鍋爐污染物治理系統(tǒng)設(shè)計

1.1設(shè)計目的通過課程設(shè)計進一步消化和鞏固課程所學(xué)的內(nèi)容，并使所學(xué)的知識系統(tǒng)化，培養(yǎng)運用所學(xué)理論知識進行凈化系統(tǒng)的初步能力。通過設(shè)計，了解工程設(shè)計內(nèi)容、方法及步驟，培養(yǎng)學(xué)生確定大氣污染控制系統(tǒng)的系統(tǒng)方案，進行設(shè)計計算、繪制工程圖、使用技術(shù)資料、編寫設(shè)計說明書的能力。1.2設(shè)計任務(wù)運用所學(xué)的大氣污染控制工程及相關(guān)知識對某一鍋爐污染物治理系統(tǒng)進行設(shè)計。燃煤鍋爐燃燒過程排放的煙氣中含有大量的煙塵和二氧化硫，如不采取有效的治理措施，將會對周圍大氣環(huán)境及居民健康造成嚴重影響與危害。因此，本設(shè)計結(jié)合燃煤鍋爐煙氣排放特點，根據(jù)所提供的原始參數(shù)及資料，擬設(shè)計一套燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵系統(tǒng)。要求設(shè)計的凈化系統(tǒng)效果好、操作方便、投資少，且嚴格按照鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13271-2001）中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)、煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)、二氧化碳排放標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計計算。1.3設(shè)計內(nèi)容和要求（1）計算煙氣排放量及煙氣中的各污染組分濃度。（2）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)格計算。（4）煙囪的排放口尺寸及高度。1.5工藝流程鍋爐煙氣由引風(fēng)機抽出，首先含塵氣體進入除塵器氣體步室入口，通過導(dǎo)向器在旋風(fēng)子內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，氣體在離心力的作用下，粉塵被分離。降落在集塵箱內(nèi)，經(jīng)鎖氣器排出。凈化了的氣體，形成上升的旋流。經(jīng)排氣管匯于匯風(fēng)室，后經(jīng)除塵由出口經(jīng)引風(fēng)機排人煙囪排入大氣中。2.煙氣排放量及煙氣中的各污染組分濃度的計算2.1設(shè)計原始資料：鍋爐設(shè)備的主要參數(shù)額定蒸發(fā)量（t/h）主蒸汽壓力（MPa）主蒸汽溫度（℃）燃煤量（t/h）排煙量（m3/h）排煙溫度（℃）2609.8153045.4520000140~150煙氣密度（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）：1.34kg/m3空氣含水（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：0.01578㎏/m3空氣過剩系數(shù)：a=1.55800Pa,排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：17%煙氣在鍋爐出口前阻力：800Pa當(dāng)?shù)卮髿鈮?97.86kPa冬季室外空氣溫度：tk=3℃煙氣其他性質(zhì)按空氣計算煤的工業(yè)分析值：C=68%；H=4%；S=1.9%；N=1.8%；W=7%；A=14%；V=15%煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）：200mg/m3二氧化硫排放濃度（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）：900mg/m32.2設(shè)計計算計算煙氣排放量及煙氣中的各污染組分濃度標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量Qa‘=4.76(1.867C+5.56H+0.7S-0.7O)(m3/kg)式中，C，H，S，O——分別是煤中各元素所含的質(zhì)量分數(shù)。Qa‘=7.165(m3/kg)(2)標(biāo)準(zhǔn)狀況下理論煙氣量（設(shè)空氣含濕量12.93g/m3）Qs‘=1.867(C+0.375S)+11.2H+1.24W+0.016Qa‘+0.79Qa‘+0.8N=7.6(m3/kg)式中，Qa‘——標(biāo)準(zhǔn)狀況下理論煙氣量，m3/kg；W——煤中水分的質(zhì)量分數(shù)；N——N元素在煤中的質(zhì)量分數(shù)。（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況下實際煙氣量QS=Qs‘+1.106（a-1）Qa‘=11.96m3/kg標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量Q應(yīng)以m3/h計，因此，Q總=QSx設(shè)計耗煤量Q=11.96x45.4x1000=542984m3/h工況下總的煙氣量Q’=QT’/T=542984x431/273=857238m3/h=238.1m3/s式中標(biāo)況下煙氣量，工況下煙氣溫度，K標(biāo)況下溫度，273K(4)標(biāo)況下煙氣含塵濃度C=dxA/QS=0.16x0.14/11.96=0.0019kg/m3(5)標(biāo)況下二氧化硫濃度CSO2=2S/QSx106=2x0.019/11.96x106=3177mg/m33.污染治理工藝的選擇3.1煙氣除塵工藝的選擇（1）除塵效率η=1-CS/C式中，C——標(biāo)準(zhǔn)狀況下煙氣含塵濃度，mg/m3；Cs——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下鍋爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)排放值，mg/m3。η=(1-200/1900)x100%=89.5%(2)根據(jù)工況下的煙氣量238.1m3/s、煙氣溫度效率η=88.8%確定除塵器：選用CCJ/A-40沖擊式除塵器。型號風(fēng)量（m3/h）設(shè)備阻力（Pa）除塵效率CCJ/A-40400001000-1600>95%脫硫率設(shè)備凈重（Kg）耗水量溢流（Kg/h）>80%52391320型號4-72No5A設(shè)備凈重76kg通風(fēng)機全壓（Pa）3240-2240電動機Y160M2-2風(fēng)量（m3/h）7950-147203.2脫硫脫氮工藝的選擇TS型系列脫硫脫氮裝置，為工業(yè)鍋爐排煙脫硫工程應(yīng)用而設(shè)計的系列產(chǎn)品。并可擴大應(yīng)用在處理冶金焦化剩余氨水，該設(shè)備即是脫硫器，又可作為污水處理器。

