大气污染控制工程课程设计

锅炉房烟气净化系统设计摘要大气污染已经变成了一个全球性的问题。主要的大气污染现象有健康生活。本次课程设计内容是为一套锅炉设备设计除尘及脱硫工艺并选择型计算，确定净化系统设计方案，并进行除尘器的比较和选择。然后，进行管网布置和计算，以及风机及电机的选择设计关键词：大气污染；除尘；课程设计；湿式除尘脱硫器SystemdesignofboilerfluegaspurificationAbstractCurrently,airpollutionhasbecomeaglobalproblem,themainmanifestationsofthegreenhouseeffect,ozonedepletionandacidrain.Theairpollutioncanbemainlyduetohumanactivities,atmosphericpollutiononhumanhealthhazards,includingthenormallifeofpeopleandphysiologicalimplications.Now,airpollutionhasadirectimpactonpeople'shealth.Coal-firedheatingboilerroomofmajorairpollutantsareparticulatepollutantsandemissionsthanthelarger,sotheadoptionofeffectivemeasuresmustbetogovern,andwillnotaffectpeople'shealthandlives.Thiscourseisdesignedforasetofcontentboilerequipmentdesignanddustremovalandchoosedesulfurizationprocessmodel,drawacompletedesign.Throughthecoalboilerexhaustquantityandsmokeandthecalculationoftheconcentrationofcarbondioxide,todeterminethepurificationsystemdesignscheme,andthecomparisonofthedustandchoice.Then,onpipelinenetworklayoutandcalculation,andthechoiceoffanandmotordesignKeywords：Airpollution；Dust；curriculumdesign；Dustremover 1 1 2 5 9 14 142.3工艺流程 15 16 16 173.3WDL-℃型湿式烟气脱硫除尘净化器 18 22 25 27 30 32 32 32 32 34 35人类不仅能适应自然环境，而且还能开发利用自然资源，改造自然环境，使环境更加适合于人类生存。在人为活动影响下形成的环境，称土壤等自然环境，破坏生态平衡，使人类生活环境的质量急剧恶化，人种类极多，而且随着科学技术和工业的发展，环境中污染物的种类和数的发展，城市人口的密集，煤炭和石油燃料的迅猛增长而产生的。近百放的二氧化硫、颗粒物等有毒有害的污染物质急剧增多。空气污染以煤耗量10.52亿吨，到1995年煤炭消耗量增成严重的环境污染。国家发改委能源研究所副所长李俊峰在演讲中指出发生结构性转变所以我国的煤炭消耗就一然后持续增加，因而已经到了我们不得不面对的时候，我们这里我们将用科学的态度去面对去防治。除尘装置的分类除尘器种类繁多，按除尘过程中是否采用润湿剂，除尘器可以分为和声波除尘器。以下将从后一种分类角度对各种除尘器的工作机理，特点、适用场合、除尘效率作一个简单的介绍。（一）机械除尘器机械除尘器是通过质量力的作用达到除尘目的的除尘装置。质量力包括重力、惯性力和离心力，主要的机械除尘器有重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。这种除尘器构造简单、投资省、动力消耗低，除重力沉降室是利用粉尘与气体的密度不同，使含尘气体中的尘粒依靠自身的重力从气流中沉降下来，从而达到净化目的的一种装置。当含尘气流从管道进入沉降室后，由于截面扩大，气体的流速减慢。沉降速度大于气流速度的沉粒就沉降下来。重力沉降室分为水平气流沉降室和垂直气流沉降室两种。重力沉降室的性能特点是结构简单，投资小，维修管理方便，体积大。其气流速除尘的预处理装置。□惯性除尘器惯性除尘器是使含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用使其与气流分离的装置。惯性除尘器的性能特点是压力损失大、除尘效率较低。其烟流速度金属或矿物性粉尘，多用于多级除尘中的第一级除尘。