大氣污染控制工程課程設計——鍋爐煙氣除塵脫硫處理

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 設計任務書2</b></p><p>　　1.1課程設計題目2</p><p>　　1.2設計原始資料2</p><p><b>　　1.3執(zhí)行標準2</b></p><p&

2、gt;　　2 設計方案的選擇確定2</p><p>　　2.1除塵系統(tǒng)選擇的相關計算2</p><p>　　2.1.1用煤量計算2</p><p>　　2.1.2煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計算3</p><p>　　2.2數(shù)質量衡算、處理效率及達標驗算4</p><p>　　2.2.1大氣污染物排放限值4

3、</p><p>　　2.2.2計算實現(xiàn)達標排放、污染治理設備及工藝處理效率需達到的理論值5</p><p>　　2.3旋風除塵器設計5</p><p>　　2.3.1除塵效率5 </p><p>　　2.3.2工作狀況下煙氣流量5 </p><p>　　2.3.3旋風除塵器的尺寸6&

4、lt;/p><p>　　2.4脫硫吸收塔（噴淋吸收空塔）的設計8</p><p>　　2.4.1工況下煙氣中二氧化硫濃度的計算9</p><p>　　2.4.2噴淋塔9</p><p>　　2.4.3新鮮漿料及漿液量的確定11</p><p>　　3 確定除塵器、風機、煙囪的位置及管道布置12</p>

5、<p>　　3.1各裝置及管道布置的原則12</p><p>　　3.1.1管徑的確定 12</p><p>　　3.2煙囪的計算13</p><p>　　3.2.1煙囪高度的確定13</p><p>　　3.2.2煙囪直徑的計算13</p><p>　　3.2.3煙囪的抽力14</p

6、><p>　　3.3系統(tǒng)阻力的計算14</p><p>　　3.3.1摩擦壓力損失15</p><p>　　3.3.2局部壓力損失15</p><p>　　3.3.3系統(tǒng)總阻力15</p><p>　　3.4風機和電動機的選擇及計算15</p><p>　　3.4.1標準狀態(tài)下風機風量的計

7、算15</p><p>　　3.4.2風機風壓的計算16</p><p>　　3.4.3電動機功率的計算16</p><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　1.設計任務書</b></p><p><b>　　1.1課程設計題目

8、</b></p><p>　　試根據(jù)設計原始資料，對鍋爐煙塵進行污染控制系統(tǒng)設計，實現(xiàn)達標排放。</p><p>　　1.2. 設計原始材料</p><p>　　1、鍋爐爐型與型號：</p><p>　　(1)某廠使用鍋爐為生產(chǎn)系統(tǒng)提供過熱蒸汽，爐型為鏈條爐，額定蒸汽量分別為1、2、4 t/h，</p><p&

9、gt;　　(2)鍋爐為生產(chǎn)系統(tǒng)提供過熱蒸汽，爐型為拋煤機爐，額定蒸汽量分別為6、8、10t/h；</p><p>　　(3)某電廠發(fā)電機組為12萬kw，鍋爐為煤粉爐，小時燃煤量15、18、20t/h，煙氣溫度423K。</p><p>　　2、燃料采用淮南煤，煤質資料見下表：</p><p>　　3、不同爐型燃煤排塵量和煙塵的粒度分布見下表：</p>

10、<p>　　4、空氣過剩系數(shù)為1.3-1.4，標準狀態(tài)下空氣含水按0.01293kg/m3，系統(tǒng)漏風系數(shù)為爐膛0.1、除塵器0.01，每米管道0.001。</p><p>　　5、煙氣在鍋爐出口前阻力為800Pa，管道摩擦阻力系數(shù)λ：金屬管道取λ＝0.02，磚砌或混凝土取λ＝0.04；除塵器設備阻力查產(chǎn)品手冊。</p><p>　　6、飛灰的驅進速度0.10-0.14m/s。&l

11、t;/p><p><b>　　1.3執(zhí)行標準</b></p><p>　　各廠建廠時間為2004年，所在地區(qū)為二類地區(qū)。</p><p>　　執(zhí)行標準：《環(huán)境空氣質量標準》 (GB3095－1996)；</p><p>　　《鍋爐大氣污染物排放標準》 (GB13271－2001)；</p><p>　

