大氣污染控制工程 -某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計

1、洛陽理工學(xué)院大氣污染控制工程課程設(shè)計設(shè)計題目：某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計系 別：環(huán)境工程與化學(xué)系專 業(yè)：環(huán)境監(jiān)測與治理班 級：學(xué) 號：姓 名：指導(dǎo)老師： 目錄前言11總論21.1設(shè)計任務(wù)書21.1.1設(shè)計題目21.1.2設(shè)計任務(wù)21.1.3原始資料21.2設(shè)計依據(jù)和原則32主要及輔助設(shè)備設(shè)計計算42.1煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計算42.1.1煙氣量的計算42.1.2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度的計算52.1.3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算52.2 除塵脫硫設(shè)備、風(fēng)機和煙囪的位置及管道的布置52.2.1各裝置及管道布置的原則52.2.2管徑的確定52.3硫裝置的選擇設(shè)計62.3.1

2、塵脫硫設(shè)計計算62.3.2工藝流程82.4煙囪設(shè)計82.4.1煙囪高度的確定82.4.2煙囪直徑的計算82.4.3煙囪的抽力的計算92.5系統(tǒng)阻力的計算92.5.1摩擦壓力損失92.5.2局部壓力損失102.6電動機選擇及計算112.6.1風(fēng)機風(fēng)量的計算112.6.2風(fēng)機風(fēng)壓的計算112.6.3電動機功率的計算123設(shè)備一覽表13小結(jié)14主要參考文獻15前言隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市化與工業(yè)化進程的加速，以及煤、油為主的能源框架，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重。而在我國的能源結(jié)構(gòu)中以燃煤為主，眾所周知煤炭在燃燒過程中會產(chǎn)生較多的污染物，尤其是向大氣中排放酸性污染物，在大氣遷移過程中形成酸性沉降物，即酸雨，而

3、酸雨對人類產(chǎn)生著最直接、最嚴(yán)重的危害。且隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，能源的消耗量逐步上升，大氣污染物的排放量相應(yīng)增加。而就我國的經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展就我國的經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展水平及能源的結(jié)構(gòu)來看，以煤炭為主要能源的狀況在今后相當(dāng)長時間內(nèi)不會有根本性的改變。我國的大氣污染仍將以煤煙型污染為主。因此，控制燃煤煙氣污染是我國改善大氣質(zhì)量、減少酸雨和二氧化硫危害的關(guān)鍵問題。本設(shè)計是某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵系統(tǒng)設(shè)計，主要目的就是除塵與煙氣脫硫，以達到污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，而其中最主要的是除塵與煙氣脫硫系統(tǒng)。在常規(guī)工藝中，脫硫和除塵作為獨立的單元操作分別在各自的裝置中完成。而在脫硫除塵一體化工藝過程中，將脫硫和除塵兩個單元操作結(jié)

4、合起來，即在一個操作單元中既達到除塵的目的又滿足脫硫的要求。脫硫除塵一體化操作可以簡化工藝流程，節(jié)約設(shè)備投資。但是由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，限制因素較多，故本設(shè)計采用先除塵后脫硫的常規(guī)工藝。1總論1.1設(shè)計任務(wù)書1.1.1設(shè)計題目某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計。1.1.2設(shè)計任務(wù)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(yán)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、投資省，且出口煙氣濃度達到鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB1

5、3271-2001）中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，即：煙塵排放濃度200mg/Nm3、SO2排放濃度900mg/Nm3。1.1.3原始資料鍋爐型號：SZL4-13型、共2臺，額定蒸發(fā)量2.8MW/h設(shè)計耗煤量：650kg/h(臺)排煙溫度：160煙氣密度（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）：1.34kg/m3空氣過剩系數(shù)：1.4排煙中飛灰占煤中灰分（不可燃成分）的比例，20煙氣在鍋爐出口前阻力：800Pa當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ?7.86kPa冬季室外空氣溫度：1空氣含水（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）按0.01293kg/m3煙氣其它性質(zhì)按空氣計算。燃煤煤質(zhì)如下表所示。CY=68% HY=4% SY=1.8% OY=5% NY=1% WY=6% AY=14

6、.2% VY=13%凈化系統(tǒng)布置場地如圖1所示的鍋爐房北側(cè)20m以內(nèi)。1.2設(shè)計依據(jù)和原則鍋爐設(shè)備是燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，又將熱能傳遞給水，從而產(chǎn)生一定溫度和壓力的蒸汽和熱水的設(shè)備。鍋爐型號：SZL413型，SZ雙鍋筒縱置式，L鏈條爐排，4蒸汽鍋爐額定蒸發(fā)量為若干t/h 或熱水鍋爐額定供熱量為若干104kcal/h新單位制應(yīng)為MW。燃料燃燒就是供給足夠的氧氣，也就是想爐膛內(nèi)供給足夠的空氣。冬季室外溫度：-1，設(shè)備安裝在室外，考慮在冬天設(shè)備的防凍措施，以及冬季排氣冷凝形成的水霧、煙霧等。按鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 132712001）中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，故建地應(yīng)在二類區(qū)：城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住

