大氣處理課程設計某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵脫硫處理與脫銷處理系統(tǒng)的設計

1、大氣污染課程設計姓名：張XX指導老師：孫老師專業(yè)：環(huán)境監(jiān)測與治理技術學院：化工食品學院學號：目 錄一、課程設計題目4二、設計原始資料41.鍋爐設備的主要參數(shù)42.污染源強相關參數(shù)43.煤的工業(yè)分析值44.按鍋爐大氣污染排放標準（GB132712001）中二類區(qū)標準執(zhí)行4三、設計方案的確定及原理4四、設計計算61.耗煤量計算62.煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度與氮氧化物濃度的計算62.1標準狀態(tài)下理論空氣量62.2標準狀態(tài)下理論煙氣量（設空氣含濕量為12.93(m3/kg)）72.3標準狀態(tài)下實際煙氣量72.4標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度72.5標準狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算82.6標態(tài)下氮氧化物濃度

2、的計算83.除塵器的選擇83.1除塵器應達到的除塵效率83.2除塵器的選擇94.旋風除塵器的設計94.1確定旋風除塵器的進口氣流速度v94.2確定旋風除塵器的幾何尺寸94.3壓力損失P 105.脫銷工藝106.脫硫方案的確定11（1）噴淋塔內流量計算11（2） 噴淋塔徑計算12（3）噴淋塔高度計算127.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)總阻力。147.1各裝置及管道布置的原則147.2管徑的確定158.煙囪的計算158.1煙囪高度的確定158.2煙囪直徑的計算168.3煙囪的抽力169.系統(tǒng)阻力的計算179.1摩擦壓力損失179.2局部

3、壓力損失179.3系統(tǒng)總總阻力（其中鍋爐出口前阻力為1200pa）181)總阻力計算1810.風機和電動機的選擇及計算1810.1標準狀態(tài)下風機風量的計算1810.2風機風壓的計算19五、小結19六、參考資料19大氣污染控制工程課程設計一、 課程設計題目某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵、脫硫處理與脫銷處理系統(tǒng)的設計。二、 設計原始資料1.鍋爐設備的主要參數(shù)鍋爐型號SZL-8-1.25-ALL額定蒸發(fā)量：7.5t/h排煙溫度：160 2.污染源強相關參數(shù)煙氣密度（標準狀態(tài)）：1.37 kg/m3煙氣在鍋爐出口的阻力：1200Pa排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：18當?shù)卮髿鈮海?01.325×

4、;(273+24)/273=110.23KPa室外空氣溫度：24空氣過剩系數(shù)：=1.33.煤的工業(yè)分析值C=65%；H=5%；S=3.2%；O=4.8%；N=3%：灰分10.6%；4.按鍋爐大氣污染排放標準（GB132712001）中二類區(qū)標準執(zhí)行煙塵濃度排放標準（標準狀況下）：200/ 二氧化硫排放標準（標準狀況下）：900-55/ 氮氧化物排放標準（標準狀況下）：400/三、 設計方案的確定及原理由于所處理的煙氣含塵較多，硫與氮的含量也較多，故采用除塵與脫硫脫氮分開的操作系統(tǒng)，以得到更好的處理效果。鍋爐煙氣通過風機進入SCR反應器。用NH3作為還原劑，在鉑或非重金屬催化劑的作用下，在較低溫

5、度條件下，NH3有選擇地將廢氣中的Nox還原為氮氣。液氨從液氨槽車有卸氨壓縮機送入液氨儲罐，再經(jīng)過蒸發(fā)器槽蒸發(fā)氨氣后，通過氨緩沖槽和輸送管道進入鍋爐區(qū)；通過與空氣混合后，由有分布導閥進入SCR反應器，SCR反應器設置于空氣預熱器上游，氨氣進入SCR反應器的上方，通過一種特殊的噴霧裝置和煙氣混合；混合后，煙氣通過反應器內催化劑層進行還原反應，并完成脫硝工程；脫硝后的煙氣進入空氣預留器進行交換。鍋爐煙氣經(jīng)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SO2、SO3，與此同時在“強制氧化工藝

6、”的處理下反應的副產(chǎn)物被導入的空氣氧化為石膏（CaSO42H2O），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(jīng)過凈化處理的煙氣流經(jīng)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

7、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。脫氮過程主反應有以下幾個： 4NO+4NH3+O2>4N2+6H2O;6NO+4NH3>5N2+6H2O6NO2+8NH3>7N2+12H2O;2NO2+4NH3+O2>3N2+6H2O;脫硫過程主反應由以下幾個：SO2 + H2O H2SO3 (吸收)CaCO3 + H2SO3  CaSO3 + CO2 + H2O (中和) CaSO3 + 1/2 O2  CaSO4 (氧化)CaSO3 + 1/2

