大氣污染控制工程課程設計——鍋爐煙氣除塵脫硫處理

1、蝕For personal use only in study and research; not forcommercial use螆目錄襖1 設計任務書 .2.聿1.1 課程設計題目 .2.荿1.2 設計原始資料 .2.薃1.3 執(zhí)行標準.2.羂2設計方案的選擇確定 .2.葿2.1 除塵系統(tǒng)選擇的相關計算.2.肀2.1.1 用煤量計算 .2.蚅2.1.2 煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計算 .3莄2.2 數(shù)質(zhì)量衡算、處理效率及達標驗算 .4.膂2.2.1 大氣污染物排放限值.4.薆2.2.2 計算實現(xiàn)達標排放、污染治理設備及工藝處理效率需達到的理論值n0.5.螆2.3 旋風除塵器設計 .5.

2、蒃2.3.1 除塵效率.5薁2.3.2 工作狀況下煙氣流量 .5莆2.3.3 旋風除塵器的尺寸.6.薄2.4 脫硫吸收塔（噴淋吸收空塔）的設計 .8薁2.4.1 工況下煙氣中二氧化硫濃度的計算 . 9.肁2.4.2 噴淋塔.9.肇2.4.3 新鮮漿料及漿液量的確定 .11薅3確定除塵器、風機、煙囪的位置及管道布置 .12羃3.1 各裝置及管道布置的原則 .N蒀3.1.1 管徑的確定 .12袇3.2 煙囪的計算 .31蚆3.2.1 煙囪高度的確定 .13肂3.2.2 煙囪直徑的計算 .13衿3.2.3 煙囪的抽力 .14薇3.3 系統(tǒng)阻力的計算.41蒄3.3.1 摩擦壓力損失 .15莄3.3.2

3、 局部壓力損失 . 15艿3.3.3 系統(tǒng)總阻力 .15羋3.4 風機和電動機的選擇及計算 .51蒅3.4.1 標準狀態(tài)下風機風量的計算 .15薃3.4.2 風機風壓的計算 .16羂3.4.3 電動機功率的計算 .16肇參考文獻. 17薆蟻1.1.設計任務書蒂1.11.1 課程設計題目蝿試根據(jù)設計原始資料，對鍋爐煙塵進行污染控制系統(tǒng)設計，實現(xiàn)達標排放。莄1.2.1.2.設計原始材料羃1、鍋爐爐型與型號：袁(1)某廠使用鍋爐為生產(chǎn)系統(tǒng)提供過熱蒸汽，爐型為鏈條爐，額定蒸汽量分別為1、2、4t/h，蕿(2)鍋爐為生產(chǎn)系統(tǒng)提供過熱蒸汽，爐型為拋煤機爐，額定蒸汽量分別為6、8、10t/h ；蒞某電廠發(fā)電

4、機組為12 萬 kw，鍋爐為煤粉爐，小時燃煤量15、18、20t/h，煙氣溫度423K。膂2、燃料采用淮南煤，煤質(zhì)資料見下表：芀rVr%艿Cy%蕆Hy%蒄Oy%蝕Ny%肀Sy%芄Ay%薂Wy%腿QDWkJ/kg蒆38.48蒞57.42蟻3.81薈7.16芆0.93莇0.46肅21.37節(jié)8.85羇24346膄3、不同爐型燃煤排塵量和煙塵的粒度分布見下表:膂爐型蟻排塵量螇lg/t芅粒級m蒈芇75螞75-48薀48-31羋30-15肄15肅鏈條爐排罿27羈質(zhì)量頻率%膆50.7膃10.4荿12. 5蠆12. 7腿13.7芁拋煤機爐肂108葿質(zhì)量頻率%羄61.0蚄13.7蒂9.9腿9.1肆6.3螂煤粉

