大氣處理課程設(shè)計-某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵、脫硫處理與脫銷處理系統(tǒng)的設(shè)計

大氣污染課程設(shè)計姓名：張XX指導(dǎo)老師：孫老師專業(yè)：環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)學(xué)院：化工食品學(xué)院學(xué)號：

目錄一、 課程設(shè)計題目 4二、 設(shè)計原始資料 41.鍋爐設(shè)備的主要參數(shù) 42.污染源強(qiáng)相關(guān)參數(shù) 43.煤的工業(yè)分析值 44.按鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)〔GB13271—2001〕中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行 4三、 設(shè)計方案確實定及原理 4四、 設(shè)計計算 61.耗煤量計算 62.煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度與氮氧化物濃度的計算 62.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量 62.2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量〔設(shè)空氣含濕量為12.93(m3/kg)〕 72.3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實際煙氣量 72.4標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度 72.5標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算 82.6標(biāo)態(tài)下氮氧化物濃度的計算 83.除塵器的選擇 83.1除塵器應(yīng)到達(dá)的除塵效率 83.2除塵器的選擇 94.旋風(fēng)除塵器的設(shè)計 94.1確定旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口氣流速度v 94.2確定旋風(fēng)除塵器的幾何尺寸 94.3壓力損失△P 105.脫銷工藝 106.脫硫方案確實定 11〔1〕噴淋塔內(nèi)流量計算 11〔2〕噴淋塔徑計算 12〔3〕噴淋塔高度計算 127.確定除塵器，風(fēng)機(jī)，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。 147.1各裝置及管道布置的原那么 147.2管徑確實定 158.煙囪的計算 158.1煙囪高度確實定 158.2煙囪直徑的計算 168.3煙囪的抽力 169.系統(tǒng)阻力的計算 179.1摩擦壓力損失 179.2局部壓力損失 179.3系統(tǒng)總總阻力〔其中鍋爐出口前阻力為1200pa〕 181) 總阻力計算 1810.風(fēng)機(jī)和電動機(jī)的選擇及計算 1810.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計算 1810.2風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的計算 19五、 小結(jié) 19六、 參考資料 19