脫硫脫氮原理（1）脫硫原理氨的性質(zhì)決定氨極容易溶于水，是由水分子和氨分子通過氫鍵互相結(jié)合形成氨的水化物的緣故

氨在水中的溶解度大于其它氣體，在0℃時，1體積水吸收1200體積的氨；在20℃時約吸收700體積。過去認為氨溶于水生成OH－的過程是分兩部分進行的。首先是大部分氨和水結(jié)合生成所謂氫氧化銨（NH4OH）然后氫氧化銨在溶液中電離成銨離子（NH4+）和氫氧根離子（OH-）?，F(xiàn)在已經(jīng)確認：氫氧化銨中的銨離子，無論從它的半徑大小或者從它的化合物性質(zhì)來看，它都和K+離子非常相似，它在水中應(yīng)當(dāng)全部電離，不可能有NH4OH分子存在，已確知，氨水溶液中并不含有NH4OH而是有氨的水分子NH3·H2O。NH3·H2O和NH4OH不同，NH3·H2O是氨分子通過氫鍵的結(jié)合，而NH4OH則為離子化合物。由（NH4+）和（OH-）新組成。氣態(tài)氨和酸（揮發(fā)性）的蒸汽作用生成銨鹽。

2NH3（氣）+H2O（蒸汽）+SO2（氣）=（NH4）2SO3

由此看來，煙氣中加入吸收劑NH3·H2O與SO2等酸性氣體可進行氣-汽反應(yīng)。即氨和酸性氣體可以直接生成鹽類。這種化合物作用通常伴隨著大量的熱放出，通過試驗發(fā)現(xiàn)在無水的情況下，這種反應(yīng)并不進行，即使微量的水的條件下也能反應(yīng)出這種特性，因此這就是和其它吸收劑不同之處的主要原因。另外氨還和煙氣中的氮起反應(yīng)：煙氣中的氮氧化物通常用NOX表示NO在空氣中可氧化成NO2易溶于水，生成亞硝酸和硝酸。

2NO+O2=2NO2

2NO2+H2O=HNO3+HNO2

當(dāng)氨與HNO3或HNO2產(chǎn)生以下反應(yīng)