□旋风除尘器将尘粒从气流中分离出来的装置，也称为离心式除尘器。去除效率低。（二）湿式除尘器湿式除尘也称为洗涤除尘，是利用烟气流与液体互相密切接触，使中分离出来的装置。湿式除尘器既能净化烟气中的尘粒，也能脱除气态污染物，适宜于净化气态污染物及非纤维性、不与水发生化学作用的粉尘，尤其适用于高温、易燃、易爆烟气净化，还能用于烟气的降温、加上，常用于炼铁、炼钢、造纸及化铁炉烟气除尘。湿式除尘器种类很多，按造作特性，大致可分为以下几类：□喷洒式以是连续相，相接触面有限，分离效率不高。这一类型包括淋洒式洗涤塔、旋风水膜式洗涤器、填料塔洗涤器等。气体呈分散相，液体是连续相和分散相共存，泡沫的形成是由于气体的鼓泡作用，湍动程度和相际接触面积大，除尘效率高。是这一类型。（三）过滤式除尘器过滤式除尘器是利用棉、毛、人造纤维等纺织物品或固体颗粒物的过滤作用来分离、捕集气体中固体或液体粒子的处理方法。过滤式除尘的过程比较复杂，按照不同粒径的粉尘在流体中运动的不同力学特征，发生惯性碰撞效应、截面效应、扩散效应、静电效应、筛滤效应等。过滤式除尘器可分为内部过滤式和外部过滤式两种。□内部过滤式颗粒层除尘器属于内部过滤式，它以一定厚度的颗粒物作为过滤层，耐高温、耐腐蚀、滤料可长期使用，除尘效率较高，适用于一般工业窑□外部过滤式器是使含尘气体通过过滤袋来滤去粉尘的分离装置。其不受粉尘浓度、粒度和空气量变化的影响，具有除尘效率高，适用范围广，可处理不同类型颗粒污染物，操作弹性大，结构简单，运行可靠等优点，对于粒径为0.5μm的尘粒捕集效率达98～99集效率也很高。但袋式除尘器的应用受到滤布的耐高温、耐腐蚀性能的限制，对于黏结性强和吸湿性强的尘粒，有可能在滤袋上黏结，堵塞滤袋的孔隙，所以对这类含尘气体的处理也不适宜。放尾气或烟气中粉尘粒子的清除等。（四）电除尘器与气流分离的方法。电除尘器通常也被称作静电除尘器。电除尘器具有独特的性能与特点：少；又由于所消耗的电能是通过经典力直接作用于尘粒上，通过的电流很小，能耗很低。门。电除尘器分为管式和板式两大类型，管式用于流量小、含油雾气体高，安装、维护、管理要求严格，需要高压变电及整流控制设备，占地小型烟气脱硫技术和设备1.3.1石灰石—石膏法烟气在吸收塔内反应生成CaSO3和CaSO4,反应吸收SO2+H2O→H2SO3中和CaCO3+H2SO3→CaSO3+CO2+H2O氧化CaSO3+O2→CaSO4结晶CaSO4+H2O→CaSO42H2O↓1.3.2旋转喷雾干燥法(SDA)工艺原理:将30%的石灰浆(<100目)在高速旋转(12000r/min)的离Ca(OH)2+SO2→CaSO31/2H2OCaSO31/2H2O+O2→CaSO41/2H2O1.3.3炉内喷钙增湿活化法(LIFAC)1200□的温度区,CaCO3迅速分解成CaO和CO2,部分CaO和SO2反应,生成CaCO4和CaCO3并在尾部烟道处将水雾化的改造。1.3.4荷电干式喷射法(CDSI)1.3.5电子束法SO2+O2+H2O→H2SO4NOx+O2+H2O→HNO3NH3+HNO3→NH→4NO3NH3+HNO3→NH4NO2方向。1.3.6磷铵复肥法(PAFP)该法是国内自主开发的一种烟气脱硫技术。由烟气脱硫和脱硫副产SO2+1/2O2+H2O→H2SO4CaF(PO4)+5H2SO4→5CaSO4+3HP3PO4+HFH3PO4+NH3→(NH4)H2PO4+NH4HSO4Fe+H2SO4+7H2O→FeSO47H2O+H21.3.7海水烟气脱硫1.3.8其它方法电除尘脱硫、多管喷雾除尘脱硫、喷射鼓泡技术等在同一设备内进行共便、除尘脱硫同时进行。国内外所研究开发的脱硫除尘一体化装置分为于法和湿法装置干法锅炉烟气除尘脱硫一体化装置大体可分成如下几类1.4.1.1吸附过滤法<150mg/Nm3时,否则易堵塞和引起吸附剂中毒。阻力降约2000～30001.4.1.2等离子体烟气除尘脱硫一体化装置等离子体烟气除尘脱硫一体化装置也是近几年发展的新技术装置。组成的活性离子所引起的反应是将SO2、NOX转变成H2SO4和HNO3。了装置的运行费用。1.4.2.1文丘里、水膜除尘脱硫装置是40～80m/s,水膜除尘器4～5m/s,气体进口速度15～22m/s。该装更新换代的产品。1.4.2.2简易喷淋塔除尘脱硫设备15L/Nm3,阻力200～400Pa,能耗0.004Kwh/Nm3。这类装置对10μm1.4.2.3湿式旋风除尘脱硫装置力小于1200Pa。1.4.2.4塔板湿式除尘脱硫装置标:脱硫>70%,除尘9%,阻力小于150Pa,液气比2~5L/Nm3,国内已有数套该工业装置推广。1.4.2.5气动乳化脱硫除尘装置气液分离室。该装备除尘效率达95%~99%,脱硫效率75阻力小于1200Pa,水气比0.2~1L/Nm3,净化气含水<10%.