大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)韓欣池

1、專業(yè)：環(huán)境工程班級(jí)：環(huán)081學(xué)號(hào)：0808042024姓名：韓 欣 池完成日期2011年1月12日前言硫氧化物產(chǎn)生的一次污染和二次污染對人類產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。生成硫氧化物的主要途徑是燃煤過程向大氣中排放大量的硫氧化物氣體。我國是以煤為主要能源的國家。隨著國民經(jīng)濟(jì)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(jì)和技術(shù)發(fā)展就我國的經(jīng)濟(jì)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(shí)間內(nèi)不會(huì)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SO2危害的關(guān)鍵問題。一、課程設(shè)計(jì)的題目某燃煤鍋爐房煙氣凈化系統(tǒng)

2、設(shè)計(jì)二、課程設(shè)計(jì)的目的通過課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步消化和鞏固本課程所學(xué)的內(nèi)容， 并使所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)化，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力。通過設(shè)計(jì)，了解工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法及步驟，培養(yǎng)學(xué)生確定大氣污染控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、 進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、繪制工程圖、使用技術(shù)資料、查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊、編寫設(shè)計(jì)說明書的能力。三、設(shè)計(jì)原始資料鍋爐型號(hào)： SZL61.25 AII 型，共 2 臺(tái)（每臺(tái)蒸發(fā)量為6t/h ）所在地區(qū)：二類區(qū)。 2009 年新建。鍋爐熱效率： 75%，所用的煤低位熱值：20939kJ/kg ，水的蒸發(fā)熱： 2570.8kJ/kg鍋爐出口煙氣溫度： 160煙氣密度：（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下） 1.34kg

3、/m 3空氣過剩系數(shù)： =1.3排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：15%煙氣在鍋爐出口前阻力：800Pa當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ?98kPa平均室外空氣溫度： 15空氣含水率 ( 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 ) 按 0.01293kg/m 3煙氣的其它性質(zhì)按空氣計(jì)算煤的工業(yè)分析：C：65%H：4%S：1%O：4%N：1%W：7%A：18%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） ：200 / m3二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)狀況下） ：900 / m3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)。圖 1鍋爐房平面布置圖四、設(shè)計(jì)計(jì)算( 一) 、用煤量計(jì)算每臺(tái)鍋爐的所

4、需熱量為：Q蒸發(fā)量×水的蒸發(fā)熱=6×103×2570.8=1.54 ×107 kJ/h所需的煤量為：Q= 1.54 107=982.2kg/hH n熱20939 75%Hn煤的低位熱值 熱鍋爐的熱效率( 二) 、煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計(jì)算以 1kg 煤燃燒為基礎(chǔ)，則重量（g）摩爾數(shù)（mol） 產(chǎn)物摩爾數(shù)（mol）需氧數(shù) (mol)C65054.167CO 2 :54.16754.167H4040H2 O:2010S100.3125SO2 : 0.31250.3125O402.5(O2 :1.25)-1.25N100.714N2 :0.3570W70

5、3.889H2 O:3.8890A180飛灰 :180 ×15%=27g 0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)理論需氧數(shù)54.167+10+0.3125-1.25=63.2295mol/kg=1.4163 m3N /kg標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論干空氣量 Va0Va0 =1.4163 ×4.78=6.77 m 3N /kg空氣含水體積分?jǐn)?shù) 0.01293 kg m3 = 12.93 22.4 =1.6091%181000標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際濕空氣量6.77 ×1.3=8.945mol/kg1.6091%1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量 V fg0CO2 :54.167 mol/kgSO2 : 0.3125 mol/k

6、gN 2 :0.357+3.78 ×63.2295=239.37 mol/kgH 2 O: 20+3.889+8.945 ×1.6091%=24.033 mol/kg0（54.1670.3125 239.3724.033） 22.43V fg=1000=7.12 m N /kg標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量 V fgV fg=V fg0Va0(×（1.3-1）N3/kg （濕煙氣）+-1)= 7.12+6.77=9.15 mV fg =9.15-24.03322.4 =8.61 m 3N /kg （干煙氣）1000標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中含塵濃度煙塵煙塵 = dshA=27 103

7、=2.95 ×10 3 mg/mN3 （濕煙氣）V fg9.15式中dsh 排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例A 煤中不可燃成分的含量V fg 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量(m3 / )4.標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度SO2SO2= m( so2) = 0.3125 641000 =2.19 ×103 mg/mN3 （濕煙氣）V fg9.15式中 m(SO2)-燃燒煤生成的二氧化硫質(zhì)量， kgV fg 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量(m 3 /)5. 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下總煙氣量Qn =V fg * 設(shè)計(jì)耗煤量 =9.15 ×982.2/3600=2.50m 3N /s(三 )、凈化設(shè)備的選擇