7、區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。在設(shè)計過程中要考慮各除塵器的除塵效率，設(shè)備用費等各項技術(shù)經(jīng)濟條件。通過計算，根據(jù)工況下的煙氣量、煙氣溫度及達到的除塵效率選擇除塵器。2主要及輔助設(shè)備設(shè)計計算2.1煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計算2.1.1煙氣量的計算（1）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量Qa=4.76(1.867CY+5.56HY+0.7SY-0.7OY) (m3/kg)式中：CY, HY, SY, OY 分別為煤中各元素所含的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。Qa=4.76(1.86768+5.564+0.71.8-0.75)=7.0 (m3/kg)（2）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論濕煙氣量（設(shè)空氣含濕量12.93g/m

8、3）Qs=1.867(CY+0.375SY)+11.2HY+1.24WY+0.016Qa+0.79Qa+0.8NY (m3/kg)式中：Qa標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量，m3/kg； WY煤中水分所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%； NYN元素在煤中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)，。 Qs=1.867(68+0.3751.8)+11.24+1.246+0.0167.0+0.797.0+0.81 = 7.46 (m3/kg)（3）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實際煙氣量Qs=Qs+1.016(a-1) Qa (m3/kg)式中：a空氣過量系數(shù) Qs標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量，m3/kg； Qa標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量，m3/kg。注意：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量Q以m3/h計

9、，因此，Q= Qs設(shè)計耗煤量Qs=7.46+1.016(1.4-1)7.0=10.30 (m3/kg) Q= 10.30650=6695 (m3/h)2.1.2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度的計算 (kg/m3)式中：dsh排煙中飛灰占煤中灰分（不可燃成分）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，排放因子，； AY煤中灰分（不可燃成分）的含量，； Qs標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實際煙氣量，m3/kg。 C=2014.2/10.30 = 2.7610-3 (kg/m3)2.1.3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算 (mg/m3)式中：SY煤中含可燃硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； Qs標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實際煙氣量，m3/kg。 = 20.81.8106/10.3

10、0 = 2796.12 (mg/m3)2.2 除塵脫硫設(shè)備、風(fēng)機和煙囪的位置及管道的布置2.2.1各裝置及管道布置的原則根據(jù)鍋爐運行情況和鍋爐房現(xiàn)場的實際情況確定各裝置的位置。一旦確定了各裝置的位置，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(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。2.2.2管徑的確定 （m）式中：Q工況下管內(nèi)煙氣流量，m3/s； v煙氣流速，m/s，（可查有關(guān)手冊確定，對于鍋爐煙塵v1015m/s）。管徑計算出以后，要進行圓整（查手冊），再用圓整后的管徑計算出實際煙氣流速。實際煙氣流速要符合要求。 已知標(biāo)況下Q=6695 (m3/h) ，則工況

11、下的煙氣流量為取v12 m/s則 d = (421990/(36003.1412)1/2 = 0.81（m）圓整后d =0.80m，則實際煙氣流速為v = 12.16m/s. 單臺鍋爐的Q = 21990/2 =10995 (m3/h) d=0.57(m)圓整后d =0.56 m 實際煙氣速度為12.41 m/s.2.3硫裝置的選擇設(shè)計注：可以選擇濕式脫硫除塵一體化裝置，亦可采用先除塵后脫硫工藝。本設(shè)計采用先除塵后脫硫工藝。2.3.1塵脫硫設(shè)計計算（1）除塵脫硫裝置應(yīng)達到的凈化效率：式中：C標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵、SO2濃度，mg/m3； Cs標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下鍋爐煙塵、SO2排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值，mg/m3

12、。 除塵效率：-200/2760 = 92.75 脫硫效率： 900/2796.12 = 67.81（2）除塵器的選擇根據(jù)煙塵的粒徑分布和種類、工況下的煙氣量、煙氣溫度及要求達到的除塵效率確定除塵器的種類、型號及規(guī)格。確定除塵器的運行參數(shù)，如氣流速度、壓力損失等。本設(shè)計選用QMC64-5氣箱式脈沖袋式除塵器。其性能參見表1.表1 QMC64-5氣箱式脈沖袋式除塵器性能參數(shù)規(guī)格處理風(fēng)量(m3/h)過濾風(fēng)速(m/min)總過濾面積(m2)凈過濾面積(m2)除塵器室數(shù)(個）濾袋總數(shù)(個）除塵器阻力(Pa)承受負壓(Pa)QMC64-5223001.231024853201470-17705000其結(jié)