能耗0.4Kwh/KgSO21.4.2.6顺流格栅填料塔除尘脱硫装置3%,耗电量0.005kWh/Nm31.4.2.7冲击鼓泡式烟气除尘脱硫装置率90%~95%,脱硫率50%~70%,耗水量仅0.02~0.05L/Nm31.4.2.8湍球塔除尘脱硫装置参数:空速3~4m/s,液气比1~2L/Nm3,阻力大于100总结表1-1。我国所面临的重要课题。第二章概述利用课程设计进一步巩固《大气污染控制工程》教材所学理论内容，通过大气污染控制系统的设计方案确定、设计计算、工程图绘制、查阅和使用技术资料、编写设计说明书等，使学生全面了解和掌握工程设计的内容、方法及步骤。培养和锻炼学生利用已学理论知识进行综合分析问题和解决实际问题的能力、绘图能力，以及正确使使用设计手册和相关资料的能力。锅炉型号：SZL4—13型，共2台(2.8MW×4）设计耗煤量：590kg/h(台)排烟温度：155□烟气密度(标准状态下)：1.35kg/m3当地大气压力：97.86kPa空气含水(标准状态下)按0.01293kg／m3烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值：CY＝68％HY＝4％SY＝1％OY＝5%NY＝1％WY＝6％AY＝15％VY＝13%烟尘浓度排放标准（标准状态下80mg／m3二氧化硫排放标准(标准状态下)：900mg／m32.3工艺流程净化烟气排放NaOH溶液锅炉烟气NaOH溶液锅炉烟气石灰NaOH脱硫除尘器水泵反应清水水泵反应清水沉淀池烟道灰综合利用碳酸钙综合利用烟道灰综合利用碳酸钙综合利用3.1.1标准状态下理论空气量：.76(1.867CY+5.56HY+0.7SY-0.7OY（m3/Kg）式中：，HYSYOY3.1.2'a=4.76(1.867*0.68+5.56*0.04+0.7*0.01-0.7*0.05)=6.97(m3/Kg)标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）Y(m3/Kg)式中QS'=1.867(0.68+0.375*0.01)+11.2*0.04+1.24*0.06+0.016*6.97+0.79*6.97+0.8*0.01=7.42(m3/Kg)3.1.3标准状态下实际烟气量(α-1）Q'a(m3/kg)式中α——空气过量系数；Qs——标准状态下理论烟气量，(m3/Kg)；Qs——标准状态下理论空气量，(m3/K=9.54(m3/Kg)Q=Qs*燃煤烟气量=9.56*2400=5736m3/h3.1.4标准状态下烟气含尘浓度式中：C=0.13*0.15/9.56=0.00204（m3/Kg）式中(mg/m3)C——标准状态下烟气含尘浓度，mg/m3。η=1-80/2040=96.08%CS——标准状态下锅炉SO2排放标准中规定值，mg/m3；3.2.3除尘脱硫设备的选择根据烟尘的粒径分布或种类、工况下的烟气量、烟气温度要求达到的除尘效率确定除尘器的种类、型号及规格。确定除尘脱硫设备的运行工况下烟气流量Q'=QT'/T=11257.2×(273.15+155)/273.15=17645.14m3/hT——工况下烟气温度T——标准状态下温度则烟气流速为：Q/3600=17654.14/3600=4.90m3/s根据工况下烟气流量、烟气流速及要求达到的除尘效率确定除尘器脱硫除尘器为WDL-□型湿式烟气脱硫除尘净化器。3.3WDL-Ⅱ型湿式烟气脱硫除尘净化器3.3.1概述等多项净化气体的设备。3.3.2用途和特点燃煤锅炉，工业窑炉、电厂锅炉及各种粉尘的消烟、除尘、脱硫等气体的净化，是环境保护最佳设备。该净化器结构紧凑、新颖、工艺先进、占地面积小用料考究、造价3.3.3结构与工作原理3.3.3.1结构图3-1WDL-□型湿式烟气脱硫除尘净化器装置示意图1-排污闸;2-溢流管；3-补水水箱；4-下椎体；5-净化器主体；6-进烟口；7-入孔；8-汇风室；9-出烟室；10-管路；11-引风机；12-烟囱3.3.3.2工作原理硫烟气进入扩散室后冲击在洗涤液上，形成了大量的水花和泡沫，较大续与水气充分接触混合，扩散转移，至此实现了烟气中尘粒的捕集。在引风机负压的作用下，烟气携带部分水蒸气液滴，经挡水板，将水气分物，从而达到了除尘、脱硫烟气被净化的目的。