8、設(shè)備應(yīng)達(dá)到的凈化效率1s式中 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下鍋爐煙所排放標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定值，smg/m3；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣污染物濃度，mg/m3；根據(jù)鍋爐表 1 鍋爐煙塵最高允許排放濃度和煙氣黑度限值可知 :煙塵排放濃煙氣黑適用區(qū)鍋爐類別（mg/m3)度域時(shí)段時(shí)段自然通風(fēng)鍋一類區(qū)10080爐1燃（<0.7MW(1二、三類150120煤區(qū)t/h)）鍋10080一類區(qū)爐2502001其它鍋爐二類區(qū)三類區(qū)350250一類區(qū)8080燃 輕柴油、煤油二、三類1001001油區(qū)鍋一類區(qū)10080*爐其它燃料油二、三類2001501區(qū)燃?xì)忮仩t全部區(qū)50501域表 1 鍋爐煙塵最高允許排放濃度和煙氣黑度限值I 時(shí)段： 2000

9、年 12 月 31 日前建成使用的鍋爐 ;II時(shí)段： 2001 年 1 月 1 日起建成的使用的鍋爐（含在 I 時(shí)段立項(xiàng)未建成或未使用的鍋爐和建成使用的鍋爐中需要擴(kuò)建、改造的鍋爐） 。由于鍋爐廠所在地區(qū)為：二類地區(qū)、 2006 年新建，所以煙塵最高允許排放濃度為 200 mg/m31s =1-200 3 =93.22%2.9010除塵器的選擇工況下的煙氣量QSTSPn(m 3 /h)Qn T nPs式中 QS 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣流量， m 3 /h；T S 工況下煙氣溫度， K;T n 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)狀態(tài)下煙氣溫度， 273K。QST SPn2.50 3600(273 160) 101.325Qn T

10、nPs27398=14759.05（m 3 /h）則煙氣流量為 QS14759.054.10 m 3 /s；36003600根據(jù)工況下的煙氣量、 煙氣溫度及要求達(dá)到的除塵效率確定除塵器：由除塵器手冊中選取HCWS 系列文丘里水膜脫硫除塵器。煙氣溫度：160除塵效率： 93.12% 壓力降（阻力） 800Pa表 1 HCWS 系列文丘里水膜脫硫除塵器型號(hào)處理煙除 塵文 丘筒 體脫 硫耗阻 力除塵配 套氣 量器里 喉內(nèi) 上效 率水/(mm效率鍋 爐/(進(jìn)口部流升流 /(00)量H2O )/(00)容 量m3 / h )流 速速速/(t/h/(t/h)/(m/s)/(m/s)/(m/s)HCW150

11、009.5155703.54.6085680129597.6S1800350050表 2設(shè)備外形結(jié)構(gòu)尺寸HH1H2H3H4H5123L1L274502504700165085033018014008503925190L3L4L5a1a2c1c2d1b1b225065025080052036022054070270脫硫器的選擇鍋爐二氧化硫和氮氧化物最高允許排放濃度，按表2 的時(shí)段規(guī)定執(zhí)行。表 5 鍋爐二氧化硫和氮氧化物最高允許排放濃度鍋爐類別3NOx排放濃度適用區(qū) SO排放濃度（mg/m）2域3（mg/m）時(shí)段時(shí)段時(shí)段時(shí)段燃煤鍋爐全部區(qū)1200900/域燃油輕柴油、 全部區(qū)700500/400鍋

12、爐煤油域其它燃全部區(qū)1200900*/400*料油域燃?xì)忮仩t全部區(qū)100100/400域第時(shí)段燃煤鍋爐二氧化硫最高允許排放濃度為3900mg/m所以，設(shè)備應(yīng)達(dá)到的脫硫效率：' 1'90021- 2.15 * 103=58.14%so式中 ' 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下鍋爐 SO2 所排放標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定值，3mg/m；SO2 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度SO2要求達(dá)到的排放濃度 :900 mg/m3(四)、確定設(shè)備、風(fēng)機(jī)和煙囪的位置及管道的布置各裝置及管道布置的原則根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況和鍋爐房現(xiàn)場的實(shí)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

13、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。管徑的確定d 4Q m v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v=1015m/s ,取 v=11.5 m/s）則4Q44.165md0.674v3.14 11.5圓整并選取風(fēng)道表 6圓斷面風(fēng)管統(tǒng)一規(guī)格外徑鋼板通風(fēng)管/外徑允許偏差 /mm壁厚 /mmmm65012.0內(nèi)徑 d1 =650-2*2.0=646 (mm)由公式 d4Qm 計(jì)算出實(shí)際煙氣流速：vv= 4Q2 =44.102 =12.52(m/s)d3.140.646(五 )、煙囪的設(shè)計(jì)煙囪高度的確定一個(gè)煙囪的所

