大气污染控制工程课程设计-锅炉烟气除尘脱硫处理

hhhhhh目录1设计任务书 21.1课程设计题目 21.2设计原始资料 21.3执行标准 22设计方案的选择确定 22.1除尘系统选择的相关计算 22.1.1用煤量计算 22.1.2烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算 32.2数质量衡算、处理效率及达标验算 42.2.1大气污染物排放限值 42.2.2计算实现达标排放、污染治理设备及工艺处理效率需达到的理论值 52.3旋风除尘器设计 52.3.1除尘效率 52.3.2工作状况下烟气流量 52.3.3旋风除尘器的尺寸 62.4脱硫吸收塔（喷淋吸收空塔）的设计 82.4.1工况下烟气中二氧化硫浓度的计算 92.4.2喷淋塔 92.4.3新鲜浆料及浆液量的确定 113确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置 123.1各装置及管道布置的原则 123.1.1管径的确定 123.2烟囱的计算 133.2.1烟囱高度的确定 133.2.2烟囱直径的计算 133.2.3烟囱的抽力 143.3系统阻力的计算 143.3.1摩擦压力损失 153.3.2局部压力损失 153.3.3系统总阻力 153.4风机和电动机的选择及计算 153.4.1标准状态下风机风量的计算 153.4.2风机风压的计算 163.4.3电动机功率的计算 16参考文献 17hhhhhh1.设计任务书1.1课程设计题目试根据设计原始资料，对锅炉烟尘进行污染控制系统设计，实现达标排放。1.2.设计原始材料1、锅炉炉型与型号：(1)某厂使用锅炉为生产系统提供过热蒸汽，炉型为链条炉，额定蒸汽量分别为1、2、4t/h，(2)锅炉为生产系统提供过热蒸汽，炉型为抛煤机炉，额定蒸汽量分别为6、8、10t/h；(3)某电厂发电机组为12万kw，锅炉为煤粉炉，小时燃煤量15、18、20t/h，烟气温度423K。2、燃料采用淮南煤，煤质资料见下表：Vr%Cy%Hy%Oy%Ny%Sy%Ay%Wy%QyDWkJ/kg38.4857.423.817.160.930.4621.378.85243463、不同炉型燃煤排尘量和烟尘的粒度分布见下表：炉型排尘量lg/t粒级μm>7575-4848-3130-15<15链条炉排27质量频率%50.710.412.512.713.7抛煤机炉108质量频率%61.013.79.99.16.3煤粉炉161质量频率%13.223.514.917.331.14、空气过剩系数为1.3-1.4，标准状态下空气含水按0.01293kg/m3，系统漏风系数为炉膛0.1、除尘器0.01，每米管道0.001。5、烟气在锅炉出口前阻力为800Pa，管道摩擦阻力系数λ：金属管道取λ＝0.02，砖砌或混凝土取λ＝0.04；除尘器设备阻力查产品手册。6、飞灰的驱进速度0.10-0.14m/s。1.3执行标准各厂建厂时间为2004年，所在地区为二类地区。执行标准：《环境空气质量标准》(GB3095－1996)；《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271－2001)；《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223－1996)。2.设计方案的选择确定2.1除尘系统选择的相关计算2.1.1用煤量计算根据锅炉燃料耗量计算公式：计算燃料量kg/h。B--燃料耗量、kg/h；D--锅炉产汽量、4000kg/h；hhhhhhi2--过热蒸汽、200℃焓值i2=305.3kJ/kg；i1--给水20℃焓值、i1=83.753kJ/kg；--原料煤低位发热量、24346kJ/kg；η--锅炉效率、η=30-40%，取35%；2.1.2烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算设1kg燃煤时燃料成分名称可燃成分含量（%）摩尔数（mol）理论需氧量/mol废气中组分/molC57.4247.8547.8547.85H3.8138.19.52519.05O7.164.475-2.2375-N0.930.66400.332S0.460.143750.143750.14375A（灰分）21.37---W（水分）8.85--0.4917合计55.28125空气中含水量：=0.01609(体积分数)标准状态下理论空气量 =55.28125mol/kg=1.2383m/kg =1.2383×4.78=5.92m/kg（干空气） ==6.02m/kg（湿空气）2.