12、　《火電廠大氣污染物排放標準》 (GB13223－1996)。</p><p>　　2.設計方案的選擇確定</p><p>　　2.1除塵系統(tǒng)選擇的相關計算</p><p>　　2.1.1用煤量計算</p><p>　　根據(jù)鍋爐燃料耗量計算公式：計算燃料量kg/h。</p><p>　　B--燃料耗量、kg/h；<

13、;/p><p>　　D--鍋爐產(chǎn)汽量、4000kg/h；</p><p>　　i2--過熱蒸汽、200℃焓值i2=305.3kJ/ kg；</p><p>　　i1--給水20℃焓值、i1=83.753kJ/ kg ；</p><p>　　--原料煤低位發(fā)熱量、24346kJ/ kg；</p><p>　　η--鍋爐效率、

14、η=30-40%，取35%；</p><p>　　2.1.2煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計算</p><p><b>　　設1kg燃煤時</b></p><p>　　空氣中含水量：=0.01609(體積分數(shù))</p><p>　　標準狀態(tài)下理論空氣量</p><p>　　=55.28125mol/

15、kg=1.2383m/kg</p><p>　　=1.2383×4.78=5.92 m/kg（干空氣）</p><p>　　==6.02 m/kg （濕空氣）</p><p>　　2.標準狀態(tài)下理論煙氣量</p><p>　　CO: 47.85 mol/kg</p><p>　　SO: 0.14375

16、mol/kg</p><p>　　N:0.332+3.78×55.28125=209.30 mol/kg</p><p>　　HO: 19.05+0.4917+0.016095.92= 19.64 mol/kg</p><p>　　==6.20 m/kg</p><p>　　3.標準狀態(tài)下實際煙氣量</p><p

17、>　　=+(α-1)= 6.20+5.92×（1.3-1）=7.976 m/kg</p><p>　　α-空氣過剩系數(shù)，1.3~1.4，取1.3；</p><p>　　標準狀態(tài)下每臺鍋爐煙氣流量</p><p>　　=設計耗煤量 =7.976104=829.504 m/h</p><p>　　標準狀態(tài)下煙氣排塵量G及煙氣含塵濃

18、度</p><p>　　===5.3610 mg/m</p><p>　　G-- 排塵量kg/h；</p><p>　　B--燃料耗量kg/h；</p><p><b>　　--灰分%；</b></p><p>　　--排煙帶塵量，占灰分的15－25%，取20%；</p><p

19、><b>　　--未燃燒炭8%</b></p><p>　　5．標準狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度</p><p>　　===1.15×10 mg/m</p><p>　　2.2數(shù)質量衡算、處理效率及達標驗算</p><p>　　2.2.1大氣污染物排放限值</p><p>　　按《鍋爐

20、大氣污染物排放標準》（GB13271-2001）中二類區(qū)標準執(zhí)行：</p><p>　　標準狀態(tài)下煙塵濃度排放標準：≤120mg/m3；</p><p>　　標準狀態(tài)下SO2排放標準：≤900mg/m3；</p><p>　　表1 鍋爐煙塵最高允許排放濃度和煙氣黑度限值</p><p>　　表2 鍋爐二氧化硫和氮氧化物最高允許排放濃度&l

21、t;/p><p>　　2.2.2計算實現(xiàn)達標排放、污染治理設備及工藝處理效率需達到的理論值</p><p>　　標準狀態(tài)下煙塵處理效率：=</p><p>　　標準狀態(tài)下SO2處理效率：=</p><p>　　2.3旋風除塵器設計</p><p>　　2.3.1除塵效率 </p><

22、p><b>　　= </b></p><p>　　2.3.2工作狀況下煙氣流量 </p><p><b>　　=1285.28</b></p><p>　　式中：V-----標準狀態(tài)下煙氣流量,</p><p>　　-----工況下煙氣溫度,423K</p><

