大氣污染控制工程課程設計

1設計任務書 11、設計目的 2、設計任務 3、設計依據(jù)及原則 4、基本資料 5、通風除塵系統(tǒng)的主要設計程序 26、設計成果 2一、設計方案的確定 3二、工藝流程的參數(shù)設計 21、標準狀態(tài)下理論空氣量 42、標準狀態(tài)下理論煙氣量 43、標準狀態(tài)下實際煙氣量 54、標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度 55、標準狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算 6三、除塵器的選擇 71、除塵器應該達到的除塵效率 2、除塵器的選擇 7四、確定除塵器、風機和煙囪的位置及管道的布置 1、各裝置及管道布置的原則 2、管徑的確定 五、煙囪的設計 1、煙囪高度的確定 2、煙囪的抽力 六、系統(tǒng)阻力計算 1、摩擦壓力損失 2、局部壓力損失 3、系統(tǒng)總阻力 七、煙氣脫硫方法說明 八、風機和電動機的選擇及計算 1、標準狀態(tài)下風機風量計算 212、風機風壓計算 213、電動機功率計算 九、設計說明 23參考文獻 24致謝 25附圖1設計任務書通過設計進一步消化和鞏固本能課程所學內容，并使所學的知識系統(tǒng)化，培養(yǎng)運用所學理論知識進行凈化系統(tǒng)設計的初步能力。通過設計，了解工程設計的內容、方法及步驟，培養(yǎng)確定大氣污染控制系統(tǒng)的設計方案、進行設計計算、繪制工程圖、使用技術資料、編寫設計說明書的能力。運用所學知識設計某一燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵系統(tǒng)。3、設計依據(jù)及原則嚴格按照鍋爐大氣污染物排放標準(GB13271-2001)中二類區(qū)標準、煙塵濃度排放標準、二氧化碳排放標準進行設計計算。a.鍋爐設備的主要參數(shù)額定蒸發(fā)量主蒸汽壓力主蒸汽溫度燃煤量排煙量排煙溫度b.煙氣密度(標準狀況下):1.35kg/m3;空氣含水(標準狀況下):0.01296kg/m3;煙氣在鍋爐出口的阻力：850Pa;排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：18%;空氣過剩系數(shù)：a=1.4。c.煤的工業(yè)分析值：C=68%;H=4%;S=1%;N=1%;W=6%;A=15%;V=13%;O=5%d.應用基灰分：13.38%;應用基水分：16.32%;可燃基揮發(fā)分：41.98%;應用基低位發(fā)熱量：16768Kj/kg(由于媒質波動較大，要求除塵器適應性較好)e.按鍋爐大氣污染排放標準(GB13271-2001)中二類區(qū)標準執(zhí)行；煙塵濃度排放標準(標準狀況下):200mg/m3;2二氧化硫排放標準(標準狀況下):900mg/m3;凈化系統(tǒng)布置場地在鍋爐房北側15米以內。5、通風除塵系統(tǒng)的主要設計程序A、計算燃煤鍋爐實際煙氣量、排煙量及煙塵和二氧化硫濃度B、計算或設定除塵效率。C、選擇除塵器。D、確定除塵器，風機，煙囪的位置及管道布置。并計算各管段的管徑、長度、煙囪高度和出口內徑以及系統(tǒng)各部分阻力。F、繪制系統(tǒng)工藝流程圖、除塵器結構圖及主要構件的設計簡圖。6、設計成果①設計計算說明書一份(30頁以內，包括計算書，內容詳盡說明設計計算，選型及其方法，可手寫，可打印，內容科學性和完善性將影響評分);②工藝流程圖；③核心除塵設備圖；④流程中各主要構件設計圖。