5、爐羈161蚆質(zhì)量頻率%芀13.2羋23.5薃14.9蕿17.3肇31.1莆4、空氣過剩系數(shù)為 1.3-1.4，標準狀態(tài)下空氣含水按0.01293kg/m3，系統(tǒng)漏風系數(shù)為爐膛0.1、除塵器 0.01，每米管道 0.001。羃5、煙氣在鍋爐出口前阻力為800Pa,管道摩擦阻力系數(shù) 入：金屬管道取入=0.02，磚砌或混凝土取入=0.04 ;除塵器設備阻力查產(chǎn)品手冊。芀6、飛灰的驅(qū)進速度 0.10-0.14m/s。腿1.31.3 執(zhí)行標準薄各廠建廠時間為 2004 年，所在地區(qū)為二類地區(qū)。莂執(zhí)行標準：環(huán)境空氣質(zhì)量標準(GB3095 1996);肀鍋爐大氣污染物排放標準(GB13271 2001);膀

6、火電廠大氣污染物排放標準(GB13223 1996)。袇2.2.設計方案的選擇確定螂2.1 除塵系統(tǒng)選擇的相關計算螁2.1.1 用煤量計算羈根據(jù)鍋爐燃料耗量計算公式：B二D(l叨計算燃料量 kg/h。nQyDW羅B-燃料耗量、kg/h ；蒅D-鍋爐產(chǎn)汽量、4000kg/h;薁i2-過熱蒸汽、200C焓值 i2=305.3kJ/ kg；聿i1-給水 20C焓值、i1=83.753kJ/ kg ；莈QyDw-原料煤低位發(fā)熱量、24346kJ/ kg；羄n-鍋爐效率、n=30-40%，取 35%；4000 (305.3 -83.753)芁B104kg/h35%漢24346祎蒆2.1.2 煙氣量、煙塵

7、和二氧化硫濃度的計算莄設 1kg 燃煤時肂燃料成分名 稱袈可燃成分含量（%）薄摩爾數(shù)（mol）螃理論需氧量/mol螂廢氣中組分/mol罿C羇57.42膂47.85蒂47.85螇47.85CO2肅H螞3.81芃38.1袈9.525蕆19.05H2O蒞0蝿7.16衿4.475薆-2.2375螅-蒀N蚇0.93蚄0.664膄0芀0.332N2螈S肇0.46薃0.14375羀0.14375螀0.14375 SQ膅A （灰分）肅21.37蟻-薇-薇-10001000蒂W （水分）蒁8.85蚈-蚆-膅0.4917H2O賺合計蝕螄薅55.28125羂3蕆空氣中含水量：0.01293 10絲4=0.01609

8、（體積分數(shù)）18 10001.2.膆標準狀態(tài)下理論空氣量 Va羄V0=55.28125mol/kg=1.2383mN/kg螞V =1.2383X4.78=5.92 mN/kg （干空氣）薈V =5.92=6.02 mN/kg（濕空氣）1-0.01609芅2.標準狀態(tài)下理論煙氣量 Vf0蒄CO2: 47.85 mol/kg蒃SQ : 0.14375 mol/kg蝕N2O332+3.78X55.28125=209.30 mol/kg蚇H2O: 19.05+0.4917+0.016095.92= 19.64 mol/kgV：=（憶85*0.14375209”9.64）22.4-gZ6磐斗.20 mN

9、/kg膃3.標準狀態(tài)下實際煙氣量 Vfg莇Vfg=Vf0+Va0( a -1)= 6.20+5.92 x( 1.3-1 ) =7.976 mN/kg螆a 空氣過剩系數(shù)，1.31.4，取 1.3 ;節(jié)標準狀態(tài)下每臺鍋爐煙氣流量sV=Vfg設計耗煤量=7.976104=829.504 m3/h4.5.葿標準狀態(tài)下煙氣排塵量 G 及煙氣含塵濃度因塵GBAQh100(1 G)J0421.3720%*.83kg/h100 (1 -8%)螞訂煙塵ds/Ay=20% x21.37%Vfg=7.976=5.36 103mg/m3莀G- 排塵量 kg/h ；薀B-燃料耗量 kg/h ；芆Ay-灰分%蒞dsh-排

