大氣課程設(shè)計

1、大氣課程設(shè)計1刖百隨著人類社會的不斷進步、經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展、生活水平的日益提高以及對自身健康的重視，人們對生存環(huán)境越來越關(guān)注， 對大氣環(huán)境質(zhì) 量的要求越來越嚴格， 我國從可持續(xù)發(fā)展的角度 考慮，提高了工業(yè)衛(wèi)生的標準， 對煙塵排放濃度 要求越來越嚴， 排放標準越來越高。 要求散發(fā)有 害氣體、粉塵的單位， 要積極采用密閉的生產(chǎn)設(shè) 備和生產(chǎn)工藝，并安裝除塵和凈化、回收設(shè)施。同時還要求除塵設(shè)備必須技術(shù)先進、性能可靠、 去除污染物高效。目前，我國大部分地區(qū)存在大氣污染現(xiàn)象， 主要的大氣污染物有煙塵、NOx、和SO2o火力發(fā)電廠燃燒后產(chǎn)生的煙氣中包括大量煙塵、NOx、和SO2,大量的煙塵排入大氣會導致可見度

2、降低、危害人體健康。二氧化硫(SO2)和氮氧化 物(NOx)是形成酸雨的主要原因。酸雨對農(nóng)作物、 森林和水生物都有嚴重的危害。當酸雨嚴重時，將造成農(nóng)作物減產(chǎn)，樹木生長不良和水生物死亡。因此火力發(fā)電廠的煙氣除塵以及除硫脫氮工作越來越受到人們的重視，很多國家都嚴格地規(guī)定了有害物的排放標準，以達到對人類生存環(huán)境的保護。對電廠燃燒時產(chǎn)生的煙塵、SO2和NOx要采取相應(yīng)技術(shù)措施出除，才能滿足環(huán)保的要 求。2設(shè)計正文、設(shè)計任務(wù)設(shè)計題目某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵、脫氮除硫處理系統(tǒng)的設(shè)計：鍋爐型號：FG-35/3.82-M 型（35t/h蒸氣）； 設(shè)計耗煤量：543.5kg/h ;排煙溫度；160 C；空氣過

3、剩系數(shù)：a =1.4;煙氣密度（標態(tài)）：1.37kg/m3 ;室外空氣平均溫度；4 C；鍋爐出口前煙氣阻力：1200Pa ;排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：18%;煙氣其他性質(zhì)按空氣計算；煤的工業(yè)分析：Cy=68% ; Hy=4%; Sy=3%; Oy=5% ;Ny=3% ; Wy=5% ; Ay=14% ; Vy=11% ;按鍋爐大氣污染物排放標準（GB13217-2001 ）中二類區(qū)標準執(zhí)行：標準狀態(tài)下煙塵濃度排放標準：200mg/m3;標準狀態(tài)下SO 2排放標準：900mg/m 3;標準狀態(tài)下氮氧化物排放標準：400mg/m 3。設(shè)計原始參數(shù)鍋爐參數(shù)鍋爐型號：FG-45/3.82-M

4、型額定蒸發(fā)量：35t/h燃煤量：543.5kg/h排煙溫度：160 C污染源強相關(guān)參數(shù)煙氣密度（標準狀態(tài)）：1.37kg/m3煙氣在鍋爐出口的阻力：1200Pa排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：18%當 地大 氣壓 ：101.325 X（273+4）/273=102.81KPa室外空氣溫度：4 c空氣過剩系數(shù)：%=1.4煤的工業(yè)分析值C=68% ; H=4% ; S=3% ; O=5% ; N=3% ;W=5%A=14%V=11%按鍋爐大氣污染排放標準（GB13271 2001 ）中二類區(qū)標準執(zhí)行煙塵濃度排放標準（標準狀況下）：,3200mg/m二氧化硫排放標準（標準狀況下）：3900mg/m

5、氮氧化物排放標準（標準狀況下）：3400mg/m設(shè)計內(nèi)容1、計算污染源強、鍋爐排煙量等相關(guān)參數(shù);2、選擇適當?shù)奶幚硌b置；3、除塵器的比較和選擇， 確定除塵器類型、 型號及規(guī)格，并確定主要運行參數(shù)；4、確定裝置的位置及管道布置，計算各管段的管徑、長度、煙囪高度和出口內(nèi)徑、系統(tǒng)總 阻力等；5、風機及電機的選擇設(shè)計：根據(jù)凈化系統(tǒng)所 處理煙氣量、煙氣溫度、系統(tǒng)總阻力等計算選擇 風機種類、型號及電動機的種類、 型號和功率；6、編制工藝流程圖和平面布置圖；二.設(shè)計方案確定除塵旋風除塵器工作原理旋風除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流所產(chǎn)生的離心力將塵粒從合塵氣流中分離出來的除塵裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，不需特殊的附