3.3.3.3技术参数表4-1WDL-□型湿式烟气脱硫除尘净化器技术参数吨位/t·h-1处理风量/m3·h-1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/级烟尘批放浓度/mg·m-3耗水t·h-11300095~9960~8060～80≤1200＜2000.003吨位处理风量/m3·h-1除尘脱硫氮氧化物去除阻力损失/pa林格曼烟尘批放浓度耗水-12600095~9960~8060～80＜200541200095~9960~8060～80＜2000.01261800095~9960~8060～80＜2000.03982400095~9960~8060～80＜2000.048103000095~9960~8060～80＜2000.060154500095~9960~8060～80＜200206000095~9960~8060～80＜2003510500095~9960~8060～80＜2004012000095~9960~8060～80＜2000.3607522500095~9960~8060～80＜2000.900根据表4-1选择6吨位的WDL-□型湿式烟气脱硫除尘净化器3.3.3.4WDL-Ⅱ型湿式烟气脱硫除尘净化器外型结构尺寸吨位/(t/h)外型尺寸L*F*H进烟口内径尺寸a*b出烟口内径尺寸a*b进烟口高通风机(47NO)电机功率(KW)(t)61700*1600*372030*630700*70032108C304.5吨位/(t/h)EE1FF161700210016002000口3.4.1各装置及管道的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。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。3.4.2管径的确定式中：取V=12m/s则圆整d=720mm圆整d=1m查手册得知壁厚为1.0mm则内径d1=560-2*1=718mmV=4*36164.1/3600/(3.14*0.718*0.718)=12.11m/s3.4.3.1摩擦压力损失d——管道直径，m；ρ——烟气密度，kg/m3；v——管中气流平均速率，m/s；λ——摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对土管道λ值可取0.04)；对于圆管，L=12.850mρ=273/（273+155）=0.85□PL=0.02×12.850×0.85×12.04^2/0.72/2=24.95Pa3.4.3.2局部压力损失一处渐扩管：二处渐缩管：则ζ=0.0274两个90°标准弯头：ζ=0.75三处渐缩管：三个90°标准弯头：ζ=0.75T形三通管ζ=0.78T形合流三通管ζ=0.55ΣΔh=24.95+92.46+81.94+800+1200=2296.55Pa通过实验获得；v——与ξ相对应的断面平均气流速率，m/s；ρ——烟气密度，kg/m3。3.5.1烟囱高度的确定锅炉总额定出力（t/h）<11-22-66-1010-2026-35202530354045确定烟囱高度:4t/h×2=8t/h3.5.2烟囱直径的确定式中：通风方式运行情况全负荷最小负荷机械通风10-204-5自然通风6-102.5-3选定w=12m/s烟囱底部直径：d1=d2+2×i×H(m)d1=0.721+2×0.02×35=2.121(m)i——烟囱锥度，通常取i=0.02~0.03;3.5.3烟囱的抽力tK——外界空气温度，□;B——当地大气压，97860Pa；Sy=0.0342×35×(1/272-1/（273+155）)×97860=156.97(Pa)3.6.1风机风机量的计算1.1——风量备用系数；20tp——风机前烟气温度，□,若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温B——当地大气压力，kPa；3.6.2风机风压的计算=1.2×（2196.55-156.97）×（273+155）×(273+200)（101.325/97.86）×1.293/1.35=2197.59Pa式中：Σh——系统总阻力，PaSy——烟囱抽力，Pa；tP——风机前烟气温度，□;ty——风机性能表中给出ρy——标准状况下烟气密度，1.34kg/m3产品型号转速r/min序号全压Pa号功率kWY9-38№8D145012323～246013189～17585Y180M－418.522450～228319783～26378Y200L－430经计算，风机全压为2197.59Pa，风量为20100.9m3/h，所以选择Y9-38N0.8D型2号引风机机号n-dn-dEFGKMHLNO86abcdefgROdNc=20100*2197.59*1.3/（3600*1000*0.6*0.95）=27.99Kw足要求式中Hy——风机风压，Pa；接时η2=0.95～0.98，用V形带传动时2η=0.95；要求。3.7.1烟气在管道中的温度降F—管道散热面积，m2；CV—标准状态下烟气平均比热容（一般为1.325~1.357kJ/m3.□);kJ/(m3.h)。室内q1=4187kJ/(m3.h)。室外q2=5433kJ/(m3.h)。室内管道长：L1=1.125(m)F=πl.D=3.14×1.125×0.72=2.5室外管道长：L=14.580-1.125=13.455