标准状态下理论烟气量CO:47.85mol/kgSO:0.14375mol/kgN:0.332+3.78×55.28125=209.30mol/kghhhhhhHO:19.05+0.4917+0.016095.92=19.64mol/kg==6.20m/kg3.标准状态下实际烟气量 =+(α-1)=6.20+5.92×（1.3-1）=7.976m/kgα-空气过剩系数，1.3~1.4，取1.3；标准状态下每台锅炉烟气流量=设计耗煤量=7.976104=829.504m/h标准状态下烟气排尘量G及烟气含尘浓度===5.3610mg/mG--排尘量kg/h；B--燃料耗量kg/h；--灰分%；--排烟带尘量，占灰分的15－25%，取20%；--未燃烧炭8%5．标准状态下烟气中二氧化硫浓度===1.15×10mg/m2.2数质量衡算、处理效率及达标验算2.2.1大气污染物排放限值按《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）中二类区标准执行：标准状态下烟尘浓度排放标准：≤120mg/m3；标准状态下SO2排放标准：≤900mg/m3；hhhhhh表1锅炉烟尘最高允许排放浓度和烟气黑度限值表2锅炉二氧化硫和氮氧化物最高允许排放浓度2.2.2计算实现达标排放、污染治理设备及工艺处理效率需达到的理论值标准状态下烟尘处理效率：=标准状态下SO2处理效率：=2.3旋风除尘器设计2.3.1除尘效率=2.3.2工作状况下烟气流量hhhhhh=1285.28式中：V-----标准状态下烟气流量,-----工况下烟气温度,423KT------标准状态下温度,273K则烟气流速：=所以采用旋风除尘器2.3.3旋风除尘器的尺寸出于安全考虑，旋风除尘器按烟气流量为1500m3/h进行设计。（1）确定旋风除尘器的进口气流速度v通常锅炉的烟气流速为12—25m/s，可设ν=23m/s。（2）确定旋风除尘器的几何尺寸A.进口截面积式中：-设计烟气流量，1500m3/h；V-烟气流速，23m/s;B.入口高度：;C.入口宽度：；D.筒体直径：；参考XLP/B产品系列，取D=420mmE.排出筒直径：；F.筒体长度：；G.锥体长度：；H.灰口直径：；I.排气管插入深度：；选取XLP/B-4.2型号；hhhhhh（3）求（分割直径）假设接近圆筒壁处的气流切向速度近似等于气流的入口速度，则，取内外涡旋交界圆柱直径涡旋指数：气流在交界面上的切向速度：外涡旋气流的平均径向速度：分割直径:此时旋风处理器的分割直径为4.91。计算压力损失423K时烟气浓度可近似取为：分级除尘效率依据经验公式：来计算hhhhhh粒级μm9070452510质量频率（%）50.710.412.512.713.7分级除尘效率（%）99.799.5198.8296.2980.57总除尘效率由公式：来求解。（为质量频率）得：（6）影响除尘效率的因素a.入口风速由临界计算式知，入口风速增大，降低，因而除尘效率提高。但是风速过大，压力损失也明显增大b.除尘器的结构尺寸其他条件相同，筒体直径愈小，尘粒所受的离心力愈大，除尘效率愈大。筒体高度对除尘效率影响不明显，适当增大锥体长度，有利于提高除尘效率。减小排气管直径，有利于提高除尘效率。c.粉尘粒径和密度大粒子离心力大，捕集效率高，粒子密度愈小，越难分离。d.灰斗气密性若气密性不好，漏入空气，会把已经落入灰斗的粉尘重新带走，降低了除尘效率。2.4脱硫吸收塔（喷淋吸收空塔）的设计脱硫过程主反应有以下几个：S02+H2O→H2SO3(吸收)CaCO3+H2SO3→CaSO3+CO2+H2O(中和)hhhhhhCaSO3+1/2O2→CaSO4(氧化)CaSO3+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O(结晶)CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O(结晶)CaSO3+H2SO3→Ca(HSO3)2(PH控制)2.4.1工况下烟气中二氧化硫浓度的计算假定烟气进入脱硫设备后温度降至403K，此时烟气烟气含硫浓度不大且烟气量较小，可采用石灰法湿法脱硫。