大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)(鍋爐)

目錄TOC\o"1-4"\h\z\u一．設(shè)計(jì)任務(wù)41.1設(shè)計(jì)題目41.2設(shè)計(jì)原始參數(shù)41.2.1鍋爐參數(shù)4污染源強(qiáng)相關(guān)參數(shù)4煤的工業(yè)分析值5按鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)51.3設(shè)計(jì)內(nèi)容5二．設(shè)計(jì)方案確定52.1除塵52.1.1袋式除塵器原理5袋式除塵器的清灰方式主要有6袋式除塵器的分類6袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)72.2脫硫7石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術(shù)的原理7石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術(shù)的工藝流程82.3脫氮工藝92.3.1SCR脫氮法92.3.2SCR脫氮工藝流程圖9三．設(shè)計(jì)計(jì)算103.1燃煤鍋爐排煙量及煙塵和二氧化硫濃度的計(jì)算10標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量10標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量10標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際空氣煙氣量113.1.4煙氣含塵濃度11標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計(jì)算11標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化氮濃度的計(jì)算123.2脫氮設(shè)計(jì)和計(jì)算123.2.1SCR反響器截面尺寸估算：123.2.2SCR反響器斷面尺寸計(jì)算133.2.2.1催化劑體積計(jì)算：133.2.2.2催化劑層數(shù)估算：133.2.2.3反響器高度計(jì)算：133.3除塵計(jì)算14除塵效率14工作狀況下煙氣流量143.3.3除塵器設(shè)計(jì)14過濾面積14除塵器的選擇：143.4脫硫設(shè)計(jì)和計(jì)算15噴淋塔內(nèi)流量計(jì)算153.4.2噴淋塔徑計(jì)算16噴淋塔高度計(jì)算163.4.3.1吸收區(qū)高度163.4.3.2除霧區(qū)高度163.4.3.3漿池高度173.4.3.4噴淋塔煙氣進(jìn)口高度設(shè)計(jì)：173.4.3.5吸收塔高度：173.4.3.6新鮮漿料確實(shí)定183.5煙囪的設(shè)計(jì)18煙囪高度確實(shí)定18煙囪直徑的計(jì)算18煙囪的抽力193.5.5煙囪高度校核203.6管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算20管徑的計(jì)算20摩擦壓力損失21局部壓力損失21除塵器進(jìn)氣管的計(jì)算21除塵器出氣管的計(jì)算22系統(tǒng)阻力233.7風(fēng)機(jī)的選擇23風(fēng)量的計(jì)算23風(fēng)壓的計(jì)算24四.小結(jié)24五.參考文獻(xiàn)25大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)一．設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)題目某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵，脫硫，脫氮處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)鍋爐型號：FG-45/3.82-M型〔45t/h蒸氣〕；設(shè)計(jì)耗煤量：713.6kg/h；排煙溫度；160℃；空氣過剩系數(shù):α=1.35；煙氣密度〔標(biāo)態(tài)〕：1.40kg/m3，室外空氣平均溫度：10℃；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：19％；煙氣其他性質(zhì)按空氣計(jì)算；煤的工業(yè)分析：C=68%；H=4%；S=2.6%；O=5%；N=3.5%；W=5%；A=14%；V=11%；按鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)〔GB13217-2001〕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)：200mg/m3；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下SO2排放標(biāo)準(zhǔn)：900mg/m3；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下NO2排放標(biāo)準(zhǔn)：400mg/m3。假設(shè)N有45%轉(zhuǎn)化為NO2，S有98%轉(zhuǎn)化為SO2。