大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)(鍋爐)

目錄TOC\o"1-4"\h\z\u一．設(shè)計(jì)任務(wù) 41.1設(shè)計(jì)題目 41.2設(shè)計(jì)原始參數(shù) 41.2.1鍋爐參數(shù) 41.2.2污染源強(qiáng)相關(guān)參數(shù) 41.2.3煤的工業(yè)分析值 51.2.4按鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn) 51.3設(shè)計(jì)內(nèi)容 5二．設(shè)計(jì)方案確定 52.1除塵 52.1.1袋式除塵器原理 52.1.2袋式除塵器的清灰方式主要有 62.1.3袋式除塵器的分類 62.1.4袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn) 72.2脫硫 72.2.1石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術(shù)的原理 72.2.2石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術(shù)的工藝流程 82.3脫氮工藝 92.3.1SCR脫氮法 92.3.2SCR脫氮工藝流程圖 9三．設(shè)計(jì)計(jì)算 103.1燃煤鍋爐排煙量及煙塵和二氧化硫濃度的計(jì)算 103.1.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量 103.1.2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量 103.1.3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際空氣煙氣量 113.1.4煙氣含塵濃度 113.1.5標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計(jì)算 113.1.6標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化氮濃度的計(jì)算 123.2脫氮設(shè)計(jì)和計(jì)算 123.2.1SCR反應(yīng)器截面尺寸估算： 123.2.2SCR反應(yīng)器斷面尺寸計(jì)算 13催化劑體積計(jì)算： 13催化劑層數(shù)估算： 13反應(yīng)器高度計(jì)算： 133.3除塵計(jì)算 143.3.1除塵效率 143.3.2工作狀況下煙氣流量 143.3.3除塵器設(shè)計(jì) 14過濾面積 143.3.4除塵器的選擇： 143.4脫硫設(shè)計(jì)和計(jì)算 153.4.1噴淋塔內(nèi)流量計(jì)算 153.4.2噴淋塔徑計(jì)算 163.4.3噴淋塔高度計(jì)算 16吸收區(qū)高度 16除霧區(qū)高度 16漿池高度 17噴淋塔煙氣進(jìn)口高度設(shè)計(jì)： 17吸收塔高度： 17新鮮漿料的確定 183.5煙囪的設(shè)計(jì) 183.5.1煙囪高度的確定 183.5.2煙囪直徑的計(jì)算 183.5.4煙囪的抽力 193.5.5煙囪高度校核 203.6管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 203.6.1管徑的計(jì)算 203.6.2摩擦壓力損失 213.6.3局部壓力損失 213.6.4除塵器進(jìn)氣管的計(jì)算 213.6.5除塵器出氣管的計(jì)算 223.6.7系統(tǒng)阻力 233.7風(fēng)機(jī)的選擇 233.7.1風(fēng)量的計(jì)算 233.7.2風(fēng)壓的計(jì)算 24四.小結(jié) 24五.參考文獻(xiàn) 25

大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)一．