《大氣污染控制工程》課程設計DZL213型燃煤鍋爐煙氣袋式除塵系統(tǒng)設計

1、課 程 設 計 任 務 書1設計目的：通過本課程設計，掌握大氣污染控制工程課程要求的基本設計方法，掌握大氣污染控制工程設計要點及其相關工程設計要點，具備初步的大氣污染控制工程方案及設備的獨立設計能力；培養(yǎng)環(huán)境工程專業(yè)學生綜合運用所學的理論知識獨立分析和解決大氣污染控制工程實際問題的實踐能力。2設計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、條件、設計要求等）：1.設計題目 dzl2-13型燃煤鍋爐煙氣袋式除塵系統(tǒng)設計2.設計原始資料鍋爐型號：dzl2-13 即，單鍋筒縱置式鏈條爐，蒸發(fā)量2t/h，出口蒸汽壓力13mpa設計耗煤量：350kg/h設計煤成分：cy=76% hy=2% oy=4% ny=1

2、% sy=3% ay=10% wy=4% ；vy8 屬于無煙煤 排煙溫度：160空氣過剩系數(shù)1.3飛灰率16 煙氣在鍋爐出口前阻力700pa污染物排放按照鍋爐大氣污染物排放標準中二類區(qū)新建排污項目執(zhí)行。連接鍋爐、凈化設備及煙囪等凈化系統(tǒng)的管道假設長度50m，90彎頭10個。3.設計內(nèi)容及要求（1）根據(jù)燃煤的原始數(shù)據(jù)計算鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣量，煙塵和二氧化硫濃度。 （2）凈化系統(tǒng)設計方案的分析確定，包括除塵器的工作原理及特點；運行參數(shù)的選擇與設計；除塵效率的影響因素等。 （3）除塵設備結構設計計算（4）煙囪設計計算（5）管道系統(tǒng)設計，阻力計算，風機電機的選擇（6）根據(jù)計算結果繪制設計圖，最少三張a

3、4圖，并包括系統(tǒng)流程圖一張。3設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：課程設計計算說明書一份，并按照規(guī)定格式打印裝訂； 課程設計所需若干圖紙，要求作圖規(guī)范，a4紙打印。 課 程 設 計 任 務 書4主要參考文獻：1.郝吉明，馬廣大.大氣污染控制工程.第二版.北京：高等教育出版社，20022. 黃學敏，張承中.大氣污染控制工程實踐教程.北京：高等教育出版社，20033.劉天齊.三廢處理工程技術手冊廢氣卷.北京：化學工業(yè)出版社，19994. 張殿印.除塵工程設計手冊. 北京：化學工業(yè)出版社，20035. 童志權.工業(yè)廢氣凈化與利用. 北京：化學工業(yè)出版社，200

4、36.周興求，葉代啟.環(huán)保設備設計手冊大氣污染控制設備，北京：化學工業(yè)出版社，20037.羅輝.環(huán)保設備設計與應用. 北京：高等教育出版社，20035設計成果形式及要求：一、說明書裝訂順序：說明書封面，任務書，目錄，正文、參考文獻、附圖。二、說明書格式（1）用1 1.1 1.1.1 做標題，標題左頂格，不留空格。（2）一級標題3號宋體加黑；二級標題4號宋體加黑；三級標題小4號宋體加黑；（3）“目錄”居中， 用小4號宋體加黑，1.5倍行距；（4）正文小4號宋體，1.5倍行距。（5）“參考文獻”標題格式同一級標題，內(nèi)容格式同正文小4號宋體，1.5倍行距。（6）頁碼排序從正文開始，用“第頁”形式，居

5、中。 三、設計圖a4紙規(guī)范打印，包括圖框、明細表，平面布置圖中要有方位標志（指北針）。6工作計劃及進度：2011年5月 30 日 ：領取課程設計任務書，明確課程設計的內(nèi)容，查閱相關資料。 5月 31日 6 月8日：設計計算、繪制相關圖紙。6月 9 日 ： 打印裝訂設計說明書。6月 10日 ： 答辯或成績考核系主任審查意見： 簽字： 年 月 日目錄1 概論12 電除塵器12.1 電除塵器的工作原理22.2 電除塵器的主體結構22.3 除塵效率的影響因素23 燃燒計算43.1 空氣量的計算43.2 煙氣量的計算54 電除塵設備結構設計計算65 氨法脫硫工藝凈化含硫煙氣105.1 濕式氨法原理105

