大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)——鍋爐煙氣除塵脫硫處理

1、大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)鍋爐煙氣除塵脫硫處理 目錄 1 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū). 2 1.1課程設(shè)計(jì)題目 . 2 1.2設(shè)計(jì)原始資料 . 2 1.3執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) . 2 2 設(shè)計(jì)方案的選擇確定 . 2 2.1除塵系統(tǒng)選擇的相關(guān)計(jì)算 . 2 2.1.1用煤量計(jì)算 . 2 2.1.2煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計(jì)算 . 3 2.2數(shù)質(zhì)量衡算、處理效率及達(dá)標(biāo)驗(yàn)算 . 4 2.2.1大氣污染物排放限值 . 4 2.2.2計(jì)算實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放、污染治理設(shè)備及工藝處理效率需達(dá)到的 理論值?0 . 5 2.3旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì) . 5 2.3.1除塵效率 .5 2.3.2工作狀況下煙氣流量 .5 2.3.3旋風(fēng)除塵器的尺寸 . 6

2、 2.4脫硫吸收塔（噴淋吸收空塔）的設(shè)計(jì) . 8 2.4.1工況下煙氣中二氧化硫濃度的計(jì)算 . 9 2.4.2噴淋塔 . 9 2.4.3新鮮漿料及漿液量的確定 . 11 3 確定除塵器、風(fēng)機(jī)、煙囪的位置及管道布置 . 12 3.1各裝置及管道布置的原則 .12 3.1.1管徑的確定 .12 3.2煙囪的計(jì)算 .13 3.2.1煙囪高度的確定 .13 3.2.2煙囪直徑的計(jì)算 .13 3.2.3煙囪的抽力 .14 3.3系統(tǒng)阻力的計(jì)算 .14 3.3.1摩擦壓力損失 .15 3.3.2局部壓力損失 .15 3.3.3系統(tǒng)總阻力 .15 3.4風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的選擇及計(jì)算 .15 3.4.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下

3、風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計(jì)算 .15 3.4.2風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的計(jì)算 .16 3.4.3電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算 .16 參考文獻(xiàn) . 17 1 1.設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1.1課程設(shè)計(jì)題目 試根據(jù)設(shè)計(jì)原始資料，對(duì)鍋爐煙塵進(jìn)行污染控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。 1.2. 設(shè)計(jì)原始材料 1、鍋爐爐型與型號(hào)： (1)某廠使用鍋爐為生產(chǎn)系統(tǒng)提供過(guò)熱蒸汽，爐型為鏈條爐，額定蒸汽量分別為1、2、4 t/h， (2)鍋爐為生產(chǎn)系統(tǒng)提供過(guò)熱蒸汽，爐型為拋煤機(jī)爐，額定蒸汽量分別為6、8、10t/h； (3)某電廠發(fā)電機(jī)組為12萬(wàn)kw，鍋爐為煤粉爐，小時(shí)燃煤量15、18、20t/h，煙氣溫度423K。 3、不同爐型燃煤排塵量和煙塵的粒度分布見(jiàn)下表：

4、4、空氣過(guò)剩系數(shù)為1.3-1.4，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣含水按0.01293kg/m ，系統(tǒng)漏風(fēng)系數(shù)為爐膛0.1、除塵器0.01，每米管道0.001。 5、煙氣在鍋爐出口前阻力為800Pa，管道摩擦阻力系數(shù)：金屬管道取0.02，磚砌或混凝土取0.04；除塵器設(shè)備阻力查產(chǎn)品手冊(cè)。 6、飛灰的驅(qū)進(jìn)速度0.10-0.14m/s。 1.3執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 各廠建廠時(shí)間為2004年，所在地區(qū)為二類地區(qū)。 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (GB30951996)； 鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) (GB132712001)； 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) (GB132231996)。 2.設(shè)計(jì)方案的選擇確定 2.1除塵系統(tǒng)選擇的相關(guān)計(jì)算

5、 2.1.1用煤量計(jì)算 根據(jù)鍋爐燃料耗量計(jì)算公式：B=B-燃料耗量、kg/h； D-鍋爐產(chǎn)汽量、4000kg/h； D(i1-i2) 計(jì)算燃料量kg/h。 y QDW 2 i2-過(guò)熱蒸汽、200焓值i2=305.3kJ/ kg； i1-給水20焓值、i1=83.753kJ/ kg ； QyDW-原料煤低位發(fā)熱量、24346kJ/ kg； -鍋爐效率、=30-40%，取35%； 4000?(305.3-83.753)B=104kg/h 35%?24346 2.1.2煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計(jì)算 0.01293?10322.4 ?空氣中含水量：=0.01609(體積分?jǐn)?shù)) 181000 1.標(biāo)