大氣污染控制工程課程設(shè)計課程設(shè)計題目某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵、脫硫處理與脫銷處理系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計原始資料1.鍋爐設(shè)備的主要參數(shù)鍋爐型號SZL-8-1.25-ALL160℃2.污染源強(qiáng)相關(guān)參數(shù)煙氣密度〔標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)?shù)卮髿鈮海?01.325×(273+24)/273=110.23KPa室外空氣溫度：24℃空氣過剩系數(shù)：α=1.33.煤的工業(yè)分析值C=65%；H=5%；S=3.2%；O=4.8%；N=3%：灰分10.6%；4.按鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)〔GB13271—2001〕中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)〔標(biāo)準(zhǔn)狀況下〕：200㎎/二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)〔標(biāo)準(zhǔn)狀況下〕：900-55㎎/氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)〔標(biāo)準(zhǔn)狀況下〕：400㎎/設(shè)計方案確實定及原理由于所處理的煙氣含塵較多，硫與氮的含量也較多，故采用除塵與脫硫脫氮分開的操作系統(tǒng)，以得到更好的處理效果。鍋爐煙氣通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入SCR反響器。用NH3作為復(fù)原劑，在鉑或非重金屬催化劑的作用下，在較低溫度條件下，NH3有選擇地將廢氣中的Nox復(fù)原為氮氣。液氨從液氨槽車有卸氨壓縮機(jī)送入液氨儲罐，再經(jīng)過蒸發(fā)器槽蒸發(fā)氨氣后，通過氨緩沖槽和輸送管道進(jìn)入鍋爐區(qū)；通過與空氣混合后，由有分布導(dǎo)閥進(jìn)入SCR反響器，SCR反響器設(shè)置于空氣預(yù)熱器上游，氨氣進(jìn)入SCR反響器的上方，通過一種特殊的噴霧裝置和煙氣混合；混合后，煙氣通過反響器內(nèi)催化劑層進(jìn)行復(fù)原反響，并完成脫硝工程；脫硝后的煙氣進(jìn)入空氣預(yù)留器進(jìn)行交換。鍋爐煙氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器除塵后，通過風(fēng)機(jī)后進(jìn)入吸收塔。在吸收塔內(nèi)煙氣向上流動且被向下流動的循環(huán)漿液以逆流方式洗滌。循環(huán)漿液那么通過噴漿層內(nèi)設(shè)置的噴嘴噴射到吸收塔中，以便脫除SO2、SO3，與此同時在“強(qiáng)制氧化工藝〞的處理下反響的副產(chǎn)物被導(dǎo)入的空氣氧化為石膏〔CaSO4?2H2O〕，并消耗作為吸收劑的石灰石。循環(huán)漿液通過漿液循環(huán)泵向上輸送到噴淋層中，通過噴嘴進(jìn)行霧化，可使氣體和液體得以充分接觸。每個泵通常與其各自的噴淋層相連接，即通常采用單元制。在吸收塔中，石灰石與二氧化硫反響生成石膏，這局部石膏漿液通過石膏漿液泵排出，進(jìn)入石膏脫水系統(tǒng)。脫水系統(tǒng)主要包括石膏水力旋流器〔作為一級脫水設(shè)備〕、漿液分配器和真空皮帶脫水機(jī)。經(jīng)過凈化處理的煙氣流經(jīng)兩級除霧器除霧，在此處將清潔煙氣中所攜帶的漿液霧滴去除。同時按特定程序不時地用工藝水對除霧器進(jìn)行沖洗。進(jìn)行除霧器沖洗有兩個目的，一是防止除霧器堵塞，二是沖洗水同時作為補(bǔ)充水，穩(wěn)定吸收塔液位。最后，潔凈的煙氣通過煙道進(jìn)入煙囪排向大氣。脫氮過程主反響有以下幾個：①4NO+4NH3+O2—>4N2+6H2O;②6NO+4NH3—>5N2+6H2O③6NO2+8NH3—>7N2+12H2O;④2NO2+4NH3+O2—>3N2+6H2O;脫硫過程主反響由以下幾個：①SO2

+H2O→H2SO3

(吸收)②CaCO3

+H2SO3

→CaSO3

+CO2

+H2O(中和)