6、.2 凈化效率的影響因素125.3 氨法脫硫設計參數(shù)125.4設備結構的計算135.4.1 確定塔的直徑135.4.2 塔高的設計145.4.3 物料平衡計算146 煙囪設計156.1 煙囪高度的計算156.2 煙囪直徑的計算166.3 煙囪底部直徑的計算176.4 煙囪阻力的計算176.5 煙囪高度的核算187 管道系統(tǒng)設計，阻力計算197.1管道直徑的確定197.2 系統(tǒng)阻力的計算197.3 系統(tǒng)總阻力的計算208 風機電機的選擇218.1 風機風量的計算218.2 風機風壓的計算219 核算2110 結束語2311 參考文獻24 1 概論煙塵是造成大氣污染的主要因素之一，減少大氣污染的根

7、本措施就是減少有害物質向大氣的排放。在選擇除塵技術時，應充分考慮經(jīng)濟性、可靠性、適用性和社會性等方面的影響。除塵技術受到當?shù)貤l件、現(xiàn)場條件、燃燒煤種特性、大氣污染物質排放標準和需要達到的除塵效率等多種因素的影響。從氣體中去除或捕集固態(tài)微?；蛞簯B(tài)微粒的設備稱為除塵裝置，或除塵器。根據(jù)主要除塵機理，目前常用的除塵器可分為：機械除塵器；電除塵器；袋式除塵器；濕式除塵器等。2 電除塵器 電除塵器是含塵氣體在通過高壓電場進行電離的過程中，使塵粒荷電，并在電場力的作用下使塵粒沉積在集塵機上，將塵粒從含塵氣體中分離出來的一種除塵設備。電除塵過程與其他除塵過程的根本區(qū)別在于，分離力直接作用在粒子上，而不是作用

8、在整個氣流上，這就決定了它具有分離粒子耗能小、氣流阻力小的特點。由于作用在粒子上的靜電力相對較大，所以即使對亞微米級的粒子也能有效地捕集。電除塵器的主要優(yōu)點是：(1) 壓力損失小，一般為；(2) 處理煙氣量大，可達； (3) 能耗低，大約；(4) 對細粉塵有很高的捕集率，可高于；(5) 可在高溫或強腐蝕性氣體下操作。在收集細粉塵的場合，電除塵器是主要的除塵裝置之一。2.1 電除塵器的工作原理 煙氣通過電除塵器主體結構前的煙道時，使其煙塵帶正電荷，然后煙氣進入設置多層陰極板的電除塵器通道。由于帶正電荷煙塵與陰極電板的相互吸附作用，使煙氣中的顆粒煙塵吸附在陰極上，定時打擊陰極板，使具有一定厚度的煙

9、塵在自重和振動的雙重作用下跌落在電除塵器結構下方的灰斗中，從而達到清除煙氣中的煙塵的目的。2.2 電除塵器的主體結構電除塵器主要由電暈極、集塵極、氣流分布板、振動清灰裝置和供電設備組成。主要設計參數(shù)主要參數(shù)符號單位一般范圍總除塵效率有效趨進速度氣流速度通道長高比板間距比集塵表面積電暈極間距l(xiāng)/ha/q%cm/sm/scmmm9599.91.52.00.52.00.51.5233830024002003002.3 除塵效率的影響因素(1) 電暈電極間距 集塵極與放電極的間距對電除塵器的電氣性能及除塵效率均有很大影響。如間距太小，由于振打引起的位移、加工安裝的誤差和積塵等對工作電壓影響大。如間距太