6、準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量Va0 V00 =55.28125mol/kg=1.2383m3N/kg Va0 =1.23834.78=5.92 m3N/kg（干空氣） Va0 = 5.92 =6.02 m3N/kg （濕空氣） 1-0.01609 2.標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量Vfg CO2: 47.85 mol/kg SO2: 0.14375 mol/kg N2:0.332+3.7855.28125=209.30 mol/kg 3 H2O: 19.05+0.4917+0.01609?5.92= 19.64 mol/kg ?22.4276.93?22.40（47.85+0.14375+209.3+19.64）

7、=6.20 m3 Vfg=N/kg 10001000 3.標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量Vfg 0 Vfg =Vfg+Va0(-1)= 6.20+5.92（1.3-1）=7.976 m3 N/kg -空氣過(guò)剩系數(shù)，1.31.4，取1.3； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下每臺(tái)鍋爐煙氣流量 V=Vfg?設(shè)計(jì)耗煤量 =7.976?104=829.504 m3/h 4.標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣排塵量G及煙氣含塵濃度煙塵 BAydsh104?21.37?20% G=4.83kg/h 100(1-Cfh)100?（1-8%） 煙塵=y?AshV= fg20%?21.37%=5.36?103 mg/m3 7.976 G- 排塵量kg/h； B-燃

8、料耗量kg/h； Ay-灰分%； dsh-排煙帶塵量，占灰分的1525%，取20%； Cfh-未燃燒炭8% 5標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度SO2 SO=2m(2)0.14375?64?1000=1.15103 mg/m3 7.976Vfg 2.2數(shù)質(zhì)量衡算、處理效率及達(dá)標(biāo)驗(yàn)算 2.2.1大氣污染物排放限值 按鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13271-2001）中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行： 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)：120mg/m3； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下SO2排放標(biāo)準(zhǔn)：900mg/m3； 4 表1 鍋爐煙塵最高允許排放濃度和煙氣黑度限值 表2 鍋爐二氧化硫和氮氧化物最高允許排放濃度 2.2.2計(jì)算實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放、污

9、染治理設(shè)備及工藝處理效率需達(dá)到的理論值0 煙塵-排5.36?103-120標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙塵處理效率：01=?100%=97.76% 3煙塵5.36?10 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下SO2處理效率：02= 2.3旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì) 2.3.1除塵效率 so-排2so21.15?103-900=?100%=21.74% 31.15?10 煙塵-排5.36?103-120 01=?100%=97.76% 煙塵5.36?103 2.3.2工作狀況下煙氣流量 5 VT3(m/h) T 829.504?423= Vfg=1285.28(m3/h) 273Vfg= 式中：V-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量,(m3/h) T-工況下煙氣溫度,

10、423K T-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度,273K 則煙氣流速：V0=1285.28=0.357(m3/s) 36003600=Vfg 所以采用旋風(fēng)除塵器 2.3.3旋風(fēng)除塵器的尺寸 出于安全考慮，旋風(fēng)除塵器按煙氣流量為1500 m3/h進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （1）確定旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口氣流速度v 通常鍋爐的煙氣流速為1225m/s，可設(shè)=23m/s。 （2）確定旋風(fēng)除塵器的幾何尺寸 Q1500A=0.018m2 A.進(jìn)口截面積 V3600?23 式中：Q-設(shè)計(jì)煙氣流量，1500 m3/h； V-煙氣流速，23m/s; B.入口高度：h=2A=2?0.018=0.190m; C.入口寬度：b=A0.018=0.095

11、m； 22 D.筒體直徑：D=3.33b=3.33?0.095=0.316m； 參考XLP/B產(chǎn)品系列，取D=420mm E.排出筒直徑：de=0.6D=0.6?420=252mm； F.筒體長(zhǎng)度：L=1.7D=1.7?420=714mm； G.錐體長(zhǎng)度：H=2.3D=2.3?420=966mm； H.灰口直徑：d1=0.43D=0.43?420=180.6mm； I.排氣管插入深度：s=0.3D=0.3?420=126mm； 選取XLP/B-4.2型號(hào)； 6 （3）求dc（分割直徑） 假設(shè)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v1=23m/s，取內(nèi)外渦旋交界圓柱直徑d0=0.6