13、構(gòu)見 圖4 QMC64-5氣箱式脈沖袋式除塵器。(3)脫硫裝置煙氣脫硫常采用的方法是吸收法。本設(shè)計用石灰石漿液劑，在塔內(nèi)與煙氣接觸，吸收SO2，生成石膏。該法優(yōu)點是原料易得，價格低廉。吸收塔的直徑D，可由吸收塔出口實際煙氣體積流量和煙氣流速確定,煙氣流速通常為3.0-4.5m/s,工程實踐表明,3.6-4.2m/s是性價比較高的流速區(qū)域,因此,本工程的設(shè)計煙氣流速為3.6m/s。吸收塔直徑可根據(jù)下列公式計算:取1.5m吸收塔高的計算工程設(shè)計中，吸收區(qū)的高度一般指煙氣進口水平線到噴淋塔層中心線的距離。根據(jù)吸收塔高度參考表，吸收區(qū)的高度一般為515m。煙氣接觸反應(yīng)時間一般為25s，設(shè)計接觸反應(yīng)時間

14、為2s，則吸收區(qū)高度h=23.4=6.8m，本工程設(shè)計值取6.8m。吸收區(qū)一般設(shè)置36層噴淋塔，每個噴淋層都裝有多個霧化噴嘴，噴淋覆蓋率達200%300%。由于要求脫硫效率不高，本設(shè)計設(shè)置3個噴淋層，噴淋層間距一般為1.22m，為了檢修和維護，層間距設(shè)為1.5m。；最頂層噴淋層到除霧器的距離一般為1.22m，本設(shè)計采用1.5m；除霧器高度一般為23m，本設(shè)計采用2；除霧器到吸收塔出口的距離一般為0.51m，本設(shè)計采用0.5m。因此，吸收塔的高度為H=6.8+1.52+1.5+2+0.5=13.8m吸收塔結(jié)構(gòu)圖見圖5.2.3.2工藝流程鍋爐煙氣由風(fēng)機抽出，首先經(jīng)過袋式除塵器，除塵后的煙氣進入吸收

15、塔進行脫硫。即石灰石漿液在配置槽中配置，送入循環(huán)槽，由循環(huán)泵送到吸收塔頂部噴淋。吸收SO2后，得到含亞硫酸鈣和硫酸鈣的混合漿液由塔底流回循環(huán)槽。將PH值調(diào)到4左右由泵送入氧化塔，向氧化塔內(nèi)鼓入空氣，進行氧化得到石膏。所得的石膏漿料經(jīng)過增稠離心過濾和清洗獲得石膏產(chǎn)品。濾液除去雜質(zhì)后送至石灰石漿液制備槽。脫硫后煙氣由排氣口排至煙囪。具體見圖2煙氣除塵脫硫工藝流程圖2.4煙囪設(shè)計2.4.1煙囪高度的確定首先確定共用一個煙囪的所有鍋爐的總的蒸發(fā)量（t/h），然后根據(jù)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB132712001）中的規(guī)定（見表2）確定煙囪的高度。表2 鍋爐煙囪高度表鍋爐房裝機總?cè)萘縈W0.70.71.

16、41.42.82.877141428t/h1122441010202040煙囪最低允許高度m202530354045鍋爐房裝機總?cè)萘浚?.82=5.6 MW 故選定的煙囪高度H為35m.2.4.2煙囪直徑的計算煙囪出口內(nèi)徑可按下式計算 （m）式中：Q通過煙囪的總煙氣量，m3/h； u按表3選取的煙囪出口煙氣流速，m/s。表3 煙囪出口煙氣流速（m/s）通風(fēng)方式運行情況全負荷時最小負荷機械通風(fēng)102045自然通風(fēng)6102.53取煙氣流速u = 5 m/s ， 則煙囪底部直徑： (m)式中：d2煙囪出口直徑，m； H煙囪高度，m；i煙囪錐度，通常取i=0.020.03。取i=0.02 ，則 2.4

17、.3煙囪的抽力的計算 （Pa）式中：H煙囪高度，m； tk外界空氣溫度，；tp煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，；P當(dāng)?shù)卮髿鈮?，Pa。已知H = 35 m tk = 1 P =97.86kPa tp = 160 則2.5系統(tǒng)阻力的計算2.5.1摩擦壓力損失對于圓管： （Pa）式中：L管道長度，m；d管道直徑，m；煙氣密度，kg/m3； u管中氣流平均速率，m/s； 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，對磚砌和混凝土管道值可取0.04）。根據(jù)圖3 煙氣除塵脫硫系統(tǒng)圖 計算管段1-2與管段2-3：根據(jù)流量Q = 10995(m3/h) d = 5