10、大，要求工作電壓高，往往受到變壓器、整流設備、絕緣材料的允許電壓的限制。一般集塵極的間距采用200300mm,即放電極與集塵極之間的距離為100150mm。放電極與放電極之間的距離對放電強度也有很大影響，間距太大，會減弱放電強度；但電暈線太密，也會因屏蔽作用而使其放電強度降低。(2) 氣體分布的影響電除塵器進口處的氣體流速大于除塵器內(nèi)部的流速，所以，若不采取必要的分布措施，氣體在除塵器內(nèi)會很不均勻，中心部分流速將大大超過設計指標，氣體在除塵器內(nèi)的停留時間大大縮短，被捕集到的粉塵再飛揚也會被高速氣流帶走。同時氣流分布不均勻會使電暈極產(chǎn)生晃動，引起供電電壓的波動，從而使實際除塵效率降低。嚴重時會造

11、成電除塵器不能正常操作。為此，可通過加設氣流分布裝置加以解決。(3)氣體含塵量隨含塵濃度的增加，荷電塵粒的密度會增加，荷電塵粒形成的大量空間電荷會對電暈放電產(chǎn)生屏蔽效果，出現(xiàn)電暈阻止效應，使電暈電流大大減小，甚至為零形成電暈閉塞，使除塵器失去除塵能力。(4) 粉塵的比電阻粉塵是依靠粉塵顆粒之間、以及粉塵顆粒與集塵極之間的范德華力和電附著力而附著于集塵極上，從而堆積成為粉塵層。其中的電附著力與粉塵的比電阻成正比，若粉塵的比電阻過低，則粉塵顆粒所帶的負電荷很快釋放了，使粉塵表面電位降低，失去電附著力，同時粉塵顆粒被集塵極奪去電子，形成帶正電的粉塵顆粒，在斥力的作用下，又從集塵極上跳回氣流中，再次捕

12、集后又再次跳出，造成二次飛塵揚，使除塵效率下降。3 燃燒計算3.1 空氣量的計算以1kg燃煤為基礎，則由已知可得，煤燃燒產(chǎn)物各組分含量分別如下：質量（g） 摩爾數(shù)（mol） 需氧數(shù)（mol） 生成物（mol）c 720 60 60 60 h 20 20 5 10 o 40 2.5 -1.25 - n 10 0.7143 - 0.3572 s 30 0.9375 0.9375 0.9375w 40 2.22 - -a 140 - - -a)燃煤1kg的理論需氧量為： 代入數(shù)據(jù)得： b)假定空氣中氮與氧的摩爾比為3.78， 則1kg該煤完全燃燒所需理論空氣量為：即： c)實際所需空氣量為： 式中：

13、 空氣過量系數(shù)。 代入數(shù)據(jù)得：即: d)燃用1kg該煤產(chǎn)生的煙氣量中：含有的水量為：含有的量為： 含有的的量為：含有的量為： 含有的量為：3.2 煙氣量的計算a)標況下產(chǎn)生的煙氣體積為： 則實際煙氣量為：煙氣中的濃度為：煙氣中粉塵的濃度為：所以在該設計下所得的總煙氣量為：式中： 標況下產(chǎn)生總煙氣量，； 煤耗量，。代入數(shù)據(jù)得： b）因排煙溫度為160攝氏度，即=433k， 代入數(shù)據(jù)得： 所以在排煙溫度160攝氏度下，煙氣中的濃度為：粉塵濃度為：故鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣量為： 4 電除塵設備結構設計計算采用板式電除塵器；電暈電極為圓形電極，固定方式為重錘懸吊式；集塵極選用平板型，清灰采用濕式均勻噴霧的

14、方法，它具有效率高，無二次揚塵的特點。（1）除塵效率：式中：c1除塵器入口含塵濃度，mg/m3，一般應小于30mg/m3否則應加設預凈化設備。 c2除塵器出口允許排放濃度，mg/m3，鍋爐大氣污染物排放標準中2類區(qū)新建排污項目執(zhí)行，c2=200mg/m3（2）集塵極比集塵面積f：式中有效驅進速度，cm/s，=1015cm/s（3）集塵極總面積a：考慮因處理氣量、溫度、壓力的波動和供電系統(tǒng)的可靠性等因素影響，參照實際生產(chǎn)情況，取富裕系數(shù)m=1.52.0。因此，其需要的集塵極面積a則取實際集塵極面積為2300m2實際集塵極的比集塵面積f （4）驗算除塵效率：（5）電除塵器有效截面積f：式中v氣體流