③CaSO3

+1/2O2

→CaSO4

(氧化)④CaSO3

+1/2H2O→CaSO3?1/2H2O(結(jié)晶)⑤CaSO4

+2H2O→CaSO4?2H2O(結(jié)晶)⑥CaSO3

+H2SO3

→Ca(HSO3)2

(pH控制)處理煙氣工藝流程圖1設(shè)計計算1.耗煤量計算鍋爐效率η=78.2%；褐煤低位熱值15466Kj/kg；一噸蒸汽所需要的全部熱量為2446820kj/噸耗煤量=2446820*7.5/15466*78.2%=1517kg取1.6噸/h2.煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度與氮氧化物濃度的計算2.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量式中，，，——分別為煤各元素所含的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。代入＝65%，＝5%，＝3.2%，＝4.8%，得Qa=4.76(1.8670.65+5.560.05+0.70.032-0.70.048)=7.05。生2.2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量〔設(shè)空氣含濕量為12.93(m3/kg)〕式中——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量，；——煤中水分所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；——N元素在所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；代入Qa`=7.05,=6%,=3%,得Qs`＝1.867(0.65+0.3750.032)+11.20.05+1.240.06+(0.016+0.79)7.05+0.80.03=7.5。2.3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實際煙氣量式中——空氣過剩系數(shù),取1.3注意：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量Q以計，因此，Q=Qs×設(shè)計耗煤量代入＝7.5，＝7.05，得=7.5+1.0160.37.05＝9.73設(shè)計耗煤量=9.73×1600=15568——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實際煙氣量2.4標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度式中——排煙中飛灰占不可燃成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；——煤中不可燃成分的含量；——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實際煙氣量，。代入＝18%,=13%,＝9.73,得C=0.180.13/9.73=2.4×103〔mg/m3〕2.5標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算式中——煤中可燃硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)代入＝3.2%,Qs＝9.73,得=2×0.032×0.98/9.73×106=6.45×103〔mg/m3〕。2.6標(biāo)態(tài)下氮氧化物濃度的計算Cno=0.9N×30×106/14×=0.9×0.03/9.73×14×30×106=5.95×103〔mg/m3〕。Cno2=0.1N×46×106/14×=0.1×0.03/9.73×14×46×106=1.01×103〔mg/m3〕CNOx=6.96×103〔mg/m3〕3.除塵器的選擇3.1除塵器應(yīng)到達(dá)的除塵效率式中C——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度，；——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下鍋爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值，。代入C=2400=200,得＝1-200/2400=0.9167=91.67%。3.2除塵器的選擇工作狀況下煙氣流量Q’=15568×(273+160/273)=24692——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實際煙氣量，——工作狀況下煙氣溫度，K——標(biāo)準(zhǔn)狀況下溫度，273K總的煙氣流速Q(mào)’/3600=24692/3600=6.85894.旋風(fēng)除塵器的設(shè)計出于平安考慮，旋風(fēng)除塵器按煙氣流量為25000〔m3/h〕進(jìn)行設(shè)計。4.1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12—25m/s，可根據(jù)設(shè)計要求設(shè)ν=18m/s。