18、60mm 實際流速為12.41m/s ,動壓頭為92.6Pa，管道長度L=1.5+1.5=3m.則管段2-4 、5-6 、7-8 、 8-9:氣流量相同Q = 21990(m3/h) ,d = 800mm,實際流速為12.16m/s ,動壓頭為89.6Pa,管道長度L=0.5+6.2+10.5+2=19.2m則2.5.2局部壓力損失 （Pa）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；u與相對應(yīng)的斷面平均氣流速率，m/s； 煙氣密度，kg/m3。管段1-2 與 管段2-3：吸氣罩：=0.12 插板閥全開啟： =0 彎頭：90 R/d =1.5 查供暖通風(fēng)設(shè)計手冊得=0.1

19、8直流三通: 30=0.33 則管段2-4：沒有局部壓損，袋式除塵器壓損為1500 Pa管段5-6與管段7-8：彎頭2個，90 R/d =1.5 =0.18則管段8-9漸擴管 查手冊=1.59則總壓力損失9.922+43.904+58.342+1500+32.262+142.46=2019.1(Pa)2.6電動機選擇及計算2.6.1風(fēng)機風(fēng)量的計算 （m3/h）式中：K1考慮系數(shù)漏風(fēng)所附加的安全系數(shù)。一般管道取K=0.1；除塵管道取K=0.10.15； Q標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機前標(biāo)態(tài)下風(fēng)量，m3/h； tp風(fēng)機前煙氣溫度，若管道不太長，可以近似取鍋爐排煙溫度； P當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，kPa。已知Q=66952

20、=13390m3/h；tp160；B97.86kPa代入上述公式得Qy=（1+0.1）13390（273+160）101.325/(27397.86)=24189 (m3/h)2.6.2風(fēng)機風(fēng)壓的計算（Pa）式中：K2考慮管道計算誤差及系統(tǒng)漏風(fēng)等因素所采用的安全系數(shù)。一般管道K=0.10.15，除塵管道取K=0.10.2； h系統(tǒng)總阻力，Pa； Sy煙囪抽力，Pa；0、p0、T0風(fēng)機性能表中給出的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的空氣密度、壓力、溫度。一般說，p0=101.3kPa，對于引風(fēng)機T0=200，0=0.745kg/m3。、p、T運行工況下進入風(fēng)機時的空氣密度、壓力、溫度。根據(jù)計算出的風(fēng)機風(fēng)量Qy和風(fēng)機風(fēng)壓

21、py，查除塵工程設(shè)計手冊選擇風(fēng)機的型號見表4.型號名稱全壓（Pa）風(fēng)量(m3/h)電機功率（kw）Y4-73-11鍋爐離心引風(fēng)機362542415900800005.512502.6.3電動機功率的計算 （kW）式中：Qy風(fēng)機風(fēng)量，m3/h； py風(fēng)機風(fēng)壓，Pa；1風(fēng)機在全壓頭時的效率（一般風(fēng)機為0.6，高效風(fēng)機約為0.9）；2機械傳動效率，當(dāng)風(fēng)機與電動機直聯(lián)傳動時21，用連軸器時20.950.98，用V形帶傳動時20.95； 電動機備用系數(shù)。對引風(fēng)機，1.3。根據(jù)電動機的功率，傳動方式查暖通通風(fēng)設(shè)計手冊選擇電動機型號見表5.型號功率（kw）轉(zhuǎn)速（r/min）效率（）功率因數(shù)Y200L2-23

22、7295090.50.893設(shè)備一覽表袋式除塵器型號處理風(fēng)量(m3/h)過濾風(fēng)速(m/min)總過濾面積(m2)凈過濾面積(m2)除塵器室數(shù)(個）濾袋總數(shù)(個）除塵器阻力(Pa)承受負壓(Pa)QMC64-5223001.231024853201470-17705000引風(fēng)機型號名稱全壓（Pa）風(fēng)量(m3/h)電機功率（kw）Y4-73-11鍋爐離心引風(fēng)機362542415900800005.51250電動機型號功率（kw）轉(zhuǎn)速（r/min）效率（）功率因數(shù)Y200L2-237295090.50.89小結(jié)我一直都對這樣的課程設(shè)計比較感興趣,主要是能夠?qū)ξ宜信d趣的事物進行研究,這對于正處在比較壓抑的期末考試的氣氛中無疑是一種非常奇妙的感覺,就如同泥中蓮花,有不染凡俗之感。課程設(shè)計是某燃煤采暖鍋