82<1200<1注：数据来源《除尘器手册》[2]表3-4HX-1410旋风除尘器基本参数型号处理风量/入口风速/总阻力/Pa允许入口最高温度/℃除尘效率/%设备重量/t1-HX-Φ141015000-1750018-22<1470450>952.2注：数据来源《工业锅炉房常用手册》[7]表35XSL4-Ⅰ型湿式脱硫除尘器技术指标型号处理烟气量(m3/h)除尘效率(%)烟尘排放浓度(mg/m3)林格曼黑度(%)脱硫效率(%)阻力(Pa)液气比(L/m3)耗水量(m3/h)XSL4-Ⅰ9600-1320095<100<1>70<8500.040.38-0.53注：数据来源《除尘器手册》[2]经比较发现，XSL4-Ⅰ型湿式脱硫除尘器拥有较高的除尘效率和脱硫效率之外，阻力损失也低于其他两种除尘器，所以选择XSL4-Ⅰ型湿式脱硫除尘器作为此设计的除尘器。 XSL型脱硫除尘器以烟气自身冲击液面“自激”方式相继产生冲击湍流、液滴碰撞、吸收、液膜传质机制脱硫除尘，两级独特的离心脱水器使气水分离彻底的同时，连续产生两次液膜吸附、离心分离、液滴碰撞三种机制脱硫除尘。经检测：脱硫效率>77%；除尘效率>95%；阻力850Pa。（1）工作原理含尘烟气首先进入脱硫除尘器浓缩通道中浓缩分离，并以高速冲击液面，激起水花和水幕，经洗涤的烟尘及SO2与脱硫剂[Ca(OH)2]反应生成的CaSO3一起沉淀于水中，烟气与水幕融合成紊流进入梳栅旋流通道。在梳流栅板和叶片檐板的影响下，使水幕均匀分布和雾化，并使自身表面形成液膜，SO2再次被吸收，细微烟尘被水滴和液膜捕获，在一级脱水除雾器的离心力作用下离开气体。沿器壁流向洗涤池，残存的液滴，水雾和微尘经二级脱水器的拦截，在其叶片表面凝聚，膜化后被抛向器壁回流到洗涤池。泥尘沉淀在沉淀池底部，由机械刮斗清灰机排出体外。需要补充的脱硫剂是通过补液自控箱进入脱硫除尘器本体内，净化后的烟气通过引风机排向烟囱。（2）设备组成和特点XSL型湿式除尘器基本结构主要由烟气浓缩通道、洗涤池（沉淀池）、梳栅旋流通道、离心脱水器1、离心脱水器2、补液自控箱、机械刮斗清灰机（或是排灰蝶阀）组成。其主要特点是：①多级洗涤，多种机制脱硫除尘，效率高，结构与气流顺向设置，阻力小；②内部结构表层采用高强耐温合成树脂，防腐耐磨；③洗涤池、沉淀池一池两用，灰水不外排，器内沉淀，机械刮斗清灰，溶液内循环使用，免去诸多设施设备，占地少、投资少、运行经济；④构成脱硫除尘机组，布置合理、安装简单、便于操作。（3）技术指标①适用于1~80t/h的层状取暖锅炉、工业锅炉和小型电站锅炉的烟气净化，也适用于其他工业过程中产生的不憎水性粉尘的处理。②XSL型湿式脱硫除尘器是依《锅炉大气污染排放标准》为依据设计。所选用的XSL4-脱硫效果校核：根据2.2.5，处理后SO2浓度， ，即满足脱硫要求（4）外形尺寸“XSL4-Ⅰ型湿式脱硫除尘器”的外形尺寸见表3-6和图3-7。表36XSL4-Ⅰ型湿式脱硫除尘器外形尺寸型号筒径法兰径总高支柱高支柱间距烟气入口烟气出口出口高设备重量DD0HH1C*CD1B1*B2H2TXSL4-Ⅰ16001686332012501043*10436001000*40017202.51注：数据来源《除尘器手册》[2]图37XSL4-Ⅰ型湿式脱硫除尘器外形尺寸4锅炉房烟气除尘系统平面布置4.1布置原则4.1.1锅炉房的平面布置根据《锅炉房设计规范》(GB50041-2008)[8]：单台蒸汽锅炉额定蒸发量为1～20t/h或单台热水锅炉额定热功率为O.7～14Mw的锅炉房，其辅助间和生活间宜贴邻锅炉间固定端一侧布置。锅炉房出入口不应少于2个。但对独立锅炉房，当炉前走道总长度小于12m，且总建筑面积小于200m。时，其出入口可设1个；非独立锅炉房，其人员出入口必须有1个直通室外；锅炉房通向室外的门应向室外开启，锅炉房内的工作间或生活间直通锅炉间的门应向锅炉间内开启。锅炉操作地点和通道的净空高度不应小于2m，并应符合起吊设备操作高度的要求。在锅筒、省煤器及其他发热部位的上方，当不需操作和通行时，其净空高度可为0.7m。锅炉与建筑物的净距，不应小于表4-1的规定表4SEQ表\*ARABIC\s11锅炉与建筑物的净距单台锅炉容量炉前(m)锅炉两侧和后部通道(m)蒸汽锅炉(t/h)热水锅炉(MW)燃煤锅炉燃气(油)锅炉1～40.7～2.83.002.500.806～204.2～144.003.001.50≥35≥295.004.001.80注：数据来源《锅炉房设计规范》[8]4.1.2除尘系统各装置及管道布置的原则根据锅炉运行情况及锅炉现场的实际情况确定各装置的位置。一旦确定各装置的位置，管道的布置也就基本确定了。