QXF65-39型鍋爐高硫無煙煤煙氣 袋式除塵濕式脫硫系統(tǒng)設計

xx大學2013級大氣污染控制工程課程設計說明書XX大學環(huán)境工程專業(yè)課程設計說明書大氣污染控制工程部分QXF65-39型鍋爐高硫無煙煤煙氣袋式除塵濕式脫硫系統(tǒng)設計學生姓名：XXX學號xx專業(yè)：環(huán)境工程指導教師：萬老師2016年06月QXF65-39型鍋爐高硫無煙煤煙氣袋式除塵濕式脫硫系統(tǒng)設計摘要在QXF65-39型鍋爐高硫無煙煤產(chǎn)生的大氣污染物含塵濃度為2310mg/m3，SO2的濃度為3300mg/m3，而煙氣煙塵最高允許排放濃度為50mg/m3，SO2最高允許排放濃度為300mg/m3。因此，利用袋式除塵器使塵粒從氣流中分離，然后采用濕式石灰石/石灰法去除SO2，使高硫無煙煤燃燒產(chǎn)生的煙氣被凈化。本論文主要介紹了袋式除塵器和石灰石/石膏法脫硫工藝的工作原理、特點以及其對應設備的設計過程。通過本次課程設計，進一步鞏固課程所學習的核心內容，掌握設計的內容以及相關參數(shù)的選擇與計算，并使所學知識系統(tǒng)化，學會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。關鍵字：袋式除塵器，石灰石/石灰法，噴淋塔，濕式脫硫頁共19頁1引言在目前，大氣污染已經(jīng)變成了一個全球性的問題，主要有溫室效應、臭氧層破壞和酸雨。中國的大氣環(huán)境污染仍以煤煙型為主，主要污染物為顆粒物和SO2。大氣污染物對人體健康、植物、器物和材料，及大氣能見度和氣候皆有重要影響?？諝赓|量的日益惡化，使得對大氣污染物排放及煙氣凈化處理要求更嚴格。大氣的污染主要是由于燃料的不完全燃燒引起。針對含塵煙氣，除塵裝置包括機械除塵器（如重力沉降室、慣性除塵器、旋風除塵器）、電除塵器以及袋式除塵器等。脫硫技術可分為濕法、干法和半干法。濕法系統(tǒng)是指利用堿性溶液或含觸媒離子的溶液，吸收煙氣中的SO2，主要技術有濕式石灰石/石灰法、氧化鎂濕法、氨法、海水法等。干法脫硫是利用固體吸附劑和催化劑在不降低煙氣溫度和不增加濕度的條件下，除去煙氣中的SO2，主要是循環(huán)流化床法等。半干法煙氣脫硫是在氣、液、固三相中進行脫硫的，脫硫產(chǎn)物也是干粉狀，主要有噴霧干燥法等。本設計采用帶式除塵器和濕式石灰石/石灰法對含塵煙氣進行處理。該系統(tǒng)能夠使高硫無煙煤燃燒產(chǎn)生的煙氣能較大程度的被凈化，從而達到大氣污染物的排放標準，避免使大氣造成污染。2凈化系統(tǒng)設計方案分析2.1袋式除塵器概述2.1.1袋式除塵器的工作原理如下圖，含塵氣流從下部進入圓筒形濾袋，在通過濾料表面孔隙時，粉塵被捕集與濾料上，透過濾料的清潔空氣由排氣口排出。沉積在濾料表面上的粉塵，可在機械振動的作用下從濾料表面脫落，落入斗中。粉塵在濾袋上的積聚會增加氣體通過濾袋的阻力，因而需要及時清灰，以免阻力過高，造成除塵效率下降。袋式除塵器的工作機理是粉塵通過濾料時產(chǎn)生的篩濾、慣性碰撞、粘附、擴散和靜電等作用而被捕集。圖2.1袋式除塵器簡圖2.1.2袋式除塵器的特點（1）優(yōu)點：袋式除塵器對凈化含微米或亞微米數(shù)量級的粉塵粒子的除塵效率較高；這種除塵器可一捕集多種干性粉塵；含塵氣體濃度在相當大的范圍內變化對袋式除塵器的除塵效率和阻力影響不大；袋式除塵器可設計制造出適應不同氣量的含塵氣體要求的型號；袋式除塵器運行穩(wěn)定可靠，沒有污泥處理和腐蝕等問題，操作和維護簡單。（2）缺點：袋式除塵器的應用主要受濾料的耐溫和耐腐蝕等性能所影響；不適用于凈化含粘結和吸濕性強的粉塵的氣體；據(jù)概略的統(tǒng)計，用袋式除塵器凈化大于17000m3/h的含塵煙氣量所需的投資費用要比電除塵器高。