NH3·H2O+HNO3=NH4NO3+H2O

NH3·H2O+HNO2=NH4NO2+H2O

此反應(yīng)在氣-汽反應(yīng)中產(chǎn)量很少，因硝酸銨與亞硝酸銨在一定溫度下易于分解，而在液相中

（NH4）SO3和NH4HSO3為還原劑，NOX被還原為N2，其反應(yīng)為：

2NO2+4（NH4）2SO3=4（NH4）2SO4+N2↑

（NH4）2SO3+NO2=（NH4）2SO4+NO↑

2（NH4）2SO3+2NO=2（NH4）2SO4+N2↑

為此使用氨-亞硫酸氨的氮方法，能除去一定量的NOX

（2）脫氮原理

煙氣中往往同時含有NOx與SO2,如果用一種方法同時除去這兩種有害氣體，豈不是一件非常有前途的事。前面脫硫的論述中，脫硫后的終止物就是（NH4）2SO3和（NH4）2SO4（少量）和一部分（NH4）HSO3溶液。這些物質(zhì)又是吸收NOX的吸收劑。在生產(chǎn)硫酸同時又生產(chǎn)硝酸的行業(yè)中，多數(shù)都是利用處理硫氧化物而得到的（NH4）2SO3和（NH4）HSO3溶液來吸收硝酸生產(chǎn)中的NOX。其原理是利用亞硝酸銨溶液作為吸收劑和NOx反應(yīng)，使NOx還原為N2：

4（NH4）2SO3+2NO2→4（NH4）2SO4+N2↑

4（NH4）HSO3+2NO2→4（NH4）HSO4+N2↑

4(NH4)HSO3+2NO2→4(NH4)HSO4+N2↑

4（NH4）2SO3+NO+NO2+3H2O→2N(OH)(NH4SO3)2+4NH4OH

4（NH4）HSO3+NO+NO2→2N(OH)(NH4SO3)2+H2O

2(NH4)OH+NO+NO2→2NH4NO2+H2O

按照排放濃度達標(biāo)要求，脫氮效率達到72%就可以了，所以只要控制住吸收液的濃度，一般在180-200g/L,最后得到的溶液一部分重復(fù)循環(huán)使用，多余的部分進行下道工序，處理后溶液還可以再生，以節(jié)省大量的運行費用。煙氣中NO含量占90%以上，因此脫除的主要是NO。如果煤的含硫量比較低和氨反應(yīng)產(chǎn)生的亞硫酸銨不足以滿足脫氮氧化物的需要，或者因為爐膛燃燒溫度高，產(chǎn)生的氮氧化物量較大。此時可以采取連續(xù)加入氨與NOX繼續(xù)反應(yīng)，但這種反應(yīng)應(yīng)在催化劑（或稱觸媒劑）的作用下才可完成，使脫氮效率大大提高，這種方法稱之為"氨的選擇性催化還原法"。

4NH3+4NO+O2+4N2↑+6H2O

8NH3+6NO2+7N2+12H2O

TS型脫硫脫氮系統(tǒng)設(shè)備組成有文丘里噴霧反應(yīng)器，自動加藥及動力泵、貯液、調(diào)液箱所組成。以及自動控制自動監(jiān)測系統(tǒng)。文丘里噴霧反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，顯示出其獨到之處，通常人們稱之謂文丘里效應(yīng)，但它具有什么效應(yīng)，應(yīng)該說它有多種效應(yīng)。一是很好的反應(yīng)作用：使兩種以上的介質(zhì)，在反應(yīng)段進行充分的混合、接觸、攪動，促使在較短的時間里進行瞬時反應(yīng)。二是很好的除塵作用：帶粉塵的氣體通過漸縮段，細小的粉塵在碰撞、凝聚、粘結(jié)、增大，把粉塵撲集下來。三是很好的熱交換作用：利用煙氣的余熱，把噴成霧狀的液體迅速干燥、蒸發(fā)、固液分離，起到污水處理的作用。由于設(shè)計獨特，此套裝置的阻力僅有300-400Pa，對于原有的鍋爐房設(shè)備改造，可以不用更換引風(fēng)機。重力與旋流雙級脫水除霧，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計不會產(chǎn)生堵塞和腐蝕現(xiàn)象，而且一器兩種用途，它不但有效的脫除水霧而且使煙氣流呈旋轉(zhuǎn)上升，延長了反應(yīng)時間和流程，提高了反應(yīng)效率。