23、p>　　T------標準狀態(tài)下溫度,273K</p><p><b>　　則煙氣流速：=</b></p><p><b>　　所以采用旋風除塵器</b></p><p>　　2.3.3旋風除塵器的尺寸</p><p>　　出于安全考慮，旋風除塵器按煙氣流量為1500 m3/h進行設計。<

24、;/p><p>　?。?）確定旋風除塵器的進口氣流速度v</p><p>　　通常鍋爐的煙氣流速為12—25m/s，可設ν=23m/s。</p><p>　　（2）確定旋風除塵器的幾何尺寸</p><p><b>　　A.進口截面積 </b></p><p>　　式中：-設計煙氣流量，1500 m3

25、/h；</p><p>　　V-煙氣流速，23m/s;</p><p><b>　　B.入口高度：;</b></p><p><b>　　C.入口寬度：；</b></p><p><b>　　D.筒體直徑：；</b></p><p>　　參考XLP/B產(chǎn)

26、品系列，取D=420mm</p><p><b>　　E.排出筒直徑：；</b></p><p><b>　　F.筒體長度：；</b></p><p><b>　　G.錐體長度：；</b></p><p><b>　　H.灰口直徑：；</b></p&

27、gt;<p>　　I.排氣管插入深度：；</p><p>　　選取XLP/B-4.2型號；</p><p>　　（3）求（分割直徑）</p><p>　　假設接近圓筒壁處的氣流切向速度近似等于氣流的入口速度，則，取內(nèi)外渦旋交界圓柱直徑</p><p><b>　　渦旋指數(shù)：</b></p>&

28、lt;p>　　氣流在交界面上的切向速度：</p><p>　　外渦旋氣流的平均徑向速度：</p><p><b>　　分割直徑:</b></p><p>　　此時旋風處理器的分割直徑為4.91。</p><p><b>　　計算壓力損失</b></p><p>　　42

29、3K時煙氣濃度可近似取為：</p><p><b>　　分級除塵效率</b></p><p>　　依據(jù)經(jīng)驗公式：來計算</p><p><b>　　總除塵效率</b></p><p>　　由公式：來求解。（為質量頻率）</p><p><b>　　得：</b&

30、gt;</p><p>　?。?）影響除塵效率的因素</p><p>　　a.入口風速 由臨界計算式知，入口風速增大，降低，因而除塵效率提高。但是風速過大，壓力損失也明顯增大</p><p>　　b.除塵器的結構尺寸 其他條件相同，筒體直徑愈小，塵粒所受的離心力愈大，除塵效率愈大。筒體高度對除塵效率影響不明顯，適當增大錐體長度，有利于提高除塵效率。減小排氣管直徑，有

31、利于提高除塵效率。</p><p>　　c.粉塵粒徑和密度 大粒子離心力大，捕集效率高，粒子密度愈小，越難分離。</p><p>　　d.灰斗氣密性 若氣密性不好，漏入空氣，會把已經(jīng)落入灰斗的粉塵重新帶走，降低了除塵效率。</p><p>　　2.4 脫硫吸收塔（噴淋吸收空塔）的設計</p><p>　　脫硫過程主反應有以下幾個：<

32、/p><p>　　S02+H2O→H2SO3(吸收)</p><p>　　CaCO3+H2SO3→CaSO3+CO2+H2O(中和)</p><p>　　CaSO3+1/2 O2→CaSO4(氧化)</p><p>　　CaSO3+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O(結晶)</p><p>　　CaSO4+2

33、H2O→CaSO4·2H2O(結晶)</p><p>　　CaSO3+H2SO3→Ca(HSO3)2(PH控制)</p><p>　　2.4.1工況下煙氣中二氧化硫濃度的計算</p><p>　　假定煙氣進入脫硫設備后溫度降至403K，</p><p><b>　　此時煙氣</b></p><

34、;p>　　煙氣含硫濃度不大且煙氣量較小，可采用石灰法濕法脫硫。</p><p><b>　　2.4.2噴淋塔</b></p><p><b>　　噴淋塔內(nèi)流量計算</b></p><p>　　假設噴淋塔內(nèi)平均溫度為80℃，壓力為1200KPa,則噴淋塔內(nèi)流量為：</p><p>　　式中：Qv