12、de=0.6?252=151.2mm 渦旋指數(shù)：n=1-1-0.67(D)0.14( 氣流在交界面上的切向速度： ?D?0.420.54?vo=v1? =23?()=41.00m/s 0.6d?0.144e?nT283)0.3=0.54 外渦旋氣流的平均徑向速度： vr=Q 2r0h0 分割直徑dc: Q?2?-51818?2.2?10?18v0r0?2h0?2?L+H-S?-6?dc=?=4.91?10m?2222000?41.00?Pvo?Pvo?121212 此時(shí)旋風(fēng)處理器的分割直徑為4.91m。 （4）計(jì)算壓力損失 423K時(shí)煙氣濃度可近似取為： 273=1.293?=0.834kg/

13、m3 423 =16A16?0.018=4.54 220.252de 1?P=v21=0.5?4.54?0.834?232=1001Pa 2 （4）分級(jí)除塵效率 ?dpi? ?c?依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：i=?來(lái)計(jì)算 2?d?1+ pi?c? 7 2 （5）總除塵效率 由公式：=igli來(lái)求解。（gli為質(zhì)量頻率） i 得：=97.82% （6）影響除塵效率的因素 a.入口風(fēng)速 由臨界計(jì)算式知，入口風(fēng)速增大，dc降低，因而除塵效率提高。但是風(fēng)速過(guò)大，壓力損失也明顯增大 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。筒體高度對(duì)除塵效率影響不明顯，適當(dāng)增大錐體長(zhǎng)度，有

14、利于提高除塵效率。減小排氣管直徑，有利于提高除塵效率。 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。 d.灰斗氣密性 若氣密性不好，漏入空氣，會(huì)把已經(jīng)落入灰斗的粉塵重新帶走，降低了除塵效率。 2.4 脫硫吸收塔（噴淋吸收空塔）的設(shè)計(jì) 脫硫過(guò)程主反應(yīng)有以下幾個(gè)： （1）S02+H2OH2SO3(吸收) （2）CaCO3+H2SO3CaSO3+CO2+H2O(中和) 8 （3）CaSO3+1/2 O2CaSO4(氧化) （4）CaSO3+1/2H2OCaSO31/2H2O(結(jié)晶) （5）CaSO4+2H2OCaSO42H2O(結(jié)晶) （6）CaSO3+H2SO3Ca(H

15、SO3)2(PH控制) 2.4.1工況下煙氣中二氧化硫濃度的計(jì)算 CSO2=CSO2?273273=1150?=742.20(mg/m3) 423423 假定煙氣進(jìn)入脫硫設(shè)備后溫度降至403K， 此時(shí)煙氣Q=829.504?(403)=1224.51m3/h 273 煙氣含硫濃度不大且煙氣量較小，可采用石灰法濕法脫硫。 2.4.2噴淋塔 （1）噴淋塔內(nèi)流量計(jì)算 假設(shè)噴淋塔內(nèi)平均溫度為80，壓力為1200KPa,則噴淋塔內(nèi)流量為：QV?273+80?101.324=QS? ?(1+K) ?273130? 式中：Qv噴淋塔內(nèi)煙氣流量，m3/h； Qs標(biāo)況下煙氣流量，m3/h； K除塵前漏氣系數(shù)，0

16、0.1，取0.1； ?270+80?101.324QV=829.504? ?(1+0.1)=920m3/h=0.256m3/s ?130?273? （2）噴淋塔徑計(jì)算 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, 則噴淋塔截面A為： 9 則塔徑d為：d=4AA=Q0.256=0.512m2 V0.5 =0.81m 取塔徑Do=850mm (3)噴淋塔高度計(jì)算 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。 吸收區(qū)高度: 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(yīng)時(shí)間t=3s,則噴淋塔的吸收區(qū)的高度為： H1=V?t=0.5?3=1.5m 除霧

17、區(qū)高度： 除霧器設(shè)計(jì)成兩段。每層除霧器上下各設(shè)有沖洗噴嘴。最下層沖洗噴嘴距最上層（0.50.6）m。取除霧區(qū)高度為： H2=0.6m 漿池高度： 漿池容量V1按液氣比漿液停留時(shí)間t1確定： V1= 式中： L/G液氣比，取10L/m3; Q標(biāo)況下煙氣量，m3/h； t漿液停留時(shí)間，s; 一般t1為4min8min,本設(shè)計(jì)中取值為5min，則漿池容積為： L?Q?t1 G 10 V1=10?829.504?5/60=0.69m3 1000 選取漿池直徑等于或略大于噴淋塔Do,本設(shè)計(jì)中選取的漿料直徑為Do=1m,然后再根據(jù)V1計(jì)算漿池高度： h0=4V1 D02 式中：h0漿池高度，m; V1漿池