設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)題目某小型燃煤電站鍋爐煙氣除塵，脫硫，脫氮處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)鍋爐型號(hào)：FG-45/3.82-M型（45t/h蒸氣）；設(shè)計(jì)耗煤量：713.6kg/h；排煙溫度；160℃；空氣過剩系數(shù):α=1.35；煙氣密度（標(biāo)態(tài)）：1.40kg/m3，室外空氣平均溫度：10℃；鍋爐出口前煙氣阻力：1200Pa；排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：19％；煙氣其他性質(zhì)按空氣計(jì)算；煤的工業(yè)分析：C=68%；H=4%；S=2.6%；O=5%；N=3.5%；W=5%；A=14%；V=11%；按鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13217-2001）中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)：200mg/m3；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下SO2排放標(biāo)準(zhǔn)：900mg/m3；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下NO2排放標(biāo)準(zhǔn)：400mg/m3。假設(shè)N有45%轉(zhuǎn)化為NO2，S有98%轉(zhuǎn)化為SO2。1.2設(shè)計(jì)原始參數(shù)1.2.1鍋爐參數(shù)鍋爐型號(hào): FG-45/3.82-M型額定蒸發(fā)量：45t/h燃煤量： 713.6kg/h排煙溫度： 160℃1.2.2污染源強(qiáng)相關(guān)參數(shù)煙氣密度（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）：1.40kg/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：19％當(dāng)?shù)卮髿鈮海?01.325×(273+10)/273=120.99KPa室外空氣溫度：10℃空氣過剩系數(shù)：α=1.351.2.3煤的工業(yè)分析值C=68%；H=4%；S=2.6%；O=5%；N=3.5%；W=5%；A=14%；V=11%1.2.4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）：200mg/m3二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：900mg/m3氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：400mg/m31.3設(shè)計(jì)內(nèi)容1、計(jì)算煙氣排放量及煙氣中的各污染組分濃度。2、整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(jì)算。4、煙囪的排放口尺寸及高度二．設(shè)計(jì)方案確定2.1除塵2.1.1袋式除塵器原理袋式除塵器是一種干式濾塵裝置。它適用于捕集細(xì)小、干燥、非纖維性粉塵。濾袋采用紡織的濾布或非紡織的氈制成，利用纖維織物的過濾作用對含塵氣體進(jìn)行過濾，當(dāng)含塵氣體進(jìn)入袋式除塵器地，顆粒大、比重大的粉塵，由于重力的作用沉降下來，落入灰斗，含有較細(xì)小粉塵的氣體在通過濾料時(shí)，粉塵被阻留，使氣體得到凈化。一般新濾料的除塵效率是不夠高的。濾料使用一段時(shí)間后，由于篩濾、碰撞、滯留、擴(kuò)散、靜電等效應(yīng)，濾袋表面積聚了一層粉塵，這層粉塵稱為初層，在此以后的運(yùn)動(dòng)過程中，初層成了濾料的主要過濾層，依靠初層的作用，網(wǎng)孔較大的濾料也能獲得較高的過濾效率。隨著粉塵在濾料表面的積聚，除塵器的效率和阻力都相應(yīng)的增加，當(dāng)濾料兩側(cè)的壓力差很大時(shí)，會(huì)把有些已附著在濾料上的細(xì)小塵粒擠壓過去，使除塵器效率下降。另外，除塵器的阻力過高會(huì)使除塵系統(tǒng)的風(fēng)量顯著下降。因此，除塵器的阻力達(dá)到一定數(shù)值后，要及時(shí)清灰。清灰時(shí)不能破壞初層，以免效率下降。2.1.2袋式除塵器的清灰方式主要有(1)氣體清灰：氣體清灰是借助于高壓氣體或外部大氣反吹濾袋，以清除濾袋上的積灰。氣體清灰包括脈沖噴吹清灰、反吹風(fēng)清灰和反吸風(fēng)清灰。(2)機(jī)械振打清灰：分頂部振打清灰和中部振打清灰（均對濾袋而言），是借助于機(jī)械振打裝置周期性的輪流振打各排濾袋，以清除濾袋上的積灰。(3)人工敲打：是用人工拍打每個(gè)濾袋，以清除濾袋上的積灰。2.1.3袋式除塵器的分類(1)按濾袋的形狀分為：扁形袋（梯形及平板形）和圓形袋（圓筒形）。(2)按進(jìn)出風(fēng)方式分為：下進(jìn)風(fēng)上出風(fēng)及上進(jìn)風(fēng)下出風(fēng)和直流式（只限于板狀扁袋）。(3)按袋的過濾方式分為：外濾式及內(nèi)濾式。濾料用纖維，有棉纖維、毛纖維、合成纖維以及玻璃纖維等，不同纖維織成的濾料具有不同性能。