15、速，m/s，取v=2m/s（6）集塵極極板高度h：由于f=25.455m280m2 取h=6m。取寬高比為1，則集塵極極板寬度b1=6m（7）氣體在電除塵器內(nèi)的通道數(shù)n： 取n=15式中b集塵極間距，m，目前一般集塵極的間距一般采用200300mm，放電極與集塵極之間距離為100150mm。（8）集塵極總長度l：由于放電極之間的間距為200300之間，本設計中取電暈線的間距為250，則每個通道上的電暈線條數(shù)為： 取m為52條。（9）灰斗：設灰斗傾斜角60，上端口徑2m，下端口徑0.5m?；叶犯叨萾： 所以應設4個灰斗。（10）除塵器總體計算：除塵器總高h：式中h集塵板以上超高部分，m，取h=0

16、.5m。除塵器總長l：式中集塵板左右到進氣口距離，m，取。除塵器總寬b：式中b外惻集塵板到集塵器壁的距離，m，取b=0.5。支架高度p： 取灰管長度1m，灰管到地面高度為2m。5 氨法脫硫工藝凈化含硫煙氣5.1 濕式氨法原理 濕式氨法是目前較成熟的、已工業(yè)化的氨法脫硫工藝，并且濕式氨法既脫硫又脫氮。用氨水作為脫硫吸收劑，與進入吸收塔的煙氣接觸混合，與氨水反應，生成亞硫酸銨，經(jīng)與鼓人的強制氧化空氣進行氧化反應，生成硫酸銨溶液，經(jīng)結晶、脫水、干燥后即制得化學肥料硫酸銨。其主要技術特點有：副產(chǎn)品硫酸鍍的銷路和價格是氨法工藝應用的先決條件，由于氨法所采用的吸收劑氨水價格遠比石灰石高，其吸收劑費用很高，

17、如果副產(chǎn)品無銷路或銷售價格低，不能抵消大部分吸收劑費用，則不能應用氨法工藝 5 。（1）基本原理：氨法脫硫工藝主要有兩部分構成。吸收過程：煙氣經(jīng)過吸收塔，其中的被吸收液吸收，并生成亞硫酸氨與硫酸氫銨，具體化學反應如下： 中和結晶：由吸收產(chǎn)生的高溶度亞硫酸氨與硫酸氨吸收液，先經(jīng)灰渣過濾去除煙塵，再在結晶反應器中與氨起中和反應，同時用水間接攪拌冷卻，使亞硫酸銨結晶析出，具體反應如下：（2）濕式氨法脫硫工藝濕式氨法洗滌脫硫工藝設備主要由脫硫洗滌系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、氨水制備貯存系統(tǒng)等組成。核心設備是脫硫洗滌塔。煙氣系統(tǒng)：煙氣系統(tǒng)包括脫硫增壓風機、煙氣冷卻裝置、熱交換器等。經(jīng)過除塵的煙氣在熱交換器中冷卻，在

18、急冷段中噴水使之冷卻飽和后，進入脫硫洗滌塔經(jīng)氨水洗滌脫硫風機增壓和熱交換升溫后由煙囪排放。脫硫洗滌系統(tǒng)：脫硫洗滌系統(tǒng)是該工藝的核心，包括吸收塔、氨水供給循環(huán)裝置、氧化裝置。洗滌塔內(nèi)置二層吸收洗滌層。洗滌層為煙氣和氨吸收液密切接觸提供載體。經(jīng)冷卻后的煙氣從底部進入洗滌塔，逆流和從洗滌層上部噴淋下的氨水吸收液接觸，煙氣中的被氨吸收變成亞硫酸銨，通過在第一洗滌段來不斷控制洗滌液的，使其在一合理的范圍內(nèi)。并根椐的含量來調(diào)節(jié)第二洗滌段的噴淋量，以求達到更好的效果。洗滌液按濃度控制提供給硫酸銨儲存罐。完成脫硫后的煙氣通過安裝于塔頂?shù)臐袷匠龎m器去除吸收過程產(chǎn)生的氣溶膠，再排出脫硫洗滌塔。氨水制備貯存系統(tǒng)：把