35、——噴淋塔內(nèi)煙氣流量，；</p><p>　　Qs——標況下煙氣流量，；</p><p>　　K——除塵前漏氣系數(shù)，0~0.1，取0.1；</p><p><b>　　噴淋塔徑計算</b></p><p>　　依據(jù)石灰石煙氣脫硫的操作條件參數(shù)，可以選擇噴淋塔內(nèi)煙氣流速v=0.5m/s,</p><p&

36、gt;<b>　　則噴淋塔截面A為：</b></p><p><b>　　則塔徑d為：</b></p><p>　　取塔徑Do=850mm</p><p><b>　　噴淋塔高度計算</b></p><p>　　噴淋塔可看作由三部分組成，分為吸收區(qū)、除霧區(qū)和漿池。</p&

37、gt;<p><b>　　吸收區(qū)高度:</b></p><p>　　依據(jù)石灰法煙氣脫硫的操作條件參數(shù)得，選擇噴淋塔噴氣液反應時間t=3s,則噴淋塔的吸收區(qū)的高度為：</p><p><b>　　除霧區(qū)高度：</b></p><p>　　除霧器設計成兩段。每層除霧器上下各設有沖洗噴嘴。最下層沖洗噴嘴距最上層（0

38、.5~0.6）m。取除霧區(qū)高度為：</p><p><b>　　漿池高度：</b></p><p>　　漿池容量V1按液氣比漿液停留時間t1確定：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　L/G——液氣比，取10;</p><p>　　Q——標況下煙氣

39、量，；</p><p>　　t——漿液停留時間，s;</p><p>　　一般t1為4min~8min,本設計中取值為5min，則漿池容積為：</p><p>　　選取漿池直徑等于或略大于噴淋塔Do,本設計中選取的漿料直徑為Do=1m,然后再根據(jù)V1計算漿池高度：</p><p>　　式中：——漿池高度，m;</p><p

40、>　　V1——漿池容積，;</p><p>　　Do——漿池直徑，m；</p><p><b>　　噴淋塔高度為：</b></p><p>　　2.4.3新鮮漿料及漿液量的確定</p><p><b>　　漿料量</b></p><p>　　1mol 1mol<

41、/p><p>　　因為根據(jù)經(jīng)驗一般鈣硫比為：1.05~1.1,此處設計取為1.05，則有平衡計算可得1h需消耗CaO的量為：</p><p><b>　　漿液量</b></p><p>　　此設計煙氣脫硫效率達到95%左右，出氣SO2濃度≤900mg/m3。</p><p>　　3.確定除塵器、風機、煙囪的位置及管道布置。并

42、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。</p><p>　　3.1各裝置及管道布置的原則</p><p>　　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，投資省，并使安裝、操作方便。</p><p>　　3.1.1管徑的確定 <

43、;/p><p>　　煙氣流量為0.357，所以，管徑計算如下：</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得d=0.141m</p><p>　　式中：Q——工況下的煙氣流量，；</p><p>　　v——煙氣流速，取23；</p><p><b>　　圓整并選取風道 </b></p><p&g

44、t;<b>　　鋼制風管參數(shù)表</b></p><p>　　內(nèi)徑：d=150-2×1.5=147mm</p><p>　　由公式可計算出實際煙氣流速：</p><p><b>　　3.2煙囪的計算</b></p><p>　　3.2.1煙囪高度的確定</p><p>

45、;　　確定煙囪高度，既要滿足大氣污染物的擴散稀釋要求，又要考慮節(jié)省投資。</p><p>　　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準中的規(guī)定確定煙囪的高度。</p><p>　　表三 鍋爐蒸發(fā)量與煙囪高度關系</p><p>　　由鍋爐污染綜合排放標準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 H=30m。<

46、/p><p>　　3.2.2煙囪直徑的計算</p><p>　　煙囪出口內(nèi)徑可按下式計算：</p><p>　　Q——通過煙囪的總煙氣量，</p><p>　　——按表三選取的煙囪出口煙氣流速，。</p><p>　　表四 煙囪出口煙氣流速（m/s）</p><p><b>　　選定=3