8、 H2O CaSO31/2H2O (結晶)CaSO4 + 2H2O CaSO42H2O (結晶)CaSO3 + H2SO3  Ca(HSO3)2 (pH控制) 處理煙氣工藝流程圖 1四、 設計計算1.耗煤量計算鍋爐效率=78.2%；褐煤低位熱值15466Kj/kg；一噸蒸汽所需要的全部熱量為2446820kj/噸 耗煤量=2446820*7.5/15466*78.2%=1517kg 取1.6噸/h2.煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度與氮氧化物濃度的計算2.1標準狀態(tài)下理論空氣量 式中 ， ， ，分別為煤各元素所含的質量分數(shù)。代入65% ，5%，3.2%，4.8

9、%，得Qa=4.76 (1.8670.65+5.560.05+0.70.032-0.70.048)=7.05 。生2.2標準狀態(tài)下理論煙氣量（設空氣含濕量為12.93(m3/kg)）式中標準狀態(tài)下理論空氣量，；煤中水分所占質量分數(shù)，；N元素在所占質量分數(shù)，；代入Qa=7.05 ,=6%,=3%,得Qs1.867(0.65+0.3750.032)+11.20.05+1.240.06+(0.016+0.79) 7.05+0.80.03=7.5 。2.3標準狀態(tài)下實際煙氣量式中空氣過剩系數(shù),取1.3注意：標準狀態(tài)下煙氣流量Q以計，因此，Q=Qs×設計耗煤量代入7.5，7.05 ，得=7.5

10、+1.0160.37.059.73設計耗煤量= 9.73×1600=15568 標準狀態(tài)下實際煙氣量2.4標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度式中排煙中飛灰占不可燃成分的質量分數(shù)；煤中不可燃成分的含量；標準狀態(tài)下實際煙氣量，。代入18%,=13%,9.73,得C=0.180.13/9.73=2.4×103（mg/m3）2.5標準狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算式中煤中可燃硫的質量分數(shù)代入3.2%,Qs9.73,得=2×0.032×0.98/9.73×106=6.45×103（mg/m3）。2.6標態(tài)下氮氧化物濃度的計算Cno=0.9N×30

11、×106 /14×=0.9×0.03/9.73×14×30×106=5.95×103（mg/m3）。Cno2=0.1N×46×106/14×=0.1×0.03/9.73×14×46×106=1.01×103（mg/m3）CNOx=6.96×103（mg/m3）3.除塵器的選擇3.1除塵器應達到的除塵效率式中C標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度，；標準狀態(tài)下鍋爐煙塵排放標準中規(guī)定值，。代入C=2400=200,得1-200/2400=0.9167=9

12、1.67%。3.2除塵器的選擇工作狀況下煙氣流量 Q=15568×(273+160/273)=24692 標準狀態(tài)下實際煙氣量，工作狀況下煙氣溫度，K標準狀況下溫度，273K總的煙氣流速Q/3600=24692/3600=6.8589 4.旋風除塵器的設計出于安全考慮，旋風除塵器按煙氣流量為25000（m3/h）進行設計。4.1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1225m/s，可根據(jù)設計要求設=18m/s。4.2確定旋風除塵器的幾何尺寸a.進口截面積 F=A×B=Q/V=25000/3600×18=0.3858m2 F式中 A旋風除塵器的進口高度

13、； B旋風除塵器的進口寬度。取A=2B，則A=878.40mm；B=439.20mm。b.筒體直徑D 取B=0.3D，則D=3.33B=1462.54mm；c.筒體高度H1 取H1=1.7D=1.6×1462.54=2340.06mm；d.錐體高度H2 取H2=2.0D=2.0×1462.54=2925.08mm；e.排灰口直徑D1 取D1=0.4D=0.4×1462.54=585.02mm；f.出口管直徑D2 取D2=0.6D=0.6×1462.54=877.52mm；g.出口管長度H3 取H3=0.625D=0.625×1462.54=91

14、4.09mm；h.總高度Ho 取Ho=4.0D=4.0×1462.54=5850.16mm;i.圓錐體的圓錐角 =30°4.3壓力損失P 式中：K系數(shù)，標準切向進口，K=7.5； 工況下煙氣密度，（kg/m3） P=7.5×878.40×439.20/877.522×0.864×182/2=525.933Pa由上述計算可知所設計的除塵器的處理量為25000m3/h，進口氣流速度為18m/s，P=525.933Pa旋風除塵器型號XD-II-10配用鍋爐/(t/h)處理煙氣量（m3/h）除塵效率（%）本體阻力（Pa）質量（Kg）10300