而用其凈化小于17000m3/h的含塵煙氣量時，投資費用比電除塵器省。2.1.3運行參數(shù)的選擇與設計（1）濾袋形狀一般有圓袋和扁袋。圓袋直徑一般為120~300mm，最大可達600mm；（2）濾袋長度一般取2~3.5m；（3）每組相鄰兩濾袋之間的凈距一般為50~70mm，組與組之間以及濾袋與殼體之間距離一般取600~800mm；（4）過濾速度：簡易清灰0.20~0.75m/min，機械振動清灰1.0~2.0m/min，逆氣流反吹清灰0.5~2.0m/min，脈沖噴吹清灰2.0~4.0m/min。2.1.4袋式除塵器凈化效率的影響因素（1）濾布及粉塵層的影響：濾布是袋式除塵器的主要部件，濾布的性質不僅直接影響除塵效率，而且對壓力損失、操作維修等影響很大。同時，濾布上粉塵層的厚度對除塵效率影響也很大。清潔濾布上無粉塵層，除塵效率最低。積塵后效率逐漸提高至最大值，振打清灰后效率有所降低。（2）過濾速度的影響：袋式除塵器的過濾速度指氣體通過濾布的平均速度，也稱氣布比。選用高的過濾速度，處理相應體積的煙氣所需要的濾布面積小，則除塵器體積、占地面積、一次投資等都會減小，但除塵器的壓力損失會加大。過濾速度的大小主要影響慣性碰撞和擴散作用。（3）濾料的影響：濾料的性能對袋式除塵器的操影響很大。選擇濾料時必須考慮含塵氣體的特征，性能良好的濾料應容塵量大、吸濕性小、效率高、阻力低、使用壽命長、同時具備耐溫、耐磨、耐腐蝕、機械強度高等優(yōu)點。2.2濕式石灰石/石灰法脫硫系統(tǒng)設計2.2.1濕式石灰石/石灰法的工作原理及特點（1）原理石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫是采用石灰石或者石灰漿液脫除煙氣中的SO2的方法。該方法開發(fā)的較早，工藝成熟，吸收劑廉價易得，因而應用廣泛。化學反應原理：用石灰石/石灰法或者石灰漿液吸收煙氣中的SO2，首先生成亞硫酸鈣：石灰石：CaCO3+SO2+0.5H2O→CaSO3·0.5H2O+CO2↑石灰：CaO+SO2+0.5H2O→CaSO3·0.5H2O然后亞硫酸鈣再被氧化成硫酸鈣。表2.1石灰石和石灰法濕法煙氣脫硫的反應機理脫硫劑石灰石石灰溶解反應SO2（氣）+H2O→SO2（液）+H2OSO2（液）+H2O→H2SO3H2SO3→H++HSO3-→2H++SO32-SO2（氣）+H2O→SO2（液）+H2OSO2（液）+H2O→H2SO3H2SO3→H++HSO3-→2H++SO32-解離反應H++CaCO3→Ca2++HCO3-CaO+H2O→Ca(OH)2Ca(OH)2→Ca2++2OH-吸收反應中和反應Ca2++SO32-+0.5H2O→CaSO3·0.5H2OCa2++HSO3-+2H2O→CaSO3·2H2O+H+H++HCO3-→H2CO3H2CO3→CO2+H2OCa2++SO32-+0.5H2→CaSO3·0.5H2OCa2++HSO3-+2H2O→CaSO3·2H2O+H+H++OH-→H2O總反應CaCO3+SO2+0.5H2O→CaSO3·0.5H2O+CO2↑CaO+SO2+0.5H2O→CaSO3·0.5H2O（2）特點優(yōu)點：脫硫效率高，吸收劑利用率高；適用于大容量機組；技術成熟，運行可靠性好；吸收劑資源豐富，價格便宜；脫硫副產(chǎn)物便于綜合利用。缺點：脫硫設備設備腐蝕，易結垢；除塵器和脫硫設備投資費用高，占地面積大；脫硫設備耗水量相對較大，有少量污水排除。