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管径的确定d=4Qπv(式中Q——工况下管道内的烟气流量，m3V——烟气流速，m/s，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘v=10~15m/s）。取v=13m/sd=4Qπv=4Q3600πv=4×2.72取整d=520mm表4-2管道参数外径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm5000.75注：数据来源《锅炉房实用设备手册》[9]则管的内径为：d1=520-2×0.75=518.5mm由公式d=4Qπv(m)V=4Qπd2=4×2.72|V实-取v=14m/sd=4Qπv=4Q3600πv=则管的内径d2=500-2×0.75=498.5由公式d=4Qπv(m)V=4Qπd2=|V实因为0.06m/s<0.12m/s，所以假定v=14m/s更为准确，则d=500mm，v=13.94m/s。4.3烟道的设计烟道采用拱形，图形如图4-1所示。图4SEQ图\*ARABIC\s11拱形烟道根据除尘系统设计思路，此系统中，四台锅炉共用烟道和烟囱；因此，烟道流过的最大烟气量是单台锅炉烟气量的2倍，再加上烟气系统的漏风率（风量备用系数取1.1），则烟道内最大烟气流量为： 查表4-2，初定烟速为7m/s，则烟道面积为： 而 则B=784mm，圆整取B=750mm 则A=0.783m2 校正烟速，在范围内。表43常用烟道流速选用表材质砖或混凝土制金属制烟速（m/s）6~810~15注：数据来源《锅炉及锅炉房设备》[10]4.4烟囱的设计4.4.1烟囱高度的确定首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量（t/h），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4-4锅炉烟囱高度表锅炉总额定出力/(t/h)<11~22~66~1010~2026~35烟囱最低高度/m202530354045注：数据来源《环境保护设备选用手册：大气污染控制设备》[11]锅炉总的蒸发量/(t/h):4×4=164.4.2烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算：d=0.0188Qv式中Q——通过烟囱的总烟气；量，m3V——按表4选取的烟囱出口烟气流速，m/s。取v=4m/s(见表-4)表4-5烟囱出口烟气流速通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风10~204~5自然通风6~82.5~3注：数据来源《大气污染控制工程》[12]d=0.0188×4×则圆整取1.9m。烟囱底部直径：d1=d2+2×i×H式中d2——烟囱出口直径，m;H——烟囱高低，m;I——烟囱锥度，通常取i=0.02~0.03取i=0.02d1=1.86+2×0.02×40=3.5(m)4.5锅炉房及除尘系统平面布置锅炉房和除尘系统的平面布置图和剖面图见附录5系统阻力的计算根据湿式除尘器的除尘机理可知，锅炉排放的烟气经湿式除尘器除尘处理后将不可避免的造成烟气温度下降，而且在实际运行时，运行达到的除尘效率越高，烟气与水的接触就越好，由于除尘器的补给水温通常为环境温度，因此通过湿式除尘器的烟气下降越多，烟气温度的降低则会造成从烟囱出口排出烟气的初始速度降低和烟气与周围大气之间的温差减小，最终将导致烟气抬升高度的下降，这会对烟气中污染物的扩散造成不利的影响[13]。故在进行以下计算之前，先进行如下假设：在除尘器后设有烟气加热器；烟气加热器将烟气加热到除尘器入口烟气温度；烟气经过除尘器后没有新的湿度与水蒸气加入；烟气加热器对烟气无阻力消耗。5.1摩擦力损失对于圆管∆PL=式中L——管道长度，m;d——管道直径，m;ρ——烟气密度，v——管中气流平均速度λ——摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度K/d的函数。可以查手册得到（实际对金属管道λ值可取0.02，对砖砌或混凝土管道（1）对于原型管道直径为500mm的管道L=10.0mρ=ρ=1.34×=0.845(kg/m3摩擦压力损失：∆P0=0.02×（2）对于砖砌形烟道对于砖砌拱形烟道 式中：L—四个锅炉出口最远距离的一半，为11.4m；λ—摩擦阻力系数，取0.04；Rs—湿周，m。 