15、00>95<90061005.脫銷工藝采用SCR法脫銷，設計脫銷效率不低于95%，采用高沉布置方式。5.1工藝原理利用氨對Nox的還原功能，在催化劑的作用下將Nox還原為對大氣沒有多少影響的N2與H2O還原劑為NH3。在SCR反應器內，NO通過以反映被還原： 4NO+4NH3+O2>4N2+6H2O;6NO+4NH3>5N2+6H2O當煙氣中有氧氣時，反應式先進行，因此，按消耗量與NO還原兩有那一對一的關系。在鍋爐的煙氣中，NO2一般約占總的Nox濃度的5%。2NO2+4NH3+O2>3N2+6H2O;6NO2+8NH3>7N2+12H2O;表明還原NO2比

16、還原NO需要更多的氨，因NO2含量小，因此NO2的影響并不明顯。5.2技術要求a.脫銷工藝采用SCR法，脫銷催化劑層數(shù)按三層設置，其中一層預留；b.脫銷系統(tǒng)暫按設置煙氣旁路系統(tǒng)考慮;c.還原劑采用純液氨d.脫銷設備年運行小時按7000h考慮e.脫銷裝置可利用率不小于98%5.3還原劑選擇氨系統(tǒng)的腎囊腫方法原料消耗兩的比例為 純氨：氨水（25%）：尿素=1：4：1.9純氨法應用廣范，出運量小，有利于布置，但儲存需要較高的壓力，安全性要求高。5.4工程接口位置液氨儲存和氨注入系統(tǒng)入口：液氨罐車出口 出口：噴氨噴嘴煙氣系統(tǒng)入口：鍋爐省煤器出口煙道 出口：空預留器幾口煙道蒸汽：蒸發(fā)器入口 液氨蒸發(fā)器源

17、接口5.5工藝流程 液氨從液氨槽車有卸氨壓縮機送入液氨儲罐，再經(jīng)過蒸發(fā)器槽蒸發(fā)氨氣后，通過氨緩沖槽和輸送管道進入鍋爐區(qū)；通過與空氣混合后，由有分布導閥進入SCR反應器，SCR反應器設置于空氣預熱器上游，氨氣進入SCR反應器的上方，通過一種特殊的噴霧裝置和煙氣混合；混合后，煙氣通過反應器內催化劑層進行還原反應，并完成脫硝工程；脫硝后的煙氣進入空氣預留器進行交換。6.脫硫方案的確定6.1工況下煙氣中二氧化硫濃度的計算 Cso2=Cso2×273/(273+160)=6450×273/(273+160)=4070(mg/m3)假定煙氣進入脫硫設備后溫度降至413K。 此時煙氣Q=

18、15568×(273+140)/273=23552煙氣含硫濃度不大且煙氣量較小，可采用石灰法濕法脫硫。6.2噴淋塔（1）噴淋塔內流量計算假設噴淋塔內平均溫度為，壓力為120KPa，則噴淋塔內煙氣流量為： Qv=Qs×(273+80)/273×101.324/Pa×(1+K)式中：噴淋塔內煙氣流量，； 標況下煙氣流量，； K除塵前漏氣系數(shù)，00.1；代入公式得：QV=15568×(273+80)/273×101.324/130×(1+0.005)=15612m3/h=4.34m3/s（2） 噴淋塔徑計算依據(jù)石灰石煙氣脫硫的操作

19、條件參數(shù)，可選擇噴淋塔內煙氣流速v=3.5m/s，則噴淋塔截面A為：4.34/3.5=1.24m2則塔徑d為：1.26m 取塔徑Do=1300mm （3）噴淋塔高度計算 噴淋塔可看做由三部分組成，分成為吸收區(qū)、除霧區(qū)和漿池。 吸收區(qū)高度：依據(jù)石灰石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)高度為： H1=V×t=3.5×3=10.5m 除霧區(qū)高度：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(3.44.5)m。許多工程表明3.5m/s煙氣流速（110%過負荷）4.2m/s,是性價比較高的流速區(qū)域則取除霧區(qū)高度為：