10、煙帶塵量，占灰分的 15-25% 取 20%膀Cfh-未燃燒炭 8%膈莇5 標準狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度；-SO蒞,SO=m(SO2)=O.1437564100=1.15x103mg/m32Vfg7.976襖2.2 數(shù)質(zhì)量衡算、處理效率及達標驗算袀2.2.1 大氣污染物排放限值荿按鍋爐大氣污染物排放標準(GB13271-2001 中二類區(qū)標準執(zhí)行:螇標準狀態(tài)下煙塵濃度排放標準：w120mg/m3芄標準狀態(tài)下 SO2 排放標準：w900mg/m3蟻芇表 1 鍋爐煙塵最高允許排放濃度和煙氣黑度限值膈適用區(qū)域1熔塵排血堆底inf；炯氣黒度1時風i時段燃自然通虬禍爐類區(qū)80- - -1煤Lt).二.三

11、類區(qū)1501201爐一類區(qū)10?加-1- - -其世餵爐二類區(qū)25(F1三類區(qū)330輕柴油“煤油- ,一類區(qū)!腫油二、三崟區(qū)0010D1鍋茸他燃料油inn1爐二*三類區(qū)2PO156世豈曙爐金環(huán)區(qū)域1-類區(qū)力止新理以車油“渣袖為然料的鍋爐肅表 2 鍋爐二氧化硫和氮氧化物最高允許排放濃度屛爐類別適用區(qū)域SO_摺域址度/NO排St離度(m nib時段E時段r1吋段P時段-1-全部區(qū)域一 _rI 00300-i_豈油輕慕抽點油仝部區(qū)域1-一706RD40L舸爐！耳他魅料油全部區(qū)域1 2Q0900400*燃豈鍋爐全部但域10010D一400一類區(qū)茶止靳建辺重油.渣油為巒斟的鍋 B艿2.2.2 計算實現(xiàn)達

12、標排放、污染治理設備及工藝處理效率需達到的理論值莆標準狀態(tài)下煙塵處理效率：01=電亍=dfs 常0 100% = 97.76%袂2.3 旋風除塵器設計莀2.3.1 除塵效率薂標準狀態(tài)下 S02 處理效率:%02排1.15 103-9001.15 103100% = 21.74%100% =97.76%芅2.3.2 工作狀況下煙氣流量薂VT3腿Vfg二(m3/h)螇Vfg=1285.28(m /h)g273蚅式中：V-標準狀態(tài)下煙氣流量,(m3/h)莃T -工況下煙氣溫度,423K艿T標準狀態(tài)下溫度,273KI羅則煙氣流速：乂二厶1285.28=0.357(m3/s)36003600肄所以采用旋

13、風除塵器衿2.3.3 旋風除塵器的尺寸芀出于安全考慮，旋風除塵器按煙氣流量為1500 m3/h 進行設計羋(1)確定旋風除塵器的進口氣流速度 v通常鍋爐的煙氣流速為 12 25m/s,可設v=23m/s5.36 103-1205.36 103蕿(2)確定旋風除塵器的幾何尺寸莆式中：Q-設計煙氣流量，1500 m3/h ;羃V-煙氣流速，23m/s;芀B.入口咼度：h=. 2A= 2 0.018 =0.190m;腿C.入口寬度：b= A0.018= 0.095m ;薄D.筒體直徑：D =3.33b =3.33 0.095 =0.316m；莂參考 XLP/B 產(chǎn)品系列，取 D=420mm肀E.排出

14、筒直徑：de=0.6D=0.6 42 252mm ;膀F.筒體長度：L=1.7D=1.7 420 =714mm；袇G.錐體長度：H =2.3D =2.3 420 = 966mm；螂H.灰口直徑： 4 = 0.43D = 0.43 420 = 180.6mm；螁I.排氣管插入深度：s = 0.3D=0.3 42 126mm；羈選取 XLP/B-4.2 型號;肇A.進口截面積Q 1500V 3600 23=0.018m2羅(3)求dc(分割直徑)蒅假設接近圓筒壁處的氣流切向速度近似等于氣流的入口速度，則v, =23m/s，取內(nèi)外渦旋交界圓柱直徑 d0=O.6de=O.6 252=151.2mm薁渦