2.2.2運行參數(shù)的選擇和設計（1）噴淋塔內煙氣流速：合適的流速范圍為3~4.5m/s，取4m/s；（2）煙囪出口處的風速，朔州年平均風速為2.5~4.5m/s，取4m/s；（3）液氣比（L/G）：一般為15~25L/min，取20L/min；（4）吸收反應時間t，一般石灰系統(tǒng)的煙氣脫硫時間為3~5s，取4s；（5）漿液停留時間，一般為4~8min，取5min。（6）煙囪椎角i通常取i=0.02~0.03，取i=0.02；（7）摩擦阻力系數(shù)λQUOTE，可查手冊得到實際中對金屬管道λ值取0.02；（8）管道的局部阻力系數(shù)取ξ，取ξ=0.25。2.2.3脫硫效率的影響因素（1）漿液PH：PH較高時，CaSO3的溶解度有明顯下降，CaSO4溶解度變化不大。PH降低時會造成CaSO3沉積在石灰石粒子表面，即所謂的包固現(xiàn)象。（2）石灰石粒度：CaCO3粒度的一般要求是90%通過325目，純度要求大于90%。（3）液氣比：試驗表明，液氣比在5.3L/m3以上時，SO2去除率平均為87%；液氣比小于5.3L/m3時，SO2去除率平均為78%。3煙氣污染物排放量計算3.1原始資料鍋爐型號：QXF65-39即，強制循環(huán)沸騰爐，蒸發(fā)量65t/h，出口蒸汽壓力39MPa設計耗煤量：8.5t/h設計煤成分：CY=56%HY=10%OY=4%NY=1%SY=3%AY=12%WY=4%VY＝8％屬于高硫無煙煤。排煙溫度：160℃?？諝膺^剩系數(shù)：1.2。飛灰率：35％。 煙氣在鍋爐出口前阻力：900Pa。污染物排放按照鍋爐大氣污染物排放標準GB13271-2001中2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250m，90°彎頭50個。3.2計算以1kg煤燃燒為基礎，則：表3.1煤成分質量/g物質的量/mol理論需氧量/mol理論煙氣量/molCY56046.746.746.7HY1001002550OY402.5-1.250NY100.71400.357SY300.93750.93750.9375AY120000WY402.2200VY80000（1）理論需氧量（2）理論空氣量即：（3）理論煙氣量即：（4）實際煙氣量空氣的過剩系數(shù)：式中：—實際煙氣量，；—理論煙氣量，；—理論空氣量，；—空氣過剩系數(shù)。工況下的煙氣量為：式中：—工況下的煙氣量，—標準狀況下的煙氣量，—排煙溫度，；—標準狀態(tài)下的溫度，；—當?shù)卮髿鈮海?；—標準狀態(tài)下的大氣壓，。（5）實際的煙氣流量工況下的煙氣流量（6）煙塵濃度飛灰率＝35％（7）SO2濃度4除塵設備結構設計與計算4.1濾料的選擇結合下表，玻璃濾料使用條件為氣體溫度超過410K但低于530K，已知排煙溫度在此范圍內，因此選擇的濾料為玻璃濾料。表4-1帶式除塵器使用情況粉塵種類纖維種類清灰方式過濾氣速（m/min)飛灰（煤）玻璃，聚四氟乙烯逆氣流脈沖噴吹機械振動0.58~1.8飛灰（油）玻璃逆氣流1.98~2.35水泥玻璃

丙烯酸系聚酯機械振動0.46~0.644.2除塵器的形式袋式除塵器的濾袋形狀有圓筒型和扁平型兩種。其中圓筒型濾袋應用廣泛，結構和連接簡單，易于清灰且受力均勻。扁平形與圓袋相比，同體積的除塵器內可多布置20%~40%的過濾面積。但是其結構較復雜，清袋和換袋比較困難，且制作要求高，濾袋之間易被粉塵堵塞。本設計取圓筒型濾袋，其直徑一般為120mm~300mm，濾袋長度一般取2~3.5m，d=150mm，l=3m，l/d=20，符合要求。4.3袋式除塵器的清灰方式表4.2