19、采構來的液氨和水以一定的比例混合在容器中制成反應所需要濃度的氨水，順流的熱交換器把吸收產(chǎn)生的熱量帶走，使溶液降到飽和溫度。產(chǎn)生的氨水貯存在罐中，能滿足一定時間內(nèi)的使用量。硫酸銨結晶系統(tǒng)：該系統(tǒng)將洗滌塔中產(chǎn)生的液體硫銨溶液經(jīng)濃縮結晶形成硫酸銨固態(tài)產(chǎn)品。裝置用蒸氣加熱結晶，產(chǎn)生的水補充做脫硫系統(tǒng)用的工藝水。形成的脫硫副產(chǎn)品以固態(tài)直徑的硫酸銨結晶形式貯存或外運。其流程圖如下：圖3.15.2 凈化效率的影響因素 在實驗的負荷范圍內(nèi),凈化效率總體上隨負荷的升高而下降.在相同的進氣濃度下,隨著停留時間的增加,消除能力和凈化效率迅速提高.進口濃度對生物滴濾器的凈化效率和所需的填料層高度有較大的影響6。5.3

20、 氨法脫硫設計參數(shù)（1）脫硫設備結構：a)氣流速為； b) 塔高的設計:收反應時間為,層層間距，上部的設計高度，反應器下部高度為； c) 物料平衡計算: 液氣比：取,氨過剩量為1.2 , 氨法脫硫效率為。氨法脫硫效率一般為。（2）煙囪的設計：a) 假設煙囪的幾何高度為；b) 煙囪出口煙氣流速為；c) 煙囪椎角（通常取），此處設計取。（3） 管道系統(tǒng)設計，阻力計算： a) 煙氣流速:對于鍋爐內(nèi)煙塵,處設計取；b) 煙氣密度，標況下煙氣的密度為：； c）摩擦阻力系數(shù)，使氣體雷諾數(shù)re和管道相對粗糙度的函數(shù)，可查手冊得到（實際中對金屬管道值取0.02，對磚砌或混凝土管道值可取0.04）；d) 系統(tǒng)總

21、阻力:中鍋爐出口前阻力為，填料塔阻力為,吸收塔的總阻力為：。（4）風機電機的選擇：a)風量備用系數(shù)為1.1；b)風壓備用系數(shù)為：1.27。5.4設備結構的計算由于排出煙氣溫度較高，因此在進入吸收塔之前應先降溫。5.4.1 確定塔的直徑 式中： 塔的直徑，；煙氣流速，取煙氣流速為。代入數(shù)據(jù)得：塔徑確定后，應對填料尺寸進行校核。塔徑，實際,校核合格。5.4.2 塔高的設計取吸收反應時間為，式中：有效塔高，m；吸收反應時間，。代入數(shù)據(jù)得：；分二層： ； 層間間距： ；反應器上部的設計高度為：；反應器下部高度為：；總高度為： 式中：填料塔的總高度，；代入數(shù)據(jù)得：。5.4.3 物料平衡計算（1）液體量：

22、液氣比： 取 式中： 液體量，； 液氣比。代入數(shù)據(jù)得：（2）物料平衡：總反應： 1 1 0.9375mol設氨過剩量為：1.2 氨量： 氨濃度：（3）脫硫效率設氨法脫硫效率為，氨法脫硫效率一般為。吸收量為：由于濕式氨法脫硫產(chǎn)品可以回收利用，氨法不需要液體回流，脫硫產(chǎn)物可以直接排出。6 煙囪設計6.1 煙囪高度的計算（1）假設煙囪的高度為：。（2）設當?shù)貧鈮簽?78.4hpa，出口溫度為60，則該溫度下的煙氣量為： 煙囪出口粉塵濃度為： 煙氣的熱釋放率為： 煙氣的熱釋放率，；進口溫度和出口溫度之差，。代入數(shù)據(jù)得：查相關數(shù)據(jù)得，城區(qū)：，取煙囪出口處的平均風速為，求得煙氣抬升高度為： 式中： 煙氣抬