常用的濾料有208或901滌輪絨布，使用溫度一般不超過120℃，經(jīng)過硅硐樹脂處理的玻璃纖維濾袋，使用溫度一般不超過250℃，棉毛織物一般適用于沒有腐蝕性；溫度在80-90℃以下含塵氣體。2.1.4袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)(1)除塵效率高，可捕集粒徑大于0.3微米的細(xì)小粉塵，除塵效率可達(dá)99%以上。(2)使用靈活，處理風(fēng)量可由每小時(shí)數(shù)百立方米到每小時(shí)數(shù)十萬立方米，可以作為直接設(shè)于室內(nèi)，機(jī)床附近的小型機(jī)組，也可作成大型的除塵室，即“袋房”。(3)結(jié)構(gòu)比較簡單，運(yùn)行比較穩(wěn)定，初投資較少（與電除塵器比較而言）,維護(hù)方便。所以，袋式除塵器廣泛應(yīng)用于消除粉塵污染，改善環(huán)境，回收物料等。2.2脫硫2.2.1石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術(shù)的原理采用石灰/石灰石漿液吸收煙氣中的，分為吸收和氧化兩個(gè)階段。先吸收生成的亞硫酸鈣，然后將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣(即石膏)。該方法的實(shí)際反應(yīng)機(jī)理是很復(fù)雜的，目前還不能完全了解清楚。這個(gè)過程發(fā)生的反應(yīng)如下。吸收：由于煙氣中含有，因此吸收過程中會(huì)有氧化副反應(yīng)發(fā)生。氧化：在氧化過程中，主要是將吸收過程中所生成的氧化稱為：由于在吸收過程中生成了部分，在氧化過程中，亞硫酸氫鈣也被氧化，分解出少量的：設(shè)備運(yùn)行過程中的可能出現(xiàn)問題：設(shè)備腐蝕，結(jié)垢和堵塞，除霧器的堵塞。2.2.2石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術(shù)的工藝流程石灰石/石灰法濕式煙氣脫硫技術(shù)的工藝流程如圖1所示。鍋爐煙氣經(jīng)除塵、冷卻后送入吸收塔，吸收塔內(nèi)用調(diào)配好的石灰石或石灰漿液洗滌含的煙氣，洗滌凈化后的煙氣經(jīng)除霧和再熱后排放。吸收塔內(nèi)排出的吸收液流入循環(huán)槽，加入新鮮的石灰石或石灰漿液進(jìn)行再生。圖1石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術(shù)的工藝流程2.3脫氮工藝2.3.1SCR脫氮法催化法脫氮具有快速、高效等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于燃煤電廠煙氣和汽車尾氣中NOx的脫除。催化法可分為選擇性催化還原（SCR）和選擇性非催化還原（SNCR）等兩種。其中SNCR技術(shù)是在爐膛溫度1000℃左右的區(qū)域噴入NH3、尿素等還原劑，將NOx還原成N2和H2O，NOx脫除率可達(dá)80%，但反應(yīng)中會(huì)有少量的溫室氣體N2O產(chǎn)生。該過程不使用催化劑，還原劑由噴嘴噴入燃燒室，根據(jù)鍋爐的操作負(fù)荷，不斷調(diào)整NH3的噴入量和噴入位置，以保證在最佳溫度下噴入NH3。SCR法通過NH3，H2S，CO和烴類物質(zhì)等還原劑，在V2O5/TiO2等催化劑上與NOx反應(yīng)，生成無害的N2和H2O，NOx的脫除率可達(dá)90%，但運(yùn)行費(fèi)用較高。目前實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的是以NH3為還原劑，V2O5/TiO2為催化劑的SCR法來脫除固定源廢氣中的NOx，以及使用Pt-Pd-Rh三元催化劑來凈化汽車尾氣。SCR脫氮反應(yīng)器的核心是脫氮催化劑。它分為蜂窩式和板式兩種類型，比表面積為500m/m-1000m/m，在催化劑的內(nèi)表面上分布著由TiO2、WO3或V2O5等組成的活性中心。隨著脫氮裝置的運(yùn)行,催化劑會(huì)逐漸老化。引起老化的原因主要是催化劑活性中心中毒、活性成分晶型改變以及催化劑通道和微孔的堵塞、腐蝕等。因此，必須定時(shí)檢測煙氣經(jīng)過每層催化劑后NOx的濃度和氨氮比（NH3/NOx）,確定各層催化劑的活性與老化程度，以確保脫氮裝置的正常運(yùn)行2.3.2SCR脫氮工藝流程圖圖2SCR脫氮工藝流程圖三．設(shè)計(jì)計(jì)算3.1燃煤鍋爐排煙量及煙塵和二氧化硫濃度的計(jì)算3.1.