6、屬設(shè)備，造價較低.阻力中等，器內(nèi)無運動部件，操作維修方便等優(yōu)點。旋風除塵器一般用于捕集5-15微米以上的顆粒.除塵效率可達 80 %以上，近年來 經(jīng)改進后的特制旋風除塵器.其除塵效率可達 5 %以上。旋風除塵器的缺點是捕集微粒小于5微米的效率不高.旋風除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運動概況:旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分沿器壁自圓簡體，呈螺旋狀由上向下向圓錐體底部運動，形成下降的外旋含塵氣流，在強烈旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的離心力將 密度遠遠大于氣體的塵粒甩向器壁，塵粒一旦與器壁接觸，便失去慣性力而靠入口速度的動量和自 身的重力沿壁面下落進入集灰斗。旋轉(zhuǎn)下降的氣流在到達圓錐體底部后.沿除塵器的軸心部位轉(zhuǎn)而向上.形成上升的內(nèi)

7、旋氣流，并由除塵器的排 氣管排出。自進氣口流人的另一小部分氣流，則向旋風除塵器頂蓋處流動， 然后沿排氣管 外側(cè)向下流動， 當達到排氣管下端時， 即反轉(zhuǎn)向 上隨上升的中心氣流一同從誹氣管排出， 分散在 其中的塵粒也隨同被帶走。旋風式除塵器工作過程如圖所示，旋風式除塵器由筒體1、錐體2,進氣3、排氣管4和排灰口 5等組成。當含塵氣體由切向進氣口進入旋風除塵器時，氣流由直線運動變?yōu)閳A周運動，旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分沿除 塵器內(nèi)壁呈螺旋形向下、朝向錐體流動，通 常稱此為外旋氣流。 含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生 離心力，將相對密度大于氣體的粉塵粒子甩向除塵 器壁面。粉塵粒子一旦與除塵器壁面接觸，便失去 徑向慣性力

8、而靠向下的動量和重力沿壁面下落，進入排灰管。旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣流到達 錐體時，因圓錐形的收縮而向除塵器中心靠攏。根 據(jù)旋矩不變原理， 其切向速度不斷提高， 粉塵粒 子所受離心力也不斷加強。當氣流到達錐體下端某一位置時，即以同樣的旋轉(zhuǎn)方向從除塵器中部由 下反轉(zhuǎn)向上， 繼續(xù)做螺旋形運動， 構(gòu)成內(nèi)旋氣流 最后凈化氣體經(jīng)排氣管排出，小部分未被捕集的粉塵粒子也隨之排出。圖1旋風式除塵器的組成及內(nèi)部氣流1-筒體；2-錐體；3-進氣管；4-排氣管；5-排灰口;6-外旋流；7-內(nèi) 旋流；8-二 次流；9-回流區(qū)旋風除塵器的主要優(yōu)點如下：(1)旋風除塵器內(nèi)部沒有運動部件。維護方便。(2)制作、管理十分方便。(3)

9、處理相同風量的情況下體積小，結(jié)構(gòu)簡 單，價格便宜。(4)作為預(yù)除塵器使用時，可以立式安裝，使用方便。(5)處理大風量時便于多臺并聯(lián)使用，效率阻力不受影響(6)可耐400 c高溫，如采用特殊的耐高溫材 料，還可以耐受更高的溫度。(7)除塵器內(nèi)設(shè)耐磨內(nèi)襯后，可用以凈化含高磨蝕性粉塵的煙氣。(8)可以干法清灰，有利于回收有價值的粉 塵。但其也有幾個缺點，主要如下：(1)卸灰閥如果漏損會嚴重影響除塵效率。(2)磨損嚴重，特別是處理高濃度或磨損性大 的粉塵時，入口處和錐體部位都容易磨壞。(3)除塵效率不高(對捕集粒徑小于5um的 微細粉塵和塵粒密度小的粉塵，效率較低 )，單獨 使用有時滿足不了含塵氣體排