1.2設(shè)計(jì)原始參數(shù)1.2.1鍋爐參數(shù)鍋爐型號: FG-45/3.82-M型額定蒸發(fā)量：45t/h燃煤量： 713.6kg/h排煙溫度： 160污染源強(qiáng)相關(guān)參數(shù)煙氣密度〔標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)〕：1.40kg/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：19％當(dāng)?shù)卮髿鈮海?01.325×(273+10)/273=120.99KPa室外空氣溫度：10℃空氣過剩系數(shù)：α=1.35煤的工業(yè)分析值C=68%；H=4%；S=2.6%；O=5%；N=3.5%；W=5%；A=14%；V=11%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〕：200mg/m3二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)〔標(biāo)準(zhǔn)狀況下〕：900mg/m3氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)〔標(biāo)準(zhǔn)狀況下〕：400mg/m31.3設(shè)計(jì)內(nèi)容1、計(jì)算煙氣排放量及煙氣中的各污染組分濃度。2、整污染治理工藝的選擇3、污染治理的設(shè)備主要參數(shù)及規(guī)格計(jì)算。4、煙囪的排放口尺寸及高度二．設(shè)計(jì)方案確定2.1除塵2.1.1袋式除塵器原理袋式除塵器是一種干式濾塵裝置。它適用于捕集細(xì)小、枯燥、非纖維性粉塵。濾袋采用紡織的濾布或非紡織的氈制成，利用纖維織物的過濾作用對含塵氣體進(jìn)行過濾，當(dāng)含塵氣體進(jìn)入袋式除塵器地，顆粒大、比重大的粉塵，由于重力的作用沉降下來，落入灰斗，含有較細(xì)小粉塵的氣體在通過濾料時，粉塵被阻留，使氣體得到凈化。一般新濾料的除塵效率是不夠高的。濾料使用一段時間后，由于篩濾、碰撞、滯留、擴(kuò)散、靜電等效應(yīng)，濾袋外表積聚了一層粉塵，這層粉塵稱為初層，在此以后的運(yùn)動過程中，初層成了濾料的主要過濾層，依靠初層的作用，網(wǎng)孔較大的濾料也能獲得較高的過濾效率。隨著粉塵在濾料外表的積聚，除塵器的效率和阻力都相應(yīng)的增加，當(dāng)濾料兩側(cè)的壓力差很大時，會把有些已附著在濾料上的細(xì)小塵粒擠壓過去，使除塵器效率下降。另外，除塵器的阻力過高會使除塵系統(tǒng)的風(fēng)量顯著下降。因此，除塵器的阻力到達(dá)一定數(shù)值后，要及時清灰。清灰時不能破壞初層，以免效率下降。2.1.2袋式除塵器的清灰方式主要有(1)氣體清灰：氣體清灰是借助于高壓氣體或外部大氣反吹濾袋，以去除濾袋上的積灰。氣體清灰包括脈沖噴吹清灰、反吹風(fēng)清灰和反吸風(fēng)清灰。(2)機(jī)械振打清灰：分頂部振打清灰和中部振打清灰〔均對濾袋而言〕，是借助于機(jī)械振打裝置周期性的輪流振打各排濾袋，以去除濾袋上的積灰。(3)人工敲打：是用人工拍打每個濾袋，以去除濾袋上的積灰。2.1.3袋式除塵器的分類(1)按濾袋的形狀分為：扁形袋〔梯形及平板形〕和圓形袋〔圓筒形〕。(2)按進(jìn)出風(fēng)方式分為：下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)及上進(jìn)風(fēng)下出風(fēng)和直流式〔只限于板狀扁袋〕。(3)按袋的過濾方式分為：外濾式及內(nèi)濾式。濾料用纖維，有棉纖維、毛纖維、合成纖維以及玻璃纖維等，不同纖維織成的濾料具有不同性能。常用的濾料有208或901滌輪絨布，使用溫度一般不超過120℃，經(jīng)過硅硐樹脂處理的玻璃纖維濾袋，使用溫度一般不超過250℃，棉毛織物一般適用于沒有腐蝕性；溫度在80-90℃以下含塵氣體。2.1.4袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)(1)除塵效率高，可捕集粒徑大于0.3微米的細(xì)小粉塵，除塵效率可達(dá)99%以上。(2)使用靈活，處理風(fēng)量可由每小時數(shù)百立方米到每小時數(shù)十萬立方米，可以作為直接設(shè)于室內(nèi)，機(jī)床附近的小型機(jī)組，也可作成大型的除塵室，即“袋房〞。(3)結(jié)構(gòu)比擬簡單，運(yùn)行比擬穩(wěn)定，初投資較少〔與電除塵器比擬而言〕,維護(hù)方便。所以，袋式除塵器廣泛應(yīng)用于消除粉塵污染，改善環(huán)境，回收物料等。2.2脫硫2.2.1石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術(shù)的原理采用石灰/石灰石漿液吸收煙氣中的，分為吸收和氧化兩個階段。先吸收生成的亞硫酸鈣，然后將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣(即石膏)。該方法的實(shí)際反響機(jī)理是很復(fù)雜的，目前還不能完全了解清楚。這個過程發(fā)生的反響如下。吸收：由于煙氣中含有，因此吸收過程中會有氧化副反響發(fā)生。氧化：在氧化過程中，主要是將吸收過程中所生成的氧化稱為：由于在吸收過程中生成了局部，在氧化過程中，亞硫酸氫鈣也被氧化，分解出少量的：設(shè)備運(yùn)行過程中的可能出現(xiàn)問題：設(shè)備腐蝕，結(jié)垢和堵塞，除霧器的堵塞。2.2.2石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術(shù)的工藝流程石灰石/石灰法濕式煙氣脫硫技術(shù)的工藝流程如圖1所示。鍋爐煙氣經(jīng)除塵、冷卻后送入吸收塔，吸收塔內(nèi)用調(diào)配好的石灰石或石灰漿液洗滌含的煙氣，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漿液進(jìn)行再生。圖1石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術(shù)的工藝流程2.3脫氮工藝2.3.1SCR脫氮法催化法脫氮具有快速、高效等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于燃煤電廠煙氣和汽車尾氣中NOx的脫除。