3目前，越來越多的環(huán)境問題出現(xiàn)在了人們的生活中，其中包括水污染、環(huán)境污染、大氣污染、噪聲污染、固體廢棄物污染等等，這些污染在有形和無形中對人們的生活和健康產生了影響。其中危害性最大、范圍最廣就是大氣污染，他是潛移默化的，在人們不知不覺中使人們的健康受到影響，大氣污染對人體的的危害是多方面的，主要表現(xiàn)在呼吸道疾病與生理機能障礙，以及眼鼻等粘膜組織受到刺激而患病。對于植物而言，大氣污染物尤其是二氧化硫等對植物的危害是十分嚴重的。當污染物濃度高時；當污染物濃度不高時，會對植物產生慢性危害，使植物葉片退綠，或則表面上看不見什么危害癥狀，但植物的生理機能受到影響，造成植物產量下降，品質變壞。因此，社會對大氣污染的關注程度越來越高，對大氣污染治理的意愿也越來越強烈，在工業(yè)生產中，對高效率、低成本、低能耗的除塵脫硫設備的需要與日俱增?，F(xiàn)在社會上運用的煙氣除塵設備種類很多，包括過濾式除塵器、濕式除塵器、電除塵器、機械除塵器等。但這些單一除塵器對二氧化硫的去除效果并不是很理想，均需要另設脫硫設備，故本設計通過綜合考慮各種設備與技術的特征與性能，以及對設備的使用效率和綜合費用的衡量，故采用除塵與脫硫分開的操作系統(tǒng)，以得到更好的處理效果。本設計選用了旋風除塵器。該除塵器結構簡單，器身無運動部件，不需特殊的附屬設備，占地面積小，制造，安裝投資較少；它的壓力損失中等，動力消耗較小，維護費用偏低；最重要的是不受含塵氣體的溫度和濃度的限制對粉塵的物理性質無特殊要求。從經濟條件，和工作要求方面考慮，旋風除塵器是較好的選擇。SO?的去除是采用堿性液體吸收法。將CaO或Ca(OH)?配制成堿液，當氣體進入除塵器時采用噴淋脫硫，煙氣和堿液充分混合接觸，SO?與液體中的堿性成分及水分發(fā)生化學反應，從而SO?,和SO?被去除。最后凈化后的氣體由引風機排至煙囪。(工藝流程簡圖如下)鍋爐除塵裝置脫硫裝置風機煙囪4二、工藝流程的參數(shù)設計1、標準狀態(tài)下理論空氣量建立煤燃燒的假定：1)煤中固定氧可用于燃燒；2)煤中硫主要被氧化為SO?;3)熱力型NOx的生成量較小，燃料中氮含量較低，在計算理論空氣量時可以忽略，煤中的N在燃燒時轉化為N?:4)空氣盡是由氮氣和氧氣組成的，其體積比為79.1/20.9=3.78。該燃燒裝置采用煤作燃料，煤成分工業(yè)分析結果如下(質量分析結果):C=68%;H=4%;S=1%;N=1%;W=6%;A=15%;V=13%;O=5%質量/g煤成分物質的量/mol理論需氧量/molCHSN000HO0所以理論需氧量為：(56.67+10+0.313-1.5625)=65.419mol/kg(煤)假定干空氣中氮和氧的摩爾比為3.78,則1kg煤完全燃燒所需要的理論空氣量為：65.419×(3.78+1)=312.703mol/kg(煤)標準狀況下理論空氣量：則該燃燒爐每天需要的總理論空氣量，標準狀況下為：Q=Q'a×38000=266190m3/d2、標準狀態(tài)下理論煙氣量根據(jù)(表一)以1kg煤完全燃燒計算標準狀況下理論煙氣量：Q'=Q'a+W?+N'5[(56.67+0.313+0.357+20+3.33+8.33)×22.4÷1000]+[(3.78*65.419)×22.4÷w”——每千克煤燃燒煙氣中水分的體積m2/kg(煤);N°——每千克煤燃燒煙氣中氮氣體積m3/kg(煤)。3、標準狀態(tài)下實際煙氣量a——空氣過量系數(shù)，1.4;實際煙氣量小于鍋爐排煙量(18750m3/h),故選用一臺鍋爐即可。