15、旋指數(shù)：n =1 - 1-0.67(D)0.14(T)0.3=0.54283聿氣流在交界面上的切向速度：/-n莈j =7存D =23逍（0.42r54=41.00m/s Q6de ,0.144羄外渦旋氣流的平均徑向速度:祎分割直徑dc:此時旋風處理器的分割直徑為 4.91m(4)(5)莄計算壓力損失Q2換一_1 d=18%02=c-1PpV2o J慘QV2兀h。PpV2中2000 41.002= 4.91 10m蒆1仲210肂423K 時煙氣濃度可近似取為:(5)袈T=1.293273= 0.834kg/m34231螃，P v21=0.5 4.54 0.83 4 232=1001 Pa2(4)

16、(5)螂分級除塵效率蒂螇粒級m肅螞90芃70袈45蕆25蒞10蝿質(zhì)量頻率(%)衿50.7薆10.4螅12. 5蒀12. 7蚇13.7蚄分級除塵效率(%)膄99.7芀99.51螈98.82肇96.29薃80.57蟻(6)薇總除塵效率薄=16de216 0.01820.252= 4.54罿依據(jù)經(jīng)驗公式:薇由公式：=補ig”來求解。（gii為質(zhì)量頻率）蒂得：r =97.82%蒁（6）影響除塵效率的因素蚈a.入口風速 由臨界計算式知，入口風速增大，d dc降低，因而除塵效 率提高。但是風速過大，壓力損失也明顯增大蚆b.除塵器的結(jié)構(gòu)尺寸 其他條件相同，筒體直徑愈小，塵粒所受的離 心力愈大，除塵效率愈大。

17、筒體高度對除塵效率影響不明顯，適當增 大錐體長度，有利于提高除塵效率。減小排氣管直徑，有利于提高除 塵效率。膅c.粉塵粒徑和密度 大粒子離心力大，捕集效率高，粒子密度愈小， 越難分離。賺d.灰斗氣密性 若氣密性不好，漏入空氣，會把已經(jīng)落入灰斗的粉 塵重新帶走，降低了除塵效率。蝕螄2.4 脫硫吸收塔（噴淋吸收空塔）的設計薅脫硫過程主反應有以下幾個：(1 1)(2)羂S02+H26S02+H26 H2SO3(H2SO3(吸收) )(3 3)(3)蕆CaCO3+H2SO3CaCO3+H2SO3 CaSO3+CO2+H2O(CaSO3+CO2+H2O(中和) )(5 5)(4)膆CaSO3+1/2Ca

18、SO3+1/2 O2O2 CaSO4(CaSO4(氧化) )(7 7)(5)羄CaSO3+1/2H2OCaSO3+1/2H2O CaSO3CaSO3 1/2H2O(1/2H2O(結(jié)晶) )(9 9)(6)螞CaSO4+2H2OCaSO4+2H2O CaSO4CaSO4 2H2O(2H2O(結(jié)晶) )(1111)(1212)薈CaSO3+H2SO3CaSO3+H2SO3 Ca(HSO3)2(PHCa(HSO3)2(PH 控制) )芅2.4.12.4.1 工況下煙氣中二氧化硫濃度的計算2732733蒄CSO2=CSQ- =1150 - =742.20(mg/m )423423蒃假定煙氣進入脫硫設備

19、后溫度降至403K403K,蝕此時煙氣Q =829.504 (403) =1224.51m3/h273蚇煙氣含硫濃度不大且煙氣量較小，可采用石灰法濕法脫硫。袃242242 噴淋塔(1 1)(2 2)膃噴淋塔內(nèi)流量計算莇假設噴淋塔內(nèi)平均溫度為8080C，壓力為 1200KPa,1200KPa,則噴淋塔內(nèi)流量為：型雖4-1 + K)273丿130螆式中：QvQv噴淋塔內(nèi)煙氣流量，m3/h;節(jié)QsQs- 標況下煙氣流量，m3/h;蠆K K除塵前漏氣系數(shù)，0 00.10.1，取 0.10.1 ；廣270 +80 101 324葿Qv=829.504漢-卜一:漢(1+0.1) =920m3/h =0.2