催化法可分為選擇性催化復(fù)原〔SCR〕和選擇性非催化復(fù)原〔SNCR〕等兩種。其中SNCR技術(shù)是在爐膛溫度1000℃左右的區(qū)域噴入NH3、尿素等復(fù)原劑，將NOx復(fù)原成N2和H2O，NOx脫除率可達(dá)80%，但反響中會有少量的溫室氣體N2O產(chǎn)生。該過程不使用催化劑，復(fù)原劑由噴嘴噴入燃燒室，根據(jù)鍋爐的操作負(fù)荷，不斷調(diào)整NH3的噴入量和噴入位置，以保證在最正確溫度下噴入NH3。SCR法通過NH3，H2S，CO和烴類物質(zhì)等復(fù)原劑，在V2O5/TiO2等催化劑上與NOx反響，生成無害的N2和H2O，NOx的脫除率可達(dá)90%，但運(yùn)行費(fèi)用較高。目前實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的是以NH3為復(fù)原劑，V2O5/TiO2為催化劑的SCR法來脫除固定源廢氣中的NOx，以及使用Pt-Pd-Rh三元催化劑來凈化汽車尾氣。SCR脫氮反響器的核心是脫氮催化劑。它分為蜂窩式和板式兩種類型，比外表積為500m/m-1000m/m，在催化劑的內(nèi)外表上分布著由TiO2、WO3或V2O5等組成的活性中心。隨著脫氮裝置的運(yùn)行,催化劑會逐漸老化。引起老化的原因主要是催化劑活性中心中毒、活性成分晶型改變以及催化劑通道和微孔的堵塞、腐蝕等。因此，必須定時檢測煙氣經(jīng)過每層催化劑后NOx的濃度和氨氮比〔NH3/NOx〕,確定各層催化劑的活性與老化程度，以確保脫氮裝置的正常運(yùn)行2.3.2SCR脫氮工藝流程圖圖2SCR脫氮工藝流程圖三．設(shè)計(jì)計(jì)算3.1燃煤鍋爐排煙量及煙塵和二氧化硫濃度的計(jì)算3.1.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量式中C，H，S，O——分別代表煤中各元素所含得質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.1.2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量=7.46()式中——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量W煤中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)NN元素在煤中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.1.3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際空氣煙氣量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量Q應(yīng)以計(jì),因此,=9.96×713.6=7104.82()式中a空氣過量系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量,3.1.4煙氣含塵濃度=2.67×103〔mg/m3〕式中排煙中飛灰占煤中不可燃成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)煤中不可燃成分的含量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量,()3.1.5標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計(jì)算式中S煤中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實(shí)際煙氣量,()標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化氮濃度的計(jì)算式中S煤中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實(shí)際煙氣量,()3.2脫氮設(shè)計(jì)和計(jì)算3.2.1SCR反響器截面尺寸估算：SCR應(yīng)器面尺寸由鍋爐煙氣流量和外表速度確定的，典型的流經(jīng)催化劑外表速度為5m/s左右，在實(shí)際工程中使用的可以用如下速度值來對催化截面積估算：考慮到催化劑幾何形狀以及安裝結(jié)構(gòu)，SCR反響器橫截面面積比催化面積大15%左右，因此反響器橫截面Ascr為=0.62*1.15=0.713m2=0.8m*1m3.2.2SCR反響器斷面尺寸計(jì)算3.2.2.1催化劑體積計(jì)算：在工程中，一般催化劑至少2層煙氣含水率很低為5%，查表得到催化劑活性為1.1，設(shè)催化劑為網(wǎng)格型填料網(wǎng)格交點(diǎn)成球狀5mm，那么比外表積a>6/d=1200m^-1,.設(shè)比外表為5000m^-13.2.2.2催化劑層數(shù)估算：根據(jù)工程煙氣流量等參數(shù)，在確定了催化劑截面劑和催化劑體積后，可估算催化劑層數(shù)，計(jì)算式：,3.2.2.3反響器高度計(jì)算：反響器斷面尺寸根據(jù)催化劑的層數(shù)〔包括初始安裝預(yù)留層〕整流層安裝高度和催化劑安裝空間等因素決定，因此，反響器高度〔不包括反響器出口煙氣煙道局部高度〕即，H——反響器高度m；N——催化劑層數(shù)；C1——支撐，安裝催化劑空間高度C2——整流層安裝高度和安裝空間高度2．