4.煙囪的排放口尺寸及高度4.1各裝置及管道布置的原則除塵凈化系統(tǒng)通過降低煙塵排放量，極大地改善了大氣環(huán)境質(zhì)量。好的除塵凈化系統(tǒng)不僅除塵效果好，投資省，而且達到排放標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計除塵凈化系統(tǒng)時，通常遵循以下原則：（1）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，并使安裝、操作和檢修方便。（2）管道應(yīng)盡量集中成列，平行敷設(shè)，與柱、墻、設(shè)備及管道之間應(yīng)留有足夠距離，以滿足施工、運行、檢修和熱脹冷縮要求。（3）除塵管道力求順直，當(dāng)必須水平敷設(shè)時，要有一定的坡度和足夠的流速以防止積塵。（4）為減輕風(fēng)機磨損，特別當(dāng)含塵濃度較高時（大于3g/m3時），應(yīng)將凈化裝置設(shè)在風(fēng)機的吸入段。（5）分支管與水平管或傾斜主干管連接時，應(yīng)從上部或側(cè)面接入；幾個分支管匯合于同一主干管時，匯合點最好不設(shè)在同一斷面上。4.2管徑的確定式中工況下管內(nèi)煙氣流量，煙氣流速，。（可查有關(guān)手冊確定，對于鍋爐煙塵～15計算:取得d=5.03m表3.3風(fēng)管直徑規(guī)格表外徑D/mm鋼制板風(fēng)管外徑允許偏差/mm壁厚/mm4600±200400選取風(fēng)道：d=5030mm取鋼制板風(fēng)管壁厚：內(nèi)徑d1=4230mm實際煙氣流速u=16.95m/s4.3煙囪的設(shè)計（1）煙囪高度的確定鍋爐的總的蒸發(fā)量（230），根據(jù)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定（表3.4）確定煙囪的高度。鍋爐煙囪的高度表3.4鍋爐煙囪的高度表鍋爐總額定出力/(t/h)1～22～66～1010～2026～35>35煙囪最低高度/m202530354045因為鍋爐的總額定出力為230t/h，由表4-1可知煙囪高度取45m.（2）煙囪的抽力式中煙囪高度，外界空氣溫度，煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，當(dāng)?shù)卮髿鈮?，計算：Sy=195.8Pa（3）系統(tǒng)中煙氣溫度的變化煙氣在管道中的溫度降式中——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量，m3/h——管道散熱面積，m2——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣平均比熱容（一般為1.352—1.357KJ/(）——管道單位面積散熱損失KJ/(m3·h)查相關(guān)數(shù)據(jù)可知室內(nèi)1=4187KJ/(m3·h)室外2=5443KJ/(m3·h)室內(nèi)管道長：室外管道長：取=1.355T1=2℃煙氣在煙囪中的溫度降式中煙囪高度，m額定蒸發(fā)量，溫度降系數(shù)，可由表3.5查得。表3.5煙囪溫降系數(shù)煙囪種類鋼煙囪（無襯筒）鋼煙囪（有襯筒）磚煙囪，H<50m（壁厚小宇0.5m）磚煙囪（壁厚大于0.5m）A20.80.40.2計算：t2=1.1℃T=3.1℃5系統(tǒng)阻力的計算5.1摩擦壓力損失對于圓管式中——管道長度,m——煙氣密度，kg/m3——管中氣流平均速率,m/s——管道直徑,m——摩擦阻力系數(shù)是氣體雷諾數(shù)Re和管道相對粗糙度的函數(shù)，可以查手冊得到（實際中對金屬管道值可取0.02.對磚砌或混凝土管道可取0.04）。計算：對于直徑4.6m的圓管：所以5.2局部壓力損失式中異形管件的局部阻力系數(shù)，可在有關(guān)手冊中查到，或通過實驗獲得；與相對應(yīng)的斷