10、放濃度的要求。(4)由于除塵效率隨筒體直徑增加而降低，因而單個除塵器的處理風量受到一定限制。脫硫脫氮電子射線輻射法煙氣脫硫技術(shù)電子射線輻射法煙氣脫硫技術(shù)由煙氣冷卻、 加氨、電子束照射、粉體捕集四道工序組成，其 工藝流程是溫度約為150 c左右的煙氣經(jīng)預(yù)除塵 后再經(jīng)冷卻塔噴水冷卻到 6070 C左右，在反應(yīng) 室前端根據(jù)煙氣中SO2及NO x的濃度調(diào)整加入 氨的量，然后混合氣體在反應(yīng)器中經(jīng)電子束照10射，排氣中的SO2和NOX受電子束強烈作用，在 很短時間內(nèi)被氧化成硫酸和硝酸分子，被與周圍的氨反應(yīng)生成微細的粉粒（硫酸鏤和硝酸鏤的混合物），粉粒經(jīng)集塵裝置收集后，潔凈的氣體排入 大氣。該工藝能同時脫硫

11、脫硝，具有進一步滿足我國對脫硝要求的潛力；系統(tǒng)簡單，操作方便，過 程易于控制，對煙氣成分和煙氣量的變化具有較 好的適應(yīng)性和跟蹤性；副產(chǎn)品為硫鏤和硝鏤混合 肥，對我國目前硫資源缺乏、每年要進口硫磺制造化肥的現(xiàn)狀有一定的吸引力，但在是否存在 SO2污染物轉(zhuǎn)移、 脫硫后副產(chǎn)物捕集等問題上有 待進一步討論。電子束法煙氣脫硫工藝大致由煙氣預(yù)除塵、煙 氣加濕冷卻、噴氨、電子束照射、副產(chǎn)品收集、副 產(chǎn)品處置六道工序組成。11圖2電子束煙氣處理流程主要工藝設(shè)備有:.冷卻塔：冷卻塔將煙氣冷卻至適合于電子 束反應(yīng)的溫度。.反應(yīng)設(shè)備：反應(yīng)設(shè)備由反應(yīng)器、 二次煙氣冷 卻裝置、窗箔裝置及附著物排出裝置組成。反應(yīng)器的形狀

12、應(yīng)有利于減少電子束接觸反應(yīng)器表面引起 的能量損耗，提高電子束的利用率。.電子束發(fā)生裝置：電子束發(fā)生裝置由發(fā)生電 子束的直流高壓電源、電子加速器及窗箔冷卻裝 置組成。電子在高真空的加速管里通過高電壓加速。 加速后的電子通過保持高真空的掃描管透射過一次 窗箔及二次窗箔（均為3050 it m的金12屬箔）照射煙氣。窗箔冷卻裝置是向窗箔間噴射 空氣進行冷卻，控制因電子束透過的能量損失引 起的窗箔溫度的上升。.副產(chǎn)品收集設(shè)備.供氨設(shè)備：供氨設(shè)備由液氨貯罐、 氨氣化器 及蓄能器組成。貯罐的液氨通過氣化器氣化 ，并經(jīng) 蓄能器向反應(yīng)器供氨。.副產(chǎn)品造粒設(shè)備：副產(chǎn)品粉末造粒（壓縮- 打散）后，包裝入庫。.升壓

13、風機：處理后的煙氣經(jīng)風機升壓后 排入煙囪。三.設(shè)計計算燃煤鍋爐排煙量及煙塵和二氧化硫濃度的計算以1kg煤來計算含量Mol數(shù)需氧量煙氣量LO1368%4%3%5%56.67400.943.12556.67100.941.562556.67200.94N3%2.1432.1432.143W5%A14%V11%3.1.1標準狀態(tài)下理論空氣量V0O=56.67+10+0.94-1.5625+2.143=68.19mol/kg=1.5 3(m 3 /kg)Va 0=4.78x68.19=325.95mol/kg=7.29(m3 /kg)標準狀態(tài)下理論煙氣量Vfg0=56.67+20+0.94+2.143

14、+3.78x68.19+5%x1000 18=340.29mol/kg=7.62(m 3 /kg)標準狀態(tài)下實際空氣煙氣量Vfg =V fg 0+(q-1)V a 0(m 3 /kg)=7.62+(1.4- 1)x7.29=10.54(m 3/kg)標準狀態(tài)下煙氣流量V應(yīng)以m3 / h計，因止匕,V V fg設(shè)計耗煤量=10.54V V 設(shè)計耗煤量 fg543.5=5728.49( m3 / h )=1.59(m3/ s )14煙氣含塵濃度C 叱 A (kg / m3)Vfgc 08 0.14 2.39 10 3( kg / m3)= 2.39 X 103 ( mg/m 3) 10.54式中d