4、標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度6C=0.00264(kg/m3)=2640(mg/m3)C?=1952.6(mg/m3)7三、除塵器的選擇1、除塵器應該達到的除塵效率結果為：2、除塵器的選擇除塵器的選型要考慮多種因素和條件，在決定設備的容量時，處理氣體量的多少是決定除塵器大小的決定性因素，選擇時需要保證有一定的余量或預留一些可能增加設備的空間。其次考慮煙氣的物理性質，例如燃煤煙氣中硫含量較高，須考慮裝置的防腐蝕性。由于旋風除塵器結構簡單不受含塵氣體的溫度和濃度的限制對粉塵的物理性質無特殊要求。根據(jù)工況下的煙氣量、煙氣溫度及要求達到的除塵效率確定選用旋風除塵器。工況下煙氣流量：T標準狀態(tài)下溫度，273K結果為：擴散式旋風除塵器筒身呈倒圓錐形，因而減少了含塵氣體自筒身中心短路到出口去的可能性，并裝有圓錐形的反射屏，防止兩次氣流將已經分離下來的粉塵重8新卷起，被上升氣流帶出，它具有除塵效率高，結構簡單，加工制造容易，投資低和壓力損失適中等優(yōu)點。出于安全考慮，旋風除塵器按煙氣流量為25200(m2/h)進行設計。由于處理氣量過大，若選用高流量旋風除塵器其除塵效率(50%-80%)達不到要(92.4%),故可選用高效旋風除塵器(除塵效率為95%以上),工作時將三臺除塵器并聯(lián)，即可滿足流量與除塵效率的要求。1、確定旋風除塵器的進口氣流速度v通常鍋爐的煙氣流速為12—25m/s,可根據(jù)推薦取v=18m/s。2、確定旋風除塵器的幾何尺寸A—旋風除塵器的進口高度；'B—旋風除塵器的進口寬度；查閱資料得CLK擴散式旋風除塵器局部阻力系數(shù)：9.0則：由于旋風除塵器操作運行中可以接受的壓力損失一般低于2kpa,此時設計的結果符合計算旋風除塵器的理論尺寸：9和寬b/lh1氣費直排氣警搖排氣警搖西推高度1D?/D1b.筒體直徑D取B=0.26D,則D=B/184=708mm;c.筒體高度H?取H=2.0D=2.0×708=1416mm;d.錐體高度H?取H?=3.0D=2.0×708=2124mm;e.排灰口直徑D?取D?=1.65D=1.65×708=1169mmf.出口管直徑D?取D?=0.5D=0.5×708=354mm;g.排氣管插入深度H?取H?=1.1D=1.1×708=779mm;由上述計算可知所設計的除塵器的處理量為25200m3/h,每臺除塵器處理氣量為8400m3/h,進口氣流速度為18m/s,△P=1269.9Pa,旋風除塵器具體外型結構尺寸如下(mm)型號規(guī)格進口風速處理風量阻力除塵效率%外型尺寸(直徑*高)重量kg】選用四臺(三用一備)CLK-φ700擴散式除塵器。擴散式旋風除塵器結構示意圖1一排氣管：2—進氣管；3—簡休：4—錐體；5～反射屏；6—灰斗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。一旦確定各裝置的位置，管道的布置也就基本可以確定了。對各裝置及管道的布置應力求簡單、緊湊、管路短、占地面積小，并使安裝、操作和檢修方便。2、管徑的確定風道主管道直徑：v——煙氣流速m/s(對于鍋爐煙塵v=10-15m/s)取v=14m/s結果為：d=0.798(m)(表四)圓形風道規(guī)格表外徑D/mm鋼板制通風管道外徑允許偏差/mm壁厚/mmdn=800-2×1.00=798.00(m/s)根據(jù)經驗值可取通風管徑長度12m。五、煙囪的設計1、煙囪高度的確定本設計采用P值法計算煙囪高度H:①計算P值：p=β·p,·Cβ----點源調整系數(shù)，可取β=1;P?