袋式除塵器種類及特點除塵種類除塵效率%凈化程度特點簡易袋式30中凈化機械振動袋式90中凈化要求濾料薄而光滑，質地柔軟，再過濾面上生成足夠的振動力。脈沖噴吹袋式99細凈化清灰方式作用強度很大，而且其強度和頻率都可以調節(jié)，清灰效果好氣環(huán)式袋式99細凈化適用高濕度、高濃度的含塵氣體，造價較低，氣環(huán)箱上下移動時緊貼濾袋，使濾袋磨損加快，故障率較高通過比較最終決定選用脈沖噴吹袋式除塵器，脈沖噴吹袋式除塵器是一種周期性地向濾袋內或濾袋外噴吹壓縮空氣來達到清灰濾袋上積灰的袋式除塵器。它具有處理風量大、除塵效率高的優(yōu)點，而且清灰機構沒有運動部件，濾袋不受機械力作用，損傷較小，濾袋使用周期長，因而使用廣泛。但這種除塵器的結構復雜，投資較大。4.4除塵器的尺寸設計4.4.1過濾總面積的計算(式4.1)式中：—過濾總面積，；—工況下的煙氣流量，；—過濾氣速，，脈沖噴吹清灰：，此處取；則：4.4.2每條濾袋面積的計算式中：—每條濾袋面積，m2；—單個濾袋直徑，m，一般為120~300mm，此處取150mm；—單個濾袋長度，m，一般取2~3.5m，此處取3m。則：4.4.3濾袋條數(shù)的計算式中：—袋式除塵器過濾袋數(shù)，個；—過濾總面積，m2；—每條濾袋面積，m2。則：為布置方便，取。4.4.4濾袋的布置濾袋條數(shù)n=400，設置4組濾袋，每組濾袋采用的排列方式，4組采用形式的排列。灰斗高度取2m。每組內相鄰濾袋之間的凈距一般取50~70mm，本設計取60mm。組與組之間的距離，考濾到檢修、換袋等操作需要，這種距離一般取600~800mm，本設計取600mm。4.4.5除塵器袋室的計算袋室的長：；袋室的寬：；袋室的高：即濾袋的長度，。4.4.6除塵效率的計算(式4.2)式中：—除塵效率；—標準狀態(tài)下鍋爐煙塵排放標準中的規(guī)定值，查GB1327-2014表；—二氧化硫濃度，。則：4.4.7壓力損失的取值除塵器的壓力損失范圍為550~2700pa，此處取1300pa。5脫硫設備結構設計與計算5.1噴淋塔內流量的計算噴淋塔內流量為：(式4.3)式中：—噴淋塔內煙氣流量，—標準狀況下的煙氣流量，；—除塵器前漏氣系數(shù)，0~0.1，此處取0.05；—噴淋塔內平均溫度，一般大于75℃，此處取90℃；—當?shù)卮髿鈮海分莓數(shù)氐拇髿鈮簽?00.78。則：5.2噴淋塔塔徑的計算(式4.4)式中：—噴淋塔塔徑，；—噴淋塔內煙氣流量，；—噴淋塔內煙氣流速，一般，此處取。則：5.3噴淋塔高度的計算（1）吸收區(qū)的高度h1：工程設計中吸收區(qū)高度h1一般指煙氣進口水平中心線到噴淋層中心線的距離。吸收區(qū)高度主要通過經(jīng)驗公式求?。菏街校簍—吸收反應的時間，一般為3~4s，此處取t=3s；在吸收區(qū)，噴嘴布置分2~6層，噴淋塔層間距0.8~2m，本設計設置6層，每層2m。（2）煙氣進口高度h2：(式4.5)式中：v1—煙氣入口氣速，一般取14~15m/s，此處取v1=15m/s；L—進口寬度，占塔內徑D的60%~90%，取90%。則：（3）漿液池高度h3：漿池容量：(式4.6)式中：—液氣比，一般為15~25，此處取20；—標況下煙氣量，；—漿液停留時間，一般為4~8min，此處取5min。則：選取漿池直徑等于或略大于噴淋塔D，本設計中選取，根據(jù)計算漿池高度：式中：—漿池高度，m；—漿池容積，m3；—漿池直徑，m。則：（4）煙氣進口底部至漿液面的距離：考濾到漿液鼓入氧化空氣和攪拌時液位會有所波動，加之該區(qū)間需接進料接管，因此煙氣進口底部至漿液面的距離一般定為0.8~1.2m為宜。本設計取h4=1m。（5）煙道入口到第一層噴淋層的距離h5范圍為2~3.5m，取h5=2m。（6）最頂層噴淋層到除霧器的距離h6距離范圍為1.2~2m，取h6=1.5m。（7）除霧器高度：單層除霧器的高度范圍為2~3m，取h7=2m。（8）除霧器到吸收塔出口的距離h8范圍為0.5~1m，取h8=0.8m。