烟道周边 湿周 又，，代入式(5-2)： 得5.2局部压力损失∆p=ξ∙ρV——与ξ相对应的断面平均气流速度，m/s；Ρ——烟气密度，kg/m3（1）a为渐缩管，取锥角θ=45°，查附录得ξ=0.19，又则∆P1=ξ∙ρv2则渐缩管长度la=0.050×tan67.5（2）b为渐管，取锥角θ=45°，查附录得ξ=0.33，又v=13.94m/s，则：∆P2=ξ∙渐缩管长度lb=0.050×tan67.5°（3）c为渐缩管，A2A1=查图，并取锥角θ=45°，查附录得ζ=0.0375，又v=13.94m/s，则：则∆P3=0.0375×（4）d~h均为90°弯头，D=500mm，取R=1.5D，查附录得ζ=0.25，则：∆P4=0.25五个弯头∆P4'=5∆（5)砖砌烟道T型三通管Ⅰ查附录，ζ=0.78，则：∆P5=ξ∙ρv烟（6）砖砌烟道T型三通管Ⅱ查附录，ζ=0.55，则：∆P6=ξ∙ρ图5-1图5-25.3烟囱的阻力（1）沿程摩擦阻力具有固定壁面斜度的烟囱摩擦阻力，可按式(5-4)计算：∆Pmc=式中：λ—摩擦阻力系数，按表5-1选取；ω—烟囱出口处的烟气流速，选取4m/s；i—烟囱的壁面斜度，通常为i=0.02~0.03。表5SEQ表\*ARABIC\s11烟囱沿程摩擦阻力系数λ通道种类λ纵向冲刷光滑管束0.03无耐火衬的钢制烟、风道0.02有耐火衬的钢制烟、风道，砖或混凝土制烟道当ddl≥0.9m0.03当ddl＜0.9m0.04砖砌和钢筋混凝土烟囱0.05金属烟囱当d2≥2m0.015当d2＜2m0.02注：数据来源《大气污染控制工程实践教程》[15]根据4.2节，烟囱为砖砌或混凝土制，沿程摩擦阻力系数取0.05，壁面斜度取0.02，则：（2）烟囱出口速度损失用式(5-5)计算： 式中：ζ—烟囱出口阻力系数，采用1.1。则出口速度损失： 5.5系统阻力计算锅炉出口前阻力800Pa，除尘器阻力850Pa∆h=∆P0+∆Pl+∆P1+∆P2+=32.8+49.3+15.6+27.1+3.08+102.5+19.2+13.6+800+850+2.1+7.4=1572.7(Pa)6系统中烟气温度的变化及烟囱抽力计算根据湿式除尘器的除尘机理可知，锅炉排放的烟气经湿式除尘器除尘处理后将不可避免的造成烟气温度下降，而且在实际运行时，运行达到的除尘效率越高，烟气与水的接触就越好，由于除尘器的补给水温通常为环境温度，因此通过湿式除尘器的烟气下降越多，烟气温度的降低则会造成从烟囱出口排出烟气的初始速度降低和烟气与周围大气之间的温差减小，最终将导致烟气抬升高度的下降，这会对烟气中污染物的扩散造成不利的影响[13]。故在进行以下计算之前，先进行如下假设：在除尘器后设有烟气加热器；烟气加热器将烟气加热到除尘器入口烟气温度；烟气经过除尘器后没有新的湿度与水蒸气加入；烟气加热器对烟气无阻力消耗。6.1烟气在管道中的温度降根据热平衡有：所以： 式中：Q—标准状态下烟气流量，m3/h； F—管道散热面积，m2；CV—标准状态下烟气平均比热容，一般为1.352~1.357kJ/(m·℃)；q—管道单位面积散热损失。 室内q=4187kJ/(m·h) 室内q=5443kJ/(m·h) 室内管道长： 室外管道长： 6.2烟气在烟囱中的温度降 式中：H—烟囱高度，m；D—合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h；A—温降系数，可由表6-1查得。表6SEQ表\*ARABIC\s11烟囱温降系数烟囱种类钢烟囱(无衬筒)钢烟囱(有衬筒)砖烟囱(H<50m)壁厚小于0.5m砖烟囱壁厚大于0.5mA20.80.40.2注：数据来源《大气污染控制工程》[16]温降：总温度降：6.3烟囱出口烟气温度 式中：tck—烟囱出口烟气温度，℃；tpy—锅炉排烟温度，℃；Δt1、Δt2—烟气在管道、烟囱中的温度降，℃； 6.4烟囱中烟气的平均温度 式中：typ—锅炉排烟温度，℃；tck—烟囱出口烟气温度，℃；tpy—锅炉排烟温度，℃；Δt1、Δt2—烟气在管道、烟囱中的温度降，℃； 6.5烟囱抽力计算 式中：g—重力加速度，取9.8N/kg；H—烟囱高度，m；—实际状态下的空气密度，kg/m3；—标准状态下的空气密度，kg/m3，取1.293kg/m3；—实际状态下的烟气密度，kg/m3；—标准状态下的烟气密度，kg/m3，取1.34kg/m3。tk—外界空气温度，℃，取-2℃；typ—烟囱内烟气平均温度，℃。则抽力： 7风机和电动机的选择及计算7.1标准状态下风机风量的计算Qy=1.1Q273+式中1.1——风量备用系数Q——标准状态下风机前风量，m3tp——风机前烟气温度，B——当地大气压力，kPa，取101.325kPa。Qy=1.1×6174×273+7.2风机风压的计算Hy=1.2（∆h-式中1.2——风压备用系数；∆hSy——烟囱抽力，tpty——风机性能表中给出的实验用气体温度，ρy——标准状况下烟气密度，1.34kg/Hy=1.2(1922.7-179.4=1847.9Pa根据Q表7-1