----地理區(qū)域性點源排放控制系數(shù)，可查(表五)C。=0.15mg/m(表五)我國各地區(qū)總量控制系數(shù)A,低源分擔率a,點源控制系數(shù)p地區(qū)序號省(市)名AaP總量控制區(qū)非總量控制區(qū)1新疆，西藏，青海7.0-8.42黑龍江，吉林，遼寧，內蒙古陰山以北)5.6-7.03北京，天津，河北，河南，山東4.2-5.64內蒙古(陰山以南),山西，陜西(秦嶺以北),寧夏，甘肅(渭河以北)5上海，廣東，廣西，湖南，湖北，江蘇，浙江，安徽，海南，臺灣，福建，江西6云南，貴州，四川，甘肅，(胃河以南),陜西(秦嶺以南)28-4.2740-8040-90煙氣抬升高度：v----------煙囪出口流速，由表查T,---------煙囪直徑的確定：煙囪出口處的平均風速煙囪出口處的煙流溫度環(huán)境大氣溫度，已知 得可取20m/s;煙囪出口內徑可按下式計算：式中：,——按(表六)選取的煙囪出口煙氣流速，取20m/s通風方式運行情況全負荷時最小負荷時機械通風自然通風由已知數(shù)據(jù)和①②③④得△H=6.591m,結合實際情況煙囪高度可圓整為29m。煙囪底部直徑：d=D+2×i×H式中：d——煙囪出口直徑，mH——煙囪高度，m;i煙囪錐度(通常取i=0.02-0.03),取i=0.02結果為：d=1.695(m)為例方便施工，煙囪底部直徑取為2m.2、煙囪的抽力1,——煙肉內煙氣平均溫度，150°CSy=127.4(Pa)六、系統(tǒng)阻力計算1、摩擦壓力損失λ——摩擦阻力系數(shù)(實際中對金屬管道可取0.02);v——管中氣流平均速率，13.996m/s結果為：說明：由于設計條件和數(shù)據(jù)的限制，以上計算是對摩擦壓力損失的初步估算。2、局部壓力損失由于本設計方案采用了三臺除塵設備并聯(lián)的除塵方法，煙氣從鍋爐中進入風管道時須采用吸入四通管平均分割氣流。用三個完全相同的支管將氣流輸送至旋風除塵器。同理經處理后的氣流，用三個相同的支管通入壓出四通管，將氣流匯總后通入風機，然后進入煙囪。管道核心部件圖如下：g(除塵器入口前管道示意圖)四通管接頭(圖中尺寸不代表本設計尺寸)經統(tǒng)計整個管道共有12個90°彎管；6個管道突然擴大接口；6個突然縮小接口；一個管道局部阻力損失計算公式：式中ξ——異形管件的局部阻力系數(shù)(可查到);v——與ξ像對應的斷面平均氣流速率，m/s;a.漸擴管局部壓力損失的計算A?/A01ξ10(管道突然擴大時的阻力系數(shù))管路中共有6個漸縮管，故△P?=6×13.65≈81.90Pa管路中共有12個90°彎管，故△P?=12×19.62=235.44Pac.漸縮管局部壓力損失的計算：(管道突然縮小時的阻力系數(shù))A?/A?01ξ0管道中共有6個漸縮管，則壓力損失△P?=6×21.27≈127.62Pad.四通管局部壓力損失的計算：(表七)四通管局部阻力損失系數(shù)名稱局部阻力系數(shù)ζ(5值以圖內所示的速度v計算)壓出西通w/r0000000吸入四通002壓出四通管的局部阻力損失：說明：由于設計數(shù)據(jù)和條件的限制，以上計算是對局部壓力損失的初步估算。3、系統(tǒng)總阻力△P=鍋爐出口前阻力損失+管道摩擦阻力損失+管道局部阻力損失+除塵器阻力損失(其中鍋爐出口前阻力為850Pa,除塵器阻力1269.9Pa)經計算系統(tǒng)總阻力損失：AP=2641.64pa七、煙氣脫硫方法說明故采用除塵與脫硫分開的操作系統(tǒng)，以得到更好的處理效果。鍋爐煙氣經旋風除塵器除塵后，通過風機后進入吸收塔。