20、56m3/s、273丿130(2 2 )(3 3 )襖噴淋塔徑計算螞依據(jù)石灰石煙氣脫硫的操作條件參數(shù)，可以選擇噴淋塔內(nèi)煙氣流速 v=0.5m/s,v=0.5m/s,莀則噴淋塔截面 A A 為:蒞取塔徑 Do=850mmDo=850mm(4)(4)膀噴淋塔高度計算莇噴淋塔可看作由三部分組成，分為吸收區(qū)、除霧區(qū)和漿池。蒞吸收區(qū)高度: :襖依據(jù)石灰法煙氣脫硫的操作條件參數(shù)得，選擇噴淋塔噴氣液 反應時間 t=3s,t=3s,則噴淋塔的吸收區(qū)的高度為：比=V t = 0.5 3 = 1.5mA= V0.2560.5= 0.512m2芆則塔徑 d d 為:荿除霧區(qū)高度:除霧器設計成兩段。每層除霧器上下各設

21、有沖洗噴嘴。最下層沖洗噴嘴距最上層（0.50.50.60.6 ） m m。取除霧區(qū)高度為:芄H2二0.6m蟻漿池高度:蒀漿池容量 V1V1 按液氣比漿液停留時間 t1t1 確定:裊y二丄Q t1G式中:般 t1t1 為 4min4min8min,8min,本設計中取值為 5min5min，則漿池容積為:肂V型829.504 5/60 = 0.69m31000艿選取漿池直徑等于或略大于噴淋塔Do,Do,本設計中選取的漿料L/GL/G 液氣比，取 1010L/m3；Q Q- 標況下煙氣量，m3/h；t t 漿液停留時間， S S；直徑為 Do=1m,Do=1m,然后再根據(jù)V1計算漿池高度:莆hb=

22、J4V2nD0薂式中：h0漿池高度，m;m;袂V1V1 漿池容積，m3；莀DoDo漿池直徑，m m ;蒅= (4 0.69)/(二 1 1) = 0.9m芅噴淋塔高度為:薂H H1H2H0=1.5 0.6 0.9 = 3m腿2.4.32.4.3 新鮮漿料及漿液量的確定（1 1）（2 2 ）螇漿料量蒈CaOs SO2g 2 戰(zhàn) 0二 CaSQ2H2。(s)肆1mol1mol 1mol1mol羂因為根據(jù)經(jīng)驗一般鈣硫比為： 1.051.1,1.051.1,此處設計取為1.051.05，則有平衡計算可得 1h1h 需消耗 CaOCaO 的量為：蚈1.05 104 0.14375 =15.6975mol

23、/h袇15.6975 56/1000 =0.88kg/h（2 2）（3 3）薂漿液量103 3 3肅Qw=L/G Qv =決0.256 =2.56 10-m /s=9.216m/h1000肁此設計煙氣脫硫效率達到 95%95%左右，出氣 SO2SO2 濃度毛 00mg/m300mg/m3。芆莂袁3.3.確定除塵器、風機、煙囪的位置及管道布置。并計算各管段的管徑、長度、煙囪高度和出口內(nèi)徑以及系統(tǒng)總阻力腿3.1 各裝置及管道布置的原則螆根據(jù)鍋爐運行情況現(xiàn)場的實際情況確定各裝置的位置。一旦確定各裝置的位 置，管道的布置也就基本可以確定了。對各裝置及管道的布置應力求簡單，緊湊, 管路短，占地面積小，投

24、資省，并使安裝、操作方便。肅3.1.1 管徑的確定煙氣流量為 0.357m3/s，所以，管徑計算如下:膅代入數(shù)據(jù)得 d=0.141m袃式中：Q 工況下的煙氣流量，m3/s；羃v煙氣流速，取 23m/s；蝕圓整并選取風道薄鋼制風管參數(shù)表外徑鋼制板風管D/mmD/mm外徑允許偏差/mm/mm壁厚/mm/mm150150內(nèi)徑：d=150-2d=150-2X1.5=147mm1.5=147mm4 0.3572二0.1473.2 煙囪的計算3.2.1 煙囪高度的確定確定煙囪高度，既要滿足大氣污染物的擴散稀釋要求，又要考慮節(jié)省投資。首先確定共用一個煙囪的所有鍋爐的總的蒸發(fā)量，然后根據(jù)鍋爐大氣污染物排放標準