14、有鍋爐的總蒸發(fā)量為Q=12t/h（兩臺(tái)鍋爐），表 7 燃煤、燃油（燃輕柴油、煤油除外）鍋爐房煙囪最低允許高度鍋爐房裝M<0.70.71.42.8714機(jī)總?cè)萘縒<1.4<2.8<7<14<28t/h<11<22<441020<10<20 40煙囪最低m202530354045高度查上表可得： H 煙囪40m煙囪直徑的計(jì)算煙囪出口內(nèi)徑可按下式計(jì)算d 0.0188 Qmv式中 Q通過煙囪的總煙氣量， m3；/hv 按表選取的煙囪出口煙氣流速，m/s)。表 8煙囪出口煙氣流速（ m/s）運(yùn)行情況通風(fēng)方式全負(fù)荷時(shí)最小負(fù)荷機(jī)械通風(fēng)1020

15、45自然通風(fēng)5102.53選定 v=4.5m/sd 0.0188 Q0.0188 4.10 36001.08mv4.5圓整取 d=1.1m煙囪底部直徑d1d22 iHm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。選定 i=0.028d1d2 2 i H1.0820.028 403.24 m煙囪的抽力Sy11BPa0.0342 Htk273 t p273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，；B 當(dāng)?shù)卮髿鈮海?Pa。Sy 0.0342 40 （1151） 98 103155.88 Pa273273160(六 )、系統(tǒng)

16、阻力的計(jì)算摩擦阻力損失對于圓管Lv2pl2Pad式中L 管道長度， m；d管道直徑， m；煙氣密度， kg/m3；v管中煙氣流速， 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K 的d函數(shù)?？梢圆槭謨缘玫?。（實(shí)際中對金屬管道 值可取 0.02，對磚徹或混凝土管道 可取 0.04）。a對于 650 圓管L=1.5 + 5.45 - 0.163 + 0.45 + 2.7 +7.341 + 1.5 = 18.778 (m)n273* 981.34273* 980.82(kg / m3 )(273160) * 101.325433* 101.325pl12.850.8212.5220.022

17、5.410(Pa)0.652b對于磚砌拱形煙道（參見右圖）2D 22B2BA224D=650mmB=690mm；A=0.6633m2 R A X式中， A 為面積， X 為周長X= 2 ×B+ B =2×0.69+3.14 0.69 = 2.4633m22 R=0.6633/2.4633=0.2693mL 為 6.14m ,=0.04plLv20.046.140.82 12.522=14.653(pa)d240.26932局部壓力損失v2pPa2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(shí)驗(yàn)獲得；v與相對應(yīng)的斷面平均氣流速率，m/s；煙氣密度， kg/m3。（

18、1）圖4：除塵器入口前管道示意圖圖 4 中漸擴(kuò)管 =0.19 漸縮管 =0.1pv20.1）0.82 12.522（0.1918.638 Pa22（2）圖5：T型三通管示意圖對于圖 5 所示的 T 型三通管 =0.78pv20.8212.522Pa0.7850.12922對于 T 型合流三通管 =0.55pv20.8212.522Pa0.5535.3522（3）風(fēng)機(jī)圖5：除塵器出口至風(fēng)機(jī)入口段管道示意圖圖 5 中漸縮管 =0.1 90°彎頭 le=1.98mp( l e)v2（0.022 1.980.1） 0.82 12.52214.26 Pad20.652（ 4）鍋爐出口前阻力為

19、800Pa（ 5）除塵器阻力為 8001200 Pa，取 1000 Pa（ 6）系統(tǒng)總阻力為h25.41014.65318.63850.12935.3514.2680010001958.44（Pa）(七 )、風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的選擇及計(jì)算風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計(jì)算Qy273 tp101.3251.1QB2731.1 4.10 3600273 160101.32526625.3 m3 / h27398式中1.1風(fēng)量備用系數(shù)；Q標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)前風(fēng)量，m3/h；tp 風(fēng)機(jī)前煙氣溫度，若管道不太長，可以近似取鍋爐排煙溫度；B當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ?kPa。風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的計(jì)算H y 1.2h Sy273t p 101.325273tyB1.2(1958.44273160101.325155.88)2002047.34 Pa27398式中 1.2風(fēng)壓備用系數(shù)；h 系統(tǒng)總阻力， Pa；Sy 煙囪抽力， Pa；tp 風(fēng)機(jī)前煙氣溫度，；ty 風(fēng)機(jī)性能表中給出的試驗(yàn)用氣體溫度，；引風(fēng)機(jī)為200根據(jù) Qy 和 Hy