15、s 排煙中飛灰占煤中不可燃成分的質(zhì)量分數(shù)A-煤中不可燃成分的含量Vg -標準狀態(tài)下實際煙氣量(口 / kg )標準狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算CSO2 2S 106VfgCso 2式甲SVfg20.03 106 5.69 10 3 (mg / m 3 )10.54-煤中硫的質(zhì)量分數(shù)一-標準狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實際煙氣量(m3 / kg )標準狀態(tài)下煙氣中二氧化氮濃度的計算No 2 2N 106 (mg / m 3 ) fg CNo 220.03 106 5.69 10 3 ( mg / m3 )10.54式中S-煤中硫的質(zhì)量分數(shù)Vfg -標準狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實際 煙氣量(m3 / kg )15主

16、要構(gòu)筑設(shè)備計算旋風除塵器計算設(shè)計選取XZT-90型旋風除塵器取入口速度 113m / s)處理氣體量qv1.59(m3 / s)T=433K, P1.37 kg / m30.90.14 )( 433)0 .2830.61n 1 (1 0.67D 0.14 )(331 (1 0.67283氣流在交界面上速度t 0 13 (0)0.62 m / s 24.92 m / s0.7 0.45外渦旋氣流的平速度1.590.62m / sqvr2 3.14 0.70.225 2.58局部阻力系數(shù)16 A / de2161.599.6613 0.45 2旋風除21 9.66 1.37213 roh。 111

17、8.29 Pa3.2.2電子射線輻射裝置電子射線輻射法煙氣脫硫技術(shù)由煙氣冷16卻、加氨、電子束照射、粉體捕集四道工序組成。脫硫、脫氮反應(yīng)大致可分為三個過程進行， 這三個過程在反應(yīng)器內(nèi)相互重疊，相互影響：a）在輻射場中被加速的電子與分子/離子發(fā)生 非彈性碰撞，或者發(fā)生分子/離子之間的碰撞生成氧 化物質(zhì)和活性基團。煙氣中含有02、H 20、N2、C02、S02、NO、N02等成分，當電子束照射煙氣 時，在輻射場中被加速的電子與煙氣中氣體分子如02及水分子發(fā)生非彈性碰撞，生成具有 化學反應(yīng)活性的活性基團或氧化性物質(zhì)，可表示為：02、H 20+e*= H0、H0 2、H0 2 、H、02、02、e0+

18、0 2+M=0 3+M（M 為 N2 等分子）b）活性基團與氣態(tài)污染物發(fā)生反應(yīng)?；钚曰鶊F或氧化性物質(zhì)氧化煙氣中的S02生成S03,可表示為：S02+*0H=HS0 3S02+0=S0 3HS03+ 0H=H 2S04S02+02+M=S0 4+MS04+e*=S0 317生成的SO 3和高價態(tài)氮氧化物與水反應(yīng)生成H2SO4 和 HNO 3。c)硫酸俊和硝酸俊的生成。生成的H 2SO4和HNO 3與加入的NH 3進行中和反應(yīng)，分別生成硫酸核和硝酸俊微粒，荷電后被捕集。此外，還可能有尚未反應(yīng)的 SO2和NH 3, SO2與NH 3反應(yīng)生成硫酸銹。反應(yīng)為：H2SO4+2NH 3 = (NH 4)2S

19、O4HNO 3+HN 3=NH 4NO3SO2+2NH 3+H 2O+1/2O 2=(NH 4)2SO4經(jīng)過電子射線輻射處理排放的煙氣符合二 氧化硫和氮氧化物排放標準。管道的設(shè)計內(nèi)徑的計算管道內(nèi)徑計算公式：_d 18.8 Q v式中：Q體積流量，m3/sV 管道內(nèi)平均流速，m/s;計算得 d=202mm 取 d=0.3m3.3.2壓力損失和各管道的數(shù)據(jù)計算排煙量5728.49m 3/h風速控制在530m/s ,18設(shè)計的管道直徑 0.3m , 管段管道材質(zhì)選普通鋼材，=0.02流量Qi=1400m3/h沿程壓力損失L 2 Pyd 2式中L 管道長度，md管道直徑，m煙氣密度，kg / m3管中