4.2確定旋風(fēng)除塵器的幾何尺寸a.進(jìn)口截面積F=A×B=Q’/V=25000/3600×18=0.3858m2F式中A—旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口高度；′B—旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口寬度。取A=2B，那么A=878.40mm；B=439.20mm。b.筒體直徑D取B=0.3D，那么D=3.33B=1462.54mm；c.筒體高度H1取H1=1.7D=1.6×1462.54=2340.06mm；d.錐體高度H2取H2=2.0D=2.0×1462.54=2925.08mm；e.排灰口直徑D1取D1=0.4D=0.4×1462.54=585.02mm；f.出口管直徑D2取D2=0.6D=0.6×1462.54=877.52mm；g.出口管長度H3取H3=0.625D=0.625×1462.54=914.09mm；h.總高度Ho取Ho=4.0D=4.0×1462.54=5850.16mm;i.圓錐體的圓錐角α=30°4.3壓力損失△P式中：K—系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)切向進(jìn)口，K=7.5；ρ—工況下煙氣密度，〔kg/m3〕ΔP=7.5×878.40×439.20/877.522×0.864×182/2=525.933Pa由上述計算可知所設(shè)計的除塵器的處理量為25000m3/h，進(jìn)口氣流速度為18m/s，△P=525.933Pa旋風(fēng)除塵器型號XD-II-10配用鍋爐/(t/h)處理煙氣量〔m3/h〕除塵效率〔%〕本體阻力〔Pa〕質(zhì)量〔Kg〕1030000>95<90061005.脫銷工藝采用SCR法脫銷，設(shè)計脫銷效率不低于95%，采用高沉布置方式。5.1工藝原理利用氨對Nox的復(fù)原功能，在催化劑的作用下將Nox復(fù)原為對大氣沒有多少影響的N2與H2O復(fù)原劑為NH3。在SCR反響器內(nèi)，NO通過以反映被復(fù)原：①4NO+4NH3+O2—>4N2+6H2O;②6NO+4NH3—>5N2+6H2O當(dāng)煙氣中有氧氣時，①反響式先進(jìn)行，因此，按消耗量與NO復(fù)原兩有那一對一的關(guān)系。在鍋爐的煙氣中，NO2一般約占總的Nox濃度的5%。2NO2+4NH3+O2—>3N2+6H2O;6NO2+8NH3—>7N2+12H2O;說明復(fù)原NO2比復(fù)原NO需要更多的氨，因NO2含量小，因此NO2的影響并不明顯。5.2技術(shù)要求a.脫銷工藝采用SCR法，脫銷催化劑層數(shù)按三層設(shè)置，其中一層預(yù)留；b.脫銷系統(tǒng)暫按設(shè)置煙氣旁路系統(tǒng)考慮;c.復(fù)原劑采用純液氨d.脫銷設(shè)備年運行小時按7000h考慮e.脫銷裝置可利用率不小于98%5.3復(fù)原劑選擇氨系統(tǒng)的腎囊腫方法原料消耗兩的比例為純氨：氨水〔25%〕：尿素=1：4：1.9純氨法應(yīng)用廣范，出運量小，有利于布置，但儲存需要較高的壓力，平安性要求高。5.4工程接口位置液氨儲存和氨注入系統(tǒng)入口：液氨罐車出口出口：噴氨噴嘴煙氣系統(tǒng)入口：鍋爐省煤器出口煙道出口：空預(yù)留器幾口煙道蒸汽：蒸發(fā)器入口液氨蒸發(fā)器源接口5.5工藝流程液氨從液氨槽車有卸氨壓縮機(jī)送入液氨儲罐，再經(jīng)過蒸發(fā)器槽蒸發(fā)氨氣后，通過氨緩沖槽和輸送管道進(jìn)入鍋爐區(qū)；通過與空氣混合后，由有分布導(dǎo)閥進(jìn)入SCR反響器，SCR反響器設(shè)置于空氣預(yù)熱器上游，氨氣進(jìn)入SCR反響器的上方，通過一種特殊的噴霧裝置和煙氣混合；混合后，煙氣通過反響器內(nèi)催化劑層進(jìn)行復(fù)原反響，并完成脫硝工程；脫硝后的煙氣進(jìn)入空氣預(yù)留器進(jìn)行交換。6.脫硫方案確實定6.1工況下煙氣中二氧化硫濃度的計算C’so2=Cso2×273/(273+160)=6450×273/(273+160)=4070(mg/m3)假定煙氣進(jìn)入脫硫設(shè)備后溫度降至413K。此時煙氣Q=15568×(273+140)/273=23552煙氣含硫濃度不大且煙氣量較小，可采用石灰法濕法脫硫。6.2噴淋塔〔1〕噴淋塔內(nèi)流量計算假設(shè)噴淋塔內(nèi)平均溫度為，壓力為120KPa，那么噴淋塔內(nèi)煙氣流量為：Qv=Qs×(273+80)/273×101.324/Pa×(1+K)式中：—噴淋塔內(nèi)煙氣流量，；—標(biāo)況下煙氣流量，；K—除塵前漏氣系數(shù)，0～0.1；代入公式得：QV=15568×(273+80)/273×101.324/130×(1+0.005)=15612m3/h=4.34m3/s〔2〕噴淋塔徑計算依據(jù)石灰石煙氣脫硫的操作條件參數(shù)，可選擇噴淋塔內(nèi)煙氣流速v=3.5m/s，那么噴淋塔截面A為：4.34/3.5=1.24m2那么塔徑d為：1.26m取塔徑Do=1300mm〔3〕噴淋塔高度計算噴淋塔可看做由三局部組成，分成為吸收區(qū)、除霧區(qū)和漿池。