在吸收塔內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)漿液則通過噴漿層內設置的噴嘴噴射到吸收塔中，以便脫除S02、SO3,與此同時在“強制氧化工藝”的處理下反應的副產物被導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應生成石膏，這部分石膏漿液通過石膏漿液泵排出，進入石膏脫水系統(tǒng)。脫水系統(tǒng)主要包括石膏水力旋流器(作為一級脫水設備)、漿液分配器和真空皮帶脫水機。經過凈化處理的煙氣流經兩級除霧器除霧，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行沖洗。進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充水，穩(wěn)定吸收塔液位。最后，潔凈的煙氣通過煙道進入煙囪排向大氣。②CaCO3+H2S03→CaSO3+C02+H20(中和)③CaS03+1/202→CaSO4(氧化)④CaS03+1/2H20→CaSO3·1/2H2O(結晶)⑤CaS04+2H20→CaSO4·2H2O(結晶)⑥CaSO3+H2S03→Ca(HSO3)2(pH控制)尾氣尾氣堿性廢水填液體再分布板料支承板出水(脫硫吸收塔)八、風機和電動機的選擇及計算1、標準狀態(tài)下風機風量計算1.1——風量備用系數(shù)，1?——風機前煙氣溫度，若管道不太長，可以近似取鍋爐排煙溫度，150°CB——當?shù)卮髿鈮海?7.86kP結果為：2、風機風壓計算1.2——風機備用系數(shù)；t,——風機前煙氣溫度，150°C結果為：H=2419.9(Pa)由于處理后的煙氣中二氧化硫的濃度相對較高(符合國家排放標準),溫度較高，根據(jù)煙氣的這些特性，須考慮選擇耐腐蝕和耐高溫的風機?？紤]到有些風道可能漏風，有些阻力損失不太準確，為了實際工作順利，選擇風量和風壓時應適當大于計算的數(shù)值。通過查閱資料，選用Y5-47型鍋爐離心引風機，Y180M-4型號。選用三臺(兩用一倍)。性能表如下。Y5-47型鍋爐離心引風機性能表機號傳動轉速/r/min流量/m3/h全壓內效率內功率所需功率C式3、電動機功率計算式中：Q,——風機風量，m2/hn?——風機在全壓頭時的效率(一般風機為0.6,高效風機約為0.9)n?——機械傳動效率，當風機與電機直聯(lián)傳動時??=1,用聯(lián)軸器連接時72=0.95—0.98,用V型帶傳動時72=0.95β電動機備用系數(shù)，對引風機，β=1.3所選風機為高效風機，V型帶傳動，則：Ne=16.49(kW)根據(jù)電動機的功率、風機的轉速、傳動方式選定Y180M-4型電動機。序號名稱個數(shù)規(guī)格型號備注1人孔12導流板13煙囪磚制4圓管外徑直徑800,壁厚1.00鋼制5V形帶46風機3Y180M-4型引風機7電動機3Y180-2型電動機8彎頭90度圓形彎管9填料吸收塔1旋風除塵器4CLK-φ700除塵器鍋爐1[1]孫一堅主編.工業(yè)通風.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994[2]鋼鐵企業(yè)采暖通風設計手冊。北京：冶金工業(yè)出版社，2002[3]同濟人學等編。鍋爐及鍋爐房設備。北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986[4]黃學敏，張承中主編，大氣污染控制工程實踐教程。北京：化學工業(yè)出版社，2003.[5]陸耀慶