Y5-50-12.6C型引风机性能表型号转速（r/min）流速（m全压（Pa）有效功率(KW)

全压效率(%)Y5-50-12.6C

2500

10632

2601

7.68

383.8注：数据来源《风机手册》[17]7.3电动机功率的计算Ne=Qy式中Qy——风机风量，Hy——风机风压，η1βNe=10771.7×1847.9×1.3=12.6(kW)根据电动机的功率、风机的转速、传动方式选定Y180M-2型电动机，其性能数据如下：表7-2

Y180M-2型电动机性能表型号功率/kW绝缘电阻/满载转速/r/min效率/%功率因数Y180M-222380294089.500.890注：数据来源《通风除尘设备选用手册》[14]8小结 8.1设计结果汇总表8-1设计数据汇总表项目数值标态理论空气量(m7.00标态理论烟气量(m7.45标态实际烟气量(m6174标态含尘浓度(mg/m2.33×10SO2浓度(mg/1.94×10除尘效率/%91.42除尘器WDL-Ⅱ风管管径/mm500砖砌烟道直径/mm750烟道高度/m40烟囱出口直径/m1.9烟囱底径/m3.5烟囱锥度0.02烟囱出口烟速4.0沿程阻力/Pa圆管32.8砖砌烟道49.3烟囱2.1局部阻力/Pa渐缩管a15.6渐扩管b27.1渐缩管c3.08弯头d-h102.5砖砌烟道T型三通管Ⅰ19.2砖砌烟道T型三通管Ⅱ13.6烟囱7.4系统总阻力1572.7烟气温度变化10.0管道中的温降/℃4.0烟囱出口温度/℃146烟囱中烟气均温/℃148烟囱抽力/Pa179.4标态风机风量m310771.7风机风压/Pa1873.7选用风机Y5-50-12.6电动机功率/Kw12.6电动机选型Y180M-28.2结论和建议通过设计计算说明，所选择的除尘系统能够满足除尘效率要求，并能有效处理二氧化硫，达到了要求的除尘效率、处理烟气流量和脱硫效率，粉尘排放浓度达到二类区标准200mg/m3，二氧化硫排放量达到二氧化硫排放标准规定的900mg/m3通过此课程设计，确定乐消烟除尘系统工艺流程（包括确定消烟除尘系统主要管道、除尘器、风机、烟囱等结构及型号），设计整个消烟除尘系统及其辅助设备（包括根据锅炉烟气参数来进行消烟除尘系统的设计，计算消烟除尘系统设备的尺寸、压力损失、选择风机），实现了烟囱高度、烟囱直径等的计算，确定除尘器、风机及烟囱的位置，并绘制出烟尘治理设施系统图、平面、立面布置图等。但采用湿式除尘器也会造成设备和管道腐蚀，以及污水和污泥的处理等问题。湿式除尘过程也不利于副产品的回收。如果设备安装在室外，还必须考虑在冬天设备可能冻结的问题。再者，要使去除微细颗粒的效率也较高，则须使液相更好的分散，但能耗增大。因此，为达到较好的处理效果，可在除尘器后添加烟气加热装置。再者，为进一步提高烟气的脱硫效果，可采用干湿法结合的方法，即在煤燃烧时添加生石灰干法脱硫，利用冲渣水作为湿式除尘器的补充水，以此降低运行负荷及成本。参考文献[1]李维根，陈起铎.