2.4.2喷淋塔喷淋塔内流量计算假设喷淋塔内平均温度为80℃，压力为1200KPa,则喷淋塔内流量为：式中：Qv——喷淋塔内烟气流量，；Qs——标况下烟气流量，；K——除尘前漏气系数，0~0.1，取0.1；喷淋塔径计算依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可以选择喷淋塔内烟气流速v=0.5m/s,则喷淋塔截面A为：hhhhhh则塔径d为：取塔径Do=850mm喷淋塔高度计算喷淋塔可看作由三部分组成，分为吸收区、除雾区和浆池。吸收区高度:依据石灰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=3s,则喷淋塔的吸收区的高度为：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（0.5~0.6）m。取除雾区高度为：浆池高度：浆池容量V1按液气比浆液停留时间t1确定：式中：L/G——液气比，取10;Q——标况下烟气量，；t——浆液停留时间，s;一般t1为4min~8min,本设计中取值为5min，则浆池容积为：hhhhhh选取浆池直径等于或略大于喷淋塔Do,本设计中选取的浆料直径为Do=1m,然后再根据V1计算浆池高度：式中：——浆池高度，m;V1——浆池容积，;Do——浆池直径，m；喷淋塔高度为：2.4.3新鲜浆料及浆液量的确定浆料量1mol1mol因为根据经验一般钙硫比为：1.05~1.1,此处设计取为1.05，则有平衡计算可得1h需消耗CaO的量为：浆液量此设计烟气脱硫效率达到95%左右，出气SO2浓度≤900mg/m3。hhhhhh3.确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置。并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。3.1各装置及管道布置的原则根据锅炉运行情况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可以确定了。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，投资省，并使安装、操作方便。3.1.1管径的确定烟气流量为0.357，所以，管径计算如下：代入数据得d=0.141m式中：Q——工况下的烟气流量，；v——烟气流速，取23；圆整并选取风道钢制风管参数表外径钢制板风管D/mm外径允许偏差/mm壁厚/mm150±11.5内径：d=150-2×1.5=147mm由公式可计算出实际烟气流速：hhhhhh3.2烟囱的计算3.2.1烟囱高度的确定确定烟囱高度，既要满足大气污染物的扩散稀释要求，又要考虑节省投资。首先确定共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。表三锅炉蒸发量与烟囱高度关系锅炉总额定出力t/h〈11-22-66-1010-2026-35烟囱最低高度/202530354045由锅炉污染综合排放标准上的锅炉的总的蒸发量与烟囱高度的数据,所以我选定烟囱高度为H=30m。3.2.2烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算：Q——通过烟囱的总烟气量，——按表三选取的烟囱出口烟气流速，。表四烟囱出口烟气流速（m/s）通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风12～204～5自然通风10～152.5～3选定=3圆整取d=0.7m烟囱底部直径hhhhhh式中：——烟囱出口直径，mH——烟囱高度，mi——烟囱锥度，取i=0.023.2.3烟囱的抽力=117.03式中H——烟囱高度，m——外界空气温度，20——烟囱内烟气平均温度，423B——当地大气压，3.3系统阻力的计算3.3.1摩擦压力损失式中：L——管道长度，m；d——管道直径，m；——烟气密度，；——管中气流平均速率；——摩擦阻力系数；对于φ150圆管L=30mhhhhhh3.3.2局部压力损失(Pa)式中:ξ——异形管件的局部阻力系数可查到v——与ξ像对应的断面平均气流速率,m/sρ——烟气密度,a.渐缩管:α=45°,ξ=0.1,v=21.04m/s管路中共有两个渐缩管，故△P3=2×18.5=37Pab.90°弯管部分D=150mm取R=D则ξ=0.23管路中共有4个90°弯管，故△P5=4×42.5=170Pa3.3.3系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800pa）3.4风机和电动机的选择及计算3.4.1标准状态下风机风量的计算取tP=150°C，tY=250°Cm3/h式中