47、</b></p><p><b>　　圓整取d=0.7m</b></p><p><b>　　煙囪底部直徑</b></p><p>　　式中：——煙囪出口直徑，m</p><p><b>　　H——煙囪高度，m</b></p><p>　　i

48、——煙囪錐度，取 i=0.02</p><p>　　3.2.3煙囪的抽力</p><p><b>　　=117.03</b></p><p>　　式中 H——煙囪高度，m</p><p>　　——外界空氣溫度，20</p><p>　　——煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，423</p><

49、;p><b>　　B——當?shù)卮髿鈮海?lt;/b></p><p>　　3.3系統(tǒng)阻力的計算</p><p>　　3.3.1摩擦壓力損失</p><p>　　式中：L——管道長度，m；</p><p>　　d——管道直徑，m；</p><p><b>　　——煙氣密度，；</b&g

50、t;</p><p>　　——管中氣流平均速率；</p><p><b>　　——摩擦阻力系數(shù)；</b></p><p><b>　　對于φ150圓管</b></p><p><b>　　L=30m</b></p><p>　　3.3.2局部壓力損失&l

51、t;/p><p><b>　　(Pa)</b></p><p>　　式中: ξ——異形管件的局部阻力系數(shù)可查到</p><p>　　v——與ξ像對應的斷面平均氣流速率,m/s</p><p><b>　　ρ——煙氣密度, </b></p><p>　　a.漸縮管:α=45

52、6;,ξ=0.1,v=21.04m/s</p><p>　　管路中共有兩個漸縮管，故 △P3=2×18.5=37Pa</p><p>　　b. 90°彎管部分 D=150mm 取R=D 則ξ=0.23</p><p>　　管路中共有4個90°彎管，故 △P5=4×42.5=170Pa</p><

53、p>　　3.3.3系統(tǒng)總阻力（其中鍋爐出口前阻力為800pa）</p><p>　　3.4風機和電動機的選擇及計算</p><p>　　3.4.1標準狀態(tài)下風機風量的計算</p><p>　　取tP=150°C，tY=250°C</p><p><b>　　m3/h</b></p>

54、<p>　　式中：1.1——風量備用系數(shù)：</p><p>　　Q——標準狀況下風機前風量，829.504m3/h；</p><p>　　tP——風機前煙氣溫度,150°C；</p><p>　　B——當?shù)卮髿鈮毫Γ?08.75kPa;</p><p>　　3.4.2風機風壓的計算</p><p>

55、;<b>　　式中</b></p><p>　　1.2——風機備用系數(shù)；</p><p>　　——系統(tǒng)總阻力，Pa；</p><p><b>　　——煙囪抽力，Pa</b></p><p>　　——風機前煙氣溫度，150°C</p><p>　　——風機性能表中給出

56、的試驗用氣體溫度，250°C</p><p>　　——標準狀態(tài)下煙氣密度，kg/m3</p><p><b>　　結果為</b></p><p>　　Hy=3686 (Pa)</p><p>　　3.4.3電動機功率的計算</p><p><b>　　式中</b>&

57、lt;/p><p>　　——風機風量，m3/h</p><p><b>　　——風機風壓，Pa</b></p><p>　　——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）</p><p>　　——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=0.95—0.98，用V型帶傳動時=0.95</

58、p><p>　　——電動機備用系數(shù)，對引風機，=1.3</p><p>　　對于引風機取β=1.3，η1=0.7,η2=0.98</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1]大氣污染控制工程（第二版），郝吉明、馬廣大主編，高等教育出版社；</p><p>　　[2]環(huán)保設

59、備設計手冊，周興求、葉代啟主編，化學工業(yè)出版社；</p><p>　　[3]化工原理，姚玉英編，天津科學技術出版社； </p><p>　　[4]化工工藝設計手冊， 醫(yī)藥農(nóng)藥工業(yè)設計組編，上海化學工業(yè)出版社；</p><p>　　[5]化工設備設計手冊，上海人民出版社；</p><p>　　[6]三廢處理工程技術手冊（廢氣卷