脫硫噴淋塔總高度為：則：5.4脫硫設備噴的校核噴淋塔是的脫硫效率：式中：—噴淋塔的效率；—該設計的二氧化硫濃度，mg/m3;—標準狀況下新建鍋爐二氧化硫濃度限值，查GB13271-2014，；則：石灰石/石膏法脫硫工藝的脫硫率在90%以上，92.2%>90%，符合要求。6煙囪設計計算6.1煙囪高度的設計計算（1）煙氣的熱釋放率(式6.1)式中：—當?shù)卮髿鈮毫?，kPa，取=100.78kPa;—實際排煙量，m3/s;—煙囪出口處的煙氣溫度，K，=273+160=433K;—環(huán)境大氣溫度，K，K。則：（2）煙囪直徑(式6.2)式中：u—煙氣在煙囪內的平均流速，m/s，取u=20m/s。則：校核流速：（3）煙囪抬升高度計算(式6.3)式中：—煙囪的幾何高度，m，查GB13271-2014得，鍋爐房裝機總容量為8.5t/h時，煙囪最低允許高度為35m，本設計取40m；—煙囪出口處平均風速，朔州年平均風速為2.5~4.5m/s，取4m/s；n0、n1、n2—系數(shù)，查表5-1得，n0=0.332，n1=3/5，n2=2/5。則：表6.1系數(shù)n0、n1、n2的值地表狀況（平原）農(nóng)村或城市遠郊區(qū)1.4271/32/3城市及近郊區(qū)1.3031/32/3且農(nóng)村或城市遠郊區(qū)0.3323/52/5城市及近郊區(qū)0.2923/52/5煙囪的總高度式中：—煙囪的有效高度，m;—煙囪的幾何高度，m；—煙氣的抬升高度，m。則：6.2煙囪出口內徑6.3煙囪底部直徑式中：i—煙囪椎角，通常取i=0.02~0.03，取i=0.02。則：6.4煙囪阻力的計算（1）實際溫度下的密度為：式中：—實際溫度下的密度，kg/m3;—標準狀況下的煙氣密度，kg/m3，查得=1.46kg/m3;—實際溫度，℃。則：（2）煙囪阻力(式6.4)式中：λ—摩擦阻力系數(shù)，無量綱，本處取0.02；u—管內煙氣平均流速，m/s，v=20m/s；ρ—煙氣密度，kg/m3；l—煙囪長度，m；d—煙囪直徑，m。則：6.5煙囪高度的校核（1）排放的煙氣中二氧化硫的濃度由上可知，噴淋塔的吸收效率為92.2%則：二氧化硫的排放速率最大排放濃度(式6.5)式中：—二氧化硫最大排放濃度，mg/m3;—二氧化硫排放速率，m/s;—煙囪出口處的平均風速，m/s，由上可知，本設計取4m/s；一般為0.5~1.0之間，本設計取0.8。則：國家環(huán)境空氣質量二級標準日平均二氧化硫濃度為0.15mg，0.059mg/m3<0.15mg/m3，符合要求。（2）排放的煙氣中粉塵的濃度則：粉塵的排放速率最大排放濃度式中：—粉塵最大排放濃度，mg/m3;—粉塵硫排放速率，m/s;—煙囪出口處的平均風速，m/s，由上可知，本設計取4m/s；一般為0.5~1.0之間，本設計取0.8。則：7管道系統(tǒng)設計及阻力計算7.1管徑的計算式中：—煙氣流量，；—管道內煙氣流速，，一般為10~15，本設計取10；1.1為修正系數(shù)。則：7.2摩擦阻力損失計算(式7.1)式中：—摩擦阻力系數(shù)，無量綱；—管內煙氣平均流速，；—煙氣密度，；—管道長度，；—管道直徑，；查閱相關資料的鋼管的。則：7.3局部阻力損失計算(式7.2)式中：—彎頭個數(shù)，本設計為50個；—局部阻力系數(shù)，無量綱；—煙氣密度，；—管內煙氣平均流速，。在煙氣管道中一般采用的是90°彎頭，其局部阻力損失系數(shù)。則：7.4管道氣體流動的總壓力損失7.5系統(tǒng)總阻力系統(tǒng)總阻力=除塵損失+脫硫損失+煙囪阻力損失+管道損失+出口前損失則：=1300+880+247.45+674.14+900=4001.59Pa8風機電機的選擇8.1風機風量的計算