20、H2=3.5m 漿池高度：漿池容量V1按液氣比漿液停留時間t1確定： 式中： 液氣比，取10L/m3； Q標況下煙氣量，； t1漿液停留時間，s；一般t1為，本設計中取值為，則漿池容積為：V1=10/1000×15568×5/60=12.97m選取漿池直徑等于或略大于噴淋塔D0，本設計中選取的漿料直徑為D0=2.5m，然后再根據(jù)V1計算漿池高度： 式中：h0漿池高度，m； V1漿池容積，； D0漿池直徑，m。h0=4×12.97/(3.14×2.5×2.5)=2.64m2.7m 噴淋塔高度為：10.5+3.5+2.7=16.7m6.3新鮮漿料及

21、漿液量的確定（1）漿料量1mol 1mol因為根據(jù)經(jīng)驗一般鈣/硫為：1.051.1，此處設計取為1.05則由平衡計算可得1h需消耗CaO的量為： 1.05×0.98×1517=1561mol/h 1561×56/1000=87.4kg/h（2）漿液量 =10L/m334.34m3/s=156.24m3/h 此設計煙氣脫硫效率達到95%左右，出氣SO2 濃度200mg/m3。6.4石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫的流程圖 鍋爐煙氣經(jīng)脫氮除塵、冷卻后送入吸收塔，吸收塔內用配制好的石灰石或石灰漿洗滌含SO2的煙氣，洗滌凈化后的煙氣經(jīng)除霧和再熱后排放。吸收塔內排出的吸收液流入循

22、環(huán)槽，加入新鮮的石灰石或石灰液進行再生。 石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫工藝圖7.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)總阻力。7.1各裝置及管道布置的原則 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。7.2管徑的確定 煙氣流量為0.5045m3/s，所以，管徑計算如下：代入數(shù)據(jù)得d=0.70（m） 式中Q 工作狀態(tài)下管道內的煙氣流量， 煙氣流速， 取 18圓整并選取風道表二 風管尺寸 外徑 鋼制板風管

23、外徑允許偏差/ 壁厚/ 700 0.5 內徑：d=700-2×0.5=699() 由公式可計算出實際煙氣流速：V=4Q/3.14 d2 =4×6.8589/(3.14×0.692 )=17.80s(）8.煙囪的計算8.1煙囪高度的確定確定煙囪高度，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。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。表三 鍋爐蒸發(fā)量與煙囪高度關系鍋爐總額定出力t/h11-22-66-1010-2026-35煙囪最低高度/202530354045由鍋爐污染綜合排放標準上的鍋爐的總的蒸發(fā)量

24、與煙囪高度的數(shù)據(jù),所以我選定煙囪高度為 35m。8.2煙囪直徑的計算 煙囪出口內徑可按下式計算： Q通過煙囪的總煙氣量，按表三選取的煙囪出口煙氣流速，。 表四 煙囪出口煙氣流速（m/s） 通風方式 運 行 情 況全負荷時 最小負荷 機械通風 1220 45 自然通風 1015 2.53選定=3.0 代入數(shù)據(jù)得d=3.14m圓整取d=3.2m煙囪底部直徑=3.41+2×0.02×35=4.81m取d1= 4.9m式中：煙囪出口直徑，mH煙囪高度，mi煙囪錐度，取 i=0.028.3煙囪的抽力 Sy=0.0342×35×(1/(273+24)-1/(273+

25、160) ×110.23×103 =139.54式中 H煙囪高度，m外界空氣溫度，煙囪內煙氣平均溫度，B當?shù)卮髿鈮海?.系統(tǒng)阻力的計算9.1摩擦壓力損失 式中L管道長度，md管道直徑，m煙氣密度，管中氣流平均速率摩擦阻力系數(shù)對于700圓管 L=30m 1.37×273/433=0.863 Pl =0.02×30/0.7×0.863×17.802/2=117Pa 9.2局部壓力損失(Pa)式中 異形管件的局部阻力系數(shù)可查到 v與像對應的斷面平均氣流速率,m/s 煙氣密度, a.漸縮管 =45°,=0.1,v=17.80m/s

26、P=0.1×0.863×17.802/2=13.7Pa 管路中共有五個漸縮管，故 P3=5×13.7=68.5Pab. 90°彎管部分 D=700mm 取R=D 則=0.23=0.23×0.863×17.802/2=31.4Pa管路中共有4個90°彎管，故 P5=4×31.4=125.6Pa9.3系統(tǒng)總總阻力（其中鍋爐出口前阻力為1200pa）總h=117+68.5+125.6+1200=1511.1 Pa1) 總阻力計算a.鍋爐本身阻力鍋爐本身阻力在之間，取350Pa；b.省煤器阻力省煤器阻力一般為，取45 Pa；c.除塵器阻力旋風風除塵器阻力525.933 Pa； d.