18、容積，m; Do漿池直徑，m； h0=(4?0.69)/(?1?1)=0.9m 3 噴淋塔高度為： Ht=H1+H2+H0=1.5+0.6+0.9=3m 2.4.3新鮮漿料及漿液量的確定 （1）漿料量 CaO(s)+SO2(g)+2H2O(l)=CaSO3?2H2O（s） 1mol 1mol 因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)一般鈣硫比為：1.051.1,此處設(shè)計(jì)取為1.05，則有平衡計(jì)算可得1h需消耗CaO的量為： 1.05?104?0.14375=15.6975mol/h 15.6975?56/1000=0.88kg/h （2）漿液量 Qw=L/G?QV=10?0.256=2.56?10-3m3/s=9.216

19、m3/h 1000 此設(shè)計(jì)煙氣脫硫效率達(dá)到95%左右，出氣SO2濃度900mg/m3。 11 3.確定除塵器、風(fēng)機(jī)、煙囪的位置及管道布置。并計(jì)算各管段的管徑、長(zhǎng)度、煙囪高度和出口內(nèi)徑以及系統(tǒng)總阻力。 3.1各裝置及管道布置的原則 根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)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(duì)各裝置及管道的布置應(yīng)力求簡(jiǎn)單，緊湊，管路短，占地面積小，投資省，并使安裝、操作方便。 3.1.1管徑的確定 煙氣流量為0.357m3/s，所以，管徑計(jì)算如下： d= 代入數(shù)據(jù)得d=0.141m 4Qv 式中：Q工況下的煙氣流量，m3/s； v煙氣流速，取23m/s；

20、圓整并選取風(fēng)道 鋼制風(fēng)管參數(shù)表 內(nèi)徑：d=150-21.5=147mm 由公式d=4Q v可計(jì)算出實(shí)際煙氣流速： v=4Q4?0.357=21.04m/s d2?0.1472 12 3.2煙囪的計(jì)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(kuò)散稀釋要求，又要考慮節(jié)省投資。 首先確定共用一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(guān)系 由鍋爐污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)上的鍋爐的總的蒸發(fā)量與煙囪高度的數(shù)據(jù),所以我選定煙囪高度為 H=30m。 3.2.2煙囪直徑的計(jì)算 煙囪出口內(nèi)徑可按下式計(jì)算： d=0. 3Q通過(guò)煙囪的

21、總煙氣量，m/h 4Q 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 ） 選定=3m/s d=0.圓整取d=0.7m 煙囪底部直徑 829.504?4=0.63(m) 3 d1=d+2?i?H 13 d1=0.7+2?0.02?30=1.9m 式中：d1煙囪出口直徑，m H煙囪高度，m i煙囪錐度，取 i=0.02 3.2.3煙囪的抽力 Sy=0.0342H( Sy=0.0342?30?(11-)?B273+tk273+tp 11-)?108.75?103 273+20273+150 =117.03Pa 式中 H煙囪高度，m tk外界空氣溫度，20C o煙囪內(nèi)煙氣平均

22、溫度，423C otp B當(dāng)?shù)卮髿鈮海?08.75?103Pa 3.3系統(tǒng)阻力的計(jì)算 3.3.1摩擦壓力損失 Lv2 ?PL=?d2 式中：L管道長(zhǎng)度，m； d管道直徑，m； 3kg/m 煙氣密度，； v管中氣流平均速率； 摩擦阻力系數(shù)； 對(duì)于150圓管 L=30m =1.293?273=0.834kg/m3 423 14 300.834?21.042 ?=738.4(Pa) pL=0.02?0.152 3.3.2局部壓力損失 v2 p=?2(Pa) 式中: 異形管件的局部阻力系數(shù)可查到 v與像對(duì)應(yīng)的斷面平均氣流速率,m/s 煙氣密度, kg/m a.漸縮管:=45,=0.1,v=21.04m/s 0.834?21.042 =18.5Pa ?p=0.1?23 管路中共有兩個(gè)漸縮管，故 P3=218.5=37Pa b. 90彎管部分 D=150mm 取R=D 則=0.23 0.834?21.042 ?p=0.23?=42.5Pa 2 管路中共有4個(gè)90彎管，故 P5=442.5=170Pa 3.3.3系統(tǒng)總阻力（其中鍋爐出口前阻力為800pa） ?h=738.4+37+170+800+1001=2746.4Pa 3.4風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的選擇及計(jì)算 3.4.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計(jì)算 取tP=150C，tY=250C Qy=1.1?Q?273+tp101.325?m3/