吸收區(qū)高度：依據(jù)石灰石法煙氣脫硫的操作條件參數(shù)得，選擇噴淋塔噴氣液反響時間t=3s，那么噴淋塔的吸收區(qū)高度為：H1=V×t=3.5×3=10.5m除霧區(qū)高度：除霧器設(shè)計成兩段。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(3.4～4.5)m。許多工程說明3.5m/s≤煙氣流速〔110%過負(fù)荷〕≤4.2m/s,是性價比擬高的流速區(qū)域那么取除霧區(qū)高度為：H2=3.5m漿池高度：漿池容量V1按液氣比漿液停留時間t1確定：式中：—液氣比，取10L/m3；Q—標(biāo)況下煙氣量，；t1—漿液停留時間，s；一般t1為，本設(shè)計中取值為，那么漿池容積為：V1=10/1000×15568×5/60=12.97m選取漿池直徑等于或略大于噴淋塔D0，本設(shè)計中選取的漿料直徑為D0=2.5m，然后再根據(jù)V1計算漿池高度：式中：h0—漿池高度，m；V1—漿池容積，；D0—漿池直徑，m。h0=4×12.97/(3.14×2.5×2.5)=2.64m≈2.7m噴淋塔高度為：10.5+3.5+2.7=16.7m6.3新鮮漿料及漿液量確實定〔1〕漿料量1mol1mol因為根據(jù)經(jīng)驗一般鈣/硫為：1.05~1.1，此處設(shè)計取為1.05那么由平衡計算可得1h需消耗CaO的量為：1.05×0.98×1517=1561mol/h1561×56/1000=87.4kg/h〔2〕漿液量=10L/m334.34m3/s=156.24m3/h此設(shè)計煙氣脫硫效率到達(dá)95%左右，出氣SO2濃度≤200mg/m3。6.4石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫的流程圖鍋爐煙氣經(jīng)脫氮除塵、冷卻后送入吸收塔，吸收塔內(nèi)用配制好的石灰石或石灰漿洗滌含SO2的煙氣，洗滌凈化后的煙氣經(jīng)除霧和再熱后排放。吸收塔內(nèi)排出的吸收液流入循環(huán)槽，參加新鮮的石灰石或石灰液進(jìn)行再生。石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫工藝圖7.確定除塵器，風(fēng)機(jī)，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。7.1各裝置及管道布置的原那么根據(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，管道的布置也就根本可以確定了。對各裝置及管道的布置應(yīng)力求簡單，緊湊，管路短，占地面積小，投資省，并使安裝，操作方便。7.2管徑確實定煙氣流量為0.5045m3/s，所以，管徑計算如下：代入數(shù)據(jù)得d=0.70〔m〕式中Q——工作狀態(tài)下管道內(nèi)的煙氣流量，——煙氣流速，取18圓整并選取風(fēng)道表二風(fēng)管尺寸外徑鋼制板風(fēng)管外徑允許偏差/壁厚/7000.5內(nèi)徑：d=700-2×0.5=699()由公式可計算出實際煙氣流速：V=4Q/3.14d2=4×6.8589/(3.14×0.692)=17.80s(〕8.煙囪的計算8.1煙囪高度確實定確定煙囪高度，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)系鍋爐總額定出力t/h〈11-22-66-1010-2026-35煙囪最低高度/202530354045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35m。8.2煙囪直徑的計算煙囪出口內(nèi)徑可按下式計算：Q——通過煙囪的總煙氣量，——按表三選取的煙囪出口煙氣流速，。表四煙囪出口煙氣流速〔m/s〕通風(fēng)方式運行情況全負(fù)荷時最小負(fù)荷機(jī)械通風(fēng)12～204～5自然通風(fēng)10～152.5～3選定=3.0代入數(shù)據(jù)得d=3.14m圓整取d=3.2m煙囪底部直徑=3.41+2×0.02×35=4.81m取d1=4.9m式中：——煙囪出口直徑，mH——煙囪高度，mi——煙囪錐度，取i=0.028.3煙囪的抽力Sy=0.0342×35×(1/(273+24)-1/(273+160))×110.23×103=139.54式中H——煙囪高度，m——外界空氣溫度，——煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，B——當(dāng)?shù)卮髿鈮海?.系統(tǒng)阻力的計算9.1摩擦壓力損失式中L——管道長度，md——管道直徑，m——煙氣密度，——管中氣流平均速率——摩擦阻力系數(shù)對于φ700圓管L=30m1.37×273/433=0.863△Pl=0.02×30/0.7×0.863×17.802/2=117Pa9.2局部壓力損失(Pa)式中ξ——異形管件的局部阻力系數(shù)可查到v——與ξ像對應(yīng)的斷面平均氣流速率,m/sρ——煙氣密度,a.漸縮管α=45°,ξ=0.1,v=17.80m/s△P=0.1×0.863×17.