20、氣流平均速率摩擦阻力系數(shù)沿程阻力損失y1 0 d300Q 14001400 4 5.5m / sA - d 2 3.14 0.3 236004P 0.021.37 5.5 2y10.3210 13.81Pa局部壓力損失 2 p (Pa) 2式中異形管件的局部阻力系數(shù)可查到19與相對應(yīng)的斷面平均氣流速率,m/s煙氣密度，kg / m 3管件局部壓力損失系數(shù)=0.12, 90 彎頭 r / d 1,5 , =0.25, 30 直流三通=0.1210,120.25 0.120.49Pm1局部壓力損失0.49 1.375,52 10.15Pa2管段流量Q2=1400 m /h , =5,5 m/s ,

21、動壓 =1.37 5.52 =20.72Pa2Py20.02 20.075 6.91Pa0.3 集氣罩 =0.12, 90 彎頭 r / d 1,5 ,=0.25,2 0.120.250.36局部壓力損失Pm2 2 20.720.36 20.727.46 Pam3/h,管段流 量Q3=Q 1+Q 2=280020Q 28002800 4A 兀 d 23.14 0.3211.0m / s 3600動壓）1.3711.0 282.88Pa沿程阻力02 82.88 10 55.25Pa0.330直流三通=0.12局部壓力損失Pm3382.880.12 82.88 9.94 Pa管段、與管段相同管段Q

22、5=Q 3+Q 4=4200m3/h_Q 4200A -d 24200 416.51m / s3.14 0.323600186.72 Pa1.3716.51 動壓一沿程阻力Py50.02186.72 10124.48Pa0.3=0.12局部壓力損失Pm55 186.720.12186.72 22.41Pa21管段Q7=Q 5+Q 6=5600 m2/hQ 56005600A 兀 d 23.14 0.324動壓2 2沿程阻力Py7 -0020.3=0.12局部壓力損失 Pm7 74 22.02m / s36001.37 22.022 332.14 Pa2332.14 10 221.43Pa332

23、.140.12 332.1439.86Pa并聯(lián)管路壓力平衡PPyPmP1Py1Pm113.8110.5123.96PaP2Py 2Pm26.917.4614.37 PaP3Py 3Pm3 55.259.94 65.19PaP4P6P8P2 14.37 PaP5Py 5Pm5 124.48 22.41 146.89 PaP7Py 7Pm 7 221.43 39.86 261.29 Pa由于管段。2、情況相同，且和管段并聯(lián)，只要算管段和。2的壓力平衡就可以了,_Pj_P23.96_14.37P23.96140.02%10%故節(jié)點壓力不平衡, 壓力平衡調(diào)節(jié)采用調(diào)整管徑方法，進行220.225d2 d

24、i Pi 0.3 23.96P214.37壓力損失P Pi P2P3 P423.96 14.37 65.19336mmP5 P6 P714.37 146.89 261.29 =526.07Pa3.4風機和電機的選擇通風機的風量計算公式:Q 風=Q*(1+K 1)m3 / h )式中：Q管道計算的總風量,m3 / hK 1考慮系統(tǒng)漏風所附加的安全系 數(shù)。一般除塵管道取0.10.15,此次計算取m3 / h0.15。Q 風=1384.6 X (1+0.15)=1592.29選擇通風機的風壓計算公式:P0=(1+K 2)X A PX p 0/ p =(1+K 2)X A P x (TP0/T 0/P

25、)式中：p管道計算的總壓力損失，K 2考慮管道計算誤差及系統(tǒng)漏風等因素所采用的安全系數(shù)，一般管道取0.10.15除塵管道取0.150.2, 本次計算取0.15。23p 0=(1+0,15) x 3621.30 x (160 x 101.3/20 X 101.3)=33315.96 Pap 0、P0、T 0通風機性能表中給出的標 定狀態(tài)的空氣密度、壓力、溫度。一般來說，P0=101.3 kPa ,對于通風機03,對于引腳機t 0000p 0=0.745kg/m 3。由Q風、p0查通風機樣本，選取 No 10風 機，轉(zhuǎn)速為 1450 r/min ,流量為 3958760736 m3/h-1 ,全壓18693160 Pa ,電機型號為Y250M- 4,電動機功率為45 kw 。3.5工藝流程簡圖243.6旋風除塵器三視圖3小