除塵器的選擇3.3除塵計(jì)算除塵效率=92.51%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,工作狀況下煙氣流量=11268.817式中Q標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量,工況下煙氣溫度,KT標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度,273K那么煙氣流速為又因?yàn)榕艧煖囟?60℃，煙氣阻力1200帕，考慮袋式除塵器除塵器設(shè)計(jì)3.3.3.1過濾面積除塵器的選擇：根據(jù)除塵器的處理煙氣量和總過濾面積，可以選定除塵器型號規(guī)格，參考《除塵器手冊》選擇DFC-6-524型號的反吹袋式除塵器。其主要性能與主要結(jié)構(gòu)尺寸見下表：表1DFC-6-524型號反吹袋式除塵器的性能參數(shù)型號材質(zhì)過濾風(fēng)速/處理風(fēng)量/過濾面積/DFC-6-524滌綸或玻纖1.031440524濾袋尺寸/mm濾袋數(shù)量/條除塵器阻力/KPa使用溫度/室數(shù)/個1521.5~2.0或4主要結(jié)構(gòu)尺寸〔mm〕：型號habDDFC-6-5248101539860604920393840127003.4脫硫設(shè)計(jì)和計(jì)算噴淋塔內(nèi)流量計(jì)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：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：3.4.2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)，可選擇噴淋塔內(nèi)煙氣流速，那么噴淋塔截面A為：那么塔徑d為：取塔徑3.4.3噴淋塔高度計(jì)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：除霧區(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(3.4～3.5)m。那么取除霧區(qū)高度為：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；Q—標(biāo)況下煙氣量，；t1—漿液停留時間，s；一般t1為，本設(shè)計(jì)中取值為，那么漿池容積為：選取漿池直徑等于或略大于噴淋塔D0，本設(shè)計(jì)中選取的漿料直徑為D0=3m，然后再根據(jù)V1計(jì)算漿池高度：式中：h0—漿池高度，m；V1—漿池容積，；D0—漿池直徑，m。從漿池液面到煙氣進(jìn)口底邊的高度為0.82m。本設(shè)計(jì)中取為1.2m。3.4.3.4噴淋塔煙氣進(jìn)口高度設(shè)計(jì)：噴淋塔煙氣進(jìn)口高度，煙氣出口高度與進(jìn)口高度相同3.4.3.5吸收塔高度：3.4.3.6新鮮漿料確實(shí)定1mol1mol因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)一般鈣/硫?yàn)椋?.05：1.1，此處設(shè)計(jì)取為1.05那么由平衡計(jì)算可得1h需消耗CaO的量為：3.5煙囪的設(shè)計(jì)煙囪高度確實(shí)定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2鍋爐煙囪的高度鍋爐房總裝機(jī)容量MW<0.70.7<1.41.4<2.82.8<77<1414<28t/h<11<22<44<1010<2020<40煙囪最低高度m202530354045由于所有鍋爐的總的蒸發(fā)量為45t/h,無法從表中查出，所以我假設(shè)選定煙囪高度為50m煙囪直徑的計(jì)算煙囪出口內(nèi)徑可按下式計(jì)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3煙囪出口煙氣流速通風(fēng)方式運(yùn)行情況全負(fù)荷時最小負(fù)荷機(jī)械通風(fēng)10~204~5自然通風(fēng)6~82．5~3選定=4圓整取d=0.998m煙囪底部直徑式中——煙囪出口直徑，mH——煙囪高度，mi——煙囪錐度，取i=0.03煙囪的抽力=212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?biāo)準(zhǔn)大氣壓3.5.5煙囪高度校核假設(shè)吸收塔的吸收效率為：96%，可得排放煙氣中二氧化硫的濃度為：二氧化硫排放的排放速率：式中：—為一個常數(shù)，一般取，此處取0.7；H—煙囪有效源高；查國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)符合要求。3.6管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算3.6.1管徑的計(jì)算假設(shè)管道采用薄皮鋼管，管內(nèi)煙氣流速為那么管道直徑為：式中：—160時的煙氣流量，；—煙氣流速，；1.2—修正系數(shù)代入相關(guān)值得：=0.57mm參照圓形通風(fēng)管道規(guī)格，取為，那么實(shí)際煙氣流速為摩擦壓力損失式中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φ1400圓管L=9.5m局部壓力損失(Pa)彎頭，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,除塵器進(jìn)氣管的計(jì)算漸縮管的計(jì)算α≤45℃時,ξ取α=45℃,v=13.0m30℃Z形彎頭由手冊查得ξ=1.0×0.157=0.157漸擴(kuò)管查《大氣污染控制工程》附表十一,并取α=30°那么ξ=0.19除塵器出氣管的計(jì)算漸擴(kuò)管的計(jì)算α≤45℃時,ξ取α=30℃,v=20m設(shè)兩個均為90°彎頭D=500，取R=D，那么ξ=0.23兩個彎頭6.5T形三通管ξ=0.78對于T形合流三通ξ=0.553.6.