23、升高度，代入數(shù)據(jù)得： （3）煙囪的有效高度： 6.2 煙囪直徑的計算取煙囪出口煙氣流速為， 式中： 煙囪直徑，；煙囪出口煙氣流速，由表4.2確定，。煙囪出口煙氣流速通風方式運 行 情 況全 負 荷 時 最小負荷機 械 通 風 1020 45 自 然 通 風 610 2.53 代入數(shù)據(jù)得： 6.3 煙囪底部直徑的計算 式中：煙囪高度，；煙囪椎角（通常?。颂幵O計取。代入數(shù)據(jù)得：6.4 煙囪阻力的計算（1）煙囪平均直徑： 式中： 煙囪平均直徑，m。代入數(shù)據(jù)得：（2）潤濕周邊的計算： 式中：潤濕周邊，m。代入數(shù)據(jù)得：（3）煙囪阻力： 式中： 煙囪阻力，； 阻力系數(shù)，??； 煙氣密度，假設標況下煙氣的

24、密度為：。代入數(shù)據(jù)得：。6.5 煙囪高度的核算地面最大濃度為： 已知，取，（0.51），據(jù)大氣污染物排放標準中2類區(qū)新建排污項目執(zhí)行：根據(jù)除塵及脫硫效率可得：代入數(shù)據(jù)得： 依據(jù)二類地區(qū)煙氣排放參考標準，so2和粉塵的地面最大允許排放濃度都為0.15mg/m3，故煙囪選取高度合適。7 管道系統(tǒng)設計，阻力計算 7.1管道直徑的確定計算管道的直徑、長度、煙囪高度及系統(tǒng)總阻力：（1）各裝置及管道布置的原則：根據(jù)鍋爐運行情況及鍋爐現(xiàn)場的實際情況確定各裝置的位置。對各裝置及管道的布置應力求簡單、緊湊、管程短、占地面積小、并使安裝、操作及檢修方便即可8。（2）管徑的計算： 式中： 管道的直徑，；管道內(nèi)煙氣流

25、速，（對于鍋爐內(nèi)煙塵），此處設計取。代入數(shù)據(jù)得：7.2 系統(tǒng)阻力的計算（1）沿程阻力損失： 式中： l管道長度，??；煙氣密度，假設標況下煙氣的密度為：；摩擦阻力系數(shù)，使氣體雷諾數(shù)re和管道相對粗糙度的函數(shù)?？刹槭謨缘玫剑▽嶋H中對金屬管道值取0.02，對磚砌或混凝土管道值可取0.04）。代入數(shù)據(jù)得：（2）局部阻力損失： 式中： 局部阻力損失，；異形管道的局部阻力系數(shù)； 與相對應的斷面平均氣流流速，；已知連結鍋爐、凈化設備及煙囪等凈化系統(tǒng)總需90度彎頭50個，局部阻力系數(shù)為：代入數(shù)據(jù)得：則個彎頭總阻力損失為：7.3 系統(tǒng)總阻力的計算系統(tǒng)總阻力（其中鍋爐出口前阻力為：,吸收塔的總阻力為：；填料塔阻力為：700；煙囪阻力為：）為：=鍋爐出口前阻力+吸收塔阻力+管道阻力+彎頭組力+煙囪阻力8 風機電機的選擇8.1 風機風量的計算 式中： 風機的風量；風量備用系數(shù)； 通過風機前的風量，。代入數(shù)據(jù)得： 8.2 風機風壓的計算 式中： 風壓備用系數(shù)； 系統(tǒng)總阻力，。代入數(shù)據(jù)得：根