25、中的規(guī)定確定煙囪的高度。表三鍋爐蒸發(fā)量與煙囪高度關系鍋爐總額定出力t/h11-22-66-1010-2026-35煙囪最低高度/202530354045由鍋爐污染綜合排放標準上的鍋爐的總的蒸發(fā)量與煙囪高度的數(shù)據(jù)，所以我選定煙囪咼度為 H=30m3.2.2 煙囪直徑的計算煙囪出口內(nèi)徑可按下式計算:3八Q通過煙囪的總煙氣量，m /h按表三選取的煙囪出口煙氣流速，m /s表四煙囪出口煙氣流速（m/s）通風方式運行情況1.51.5由公式d二4Q二= 21.04m/s全負荷時最小負荷機械通風12 2045自然通風10 152.53選定 =3m /s圓整取 d=0.7m煙囪底部直徑dd 2 i Hd =

26、0.7 2 0.02 30 = 1.9m式中：d!煙囪出口直徑，mH 煙囪咼度，mi 煙囪錐度，取 i=0.023.2.3 煙囪的抽力Sy=0.0342H(273 tk3)108.75 10273 20273 150=117.03Pa式中 H煙囪高度，mo_外界空氣溫度，20Ctp煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，423CB當?shù)卮髿鈮海?08.75 103Pa3.3 系統(tǒng)阻力的計算3.3.1 摩擦壓力損失d 2d =0.0188829.504 4=0.63(m)Sy=0.0342 30 (1式中：L管道長度，md 管道直徑，m_煙氣密度，kg/m；v管中氣流平均速率；摩擦阻力系數(shù);對于 150 圓管L=30

27、m2733J*293礦山的PL=0.02旦0.834 21.04=738.4(Pa)0.153.3.2 局部壓力損失2PV(Pa)式中：E異形管件的局部阻力系數(shù)可查到與E像對應的斷面平均氣流速率,m/sP煙氣密度,kg/ma. 漸縮管:a=45 ,E=0.1,v=21.04m/s2p=0.仆竺竺空4_=18.5Pa管路中共有兩個漸縮管，故 P3=2X18.5=37Pa管路中共有 4 個 90彎管，故P5=4X42.5=170Pa3.3.3 系統(tǒng)總阻力（其中鍋爐出口前阻力為800pa）：h=738.4 + 37 +170+800 +1001 = 2746.4Pa3.4 風機和電動機的選擇及計算b

28、. 90彎管部分 D=150mm 取 R=D 貝陀=0.230.834 21.0422= 42.5Pa= 0.23341 標準狀態(tài)下風機風量的計算取 tP=150 C, tY=250 C273 tp101.325- X-273 B式中：1.1 風量備用系數(shù):Q 標準狀況下風機前風量，829.504m3/h ；tP風機前煙氣溫度，150 C；B當?shù)卮髿鈮毫Γ?08.75kPa;3.4.2 風機風壓的計算273 tp1.293 101.325_ x_ x_273 ty?yB式中1.2風機備用系數(shù)；h系統(tǒng)總阻力，Pa；Sy煙囪抽力，Patp風機前煙氣溫度，150 Cty風機性能表中給出的試驗用氣體溫

29、度，250 C0y-標準狀態(tài)下煙氣密度，kg/m3結(jié)果為Hy=3686 (Pa)3.4.3 電動機功率的計算式中Qy風機風量，m3/hNeQyHy13600 100012Qy=1.1 Qm3/hQy=1.1 829.504273 150 101.325-X-273108.753= 1317.27m /hHyHy風機風壓，Pa1風機在全壓頭時的效率（一般風機為0.6,高效風機約為 0.9）2機械傳動效率，當風機與電機直聯(lián)傳動時2=1，用聯(lián)軸器連接時2=0.95 0.98，用 V 型帶傳動時2=0.95:電動機備用系數(shù)，對引風機，：=1.3對于引風機取B=1.3 ,n1=07n2=0.98N_口368