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量式中C，H，S，O——分別代表煤中各元素所含得質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.1.2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量=7.46()式中——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量W煤中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)NN元素在煤中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.1.3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際空氣煙氣量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量Q應(yīng)以計(jì),因此, =9.96×713.6 =7104.82()式中a空氣過量系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量,3.1.4煙氣含塵濃度 =2.67×103（mg/m3）式中排煙中飛灰占煤中不可燃成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)煤中不可燃成分的含量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量,()3.1.5標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計(jì)算 式中S煤中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實(shí)際煙氣量,()3.1.6標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化氮濃度的計(jì)算 式中S煤中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實(shí)際煙氣量,()3.2脫氮設(shè)計(jì)和計(jì)算 3.2.1SCR反應(yīng)器截面尺寸估算：SCR應(yīng)器面尺寸由鍋爐煙氣流量和表面速度確定的，典型的流經(jīng)催化劑表面速度為5m/s左右，在實(shí)際工程中使用的可以用如下速度值來對催化截面積估算：考慮到催化劑幾何形狀以及安裝結(jié)構(gòu)，SCR反應(yīng)器橫截面面積比催化面積大15%左右，因此反應(yīng)器橫截面Ascr為=0.62*1.15=0.713m2=0.8m*1m3.2.2SCR反應(yīng)器斷面尺寸計(jì)算催化劑體積計(jì)算：在工程中，一般催化劑至少2層煙氣含水率很低為5%，查表得到催化劑活性為1.1，設(shè)催化劑為網(wǎng)格型填料網(wǎng)格交點(diǎn)成球狀5mm，則比表面積a>6/d=1200m^-1,.設(shè)比表面為5000m^-催化劑層數(shù)估算：根據(jù)工程煙氣流量等參數(shù)，在確定了催化劑截面劑和催化劑體積后，可估算催化劑層數(shù)，計(jì)算式：,反應(yīng)器高度計(jì)算：反應(yīng)器斷面尺寸根據(jù)催化劑的層數(shù)（包括初始安裝預(yù)留層）整流層安裝高度和催化劑安裝空間等因素決定，因此，反應(yīng)器高度（不包括反應(yīng)器出口煙氣煙道部分高度）即，H——反應(yīng)器高度m；N——催化劑層數(shù)；C1——支撐，安裝催化劑空間高度C2——整流層安裝高度和安裝空間高度2．除塵器的選擇3.3除塵計(jì)算3.3.1除塵效率 =92.51%式中C標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣含塵濃度,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下鍋爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值,3.3.2工作狀況下煙氣流量=11268.817式中Q標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量,工況下煙氣溫度,KT標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度,273K則煙氣流速為又因?yàn)榕艧煖囟?60℃，煙氣阻力1200帕，考慮袋式除塵器3.3.3除塵器設(shè)計(jì)過濾面積3.3.4除塵器的選擇：根據(jù)除塵器的處理煙氣量和總過濾面積，可以選定除塵器型號(hào)規(guī)格，參考《除塵器手冊》選擇DFC-6-524型號(hào)的反吹袋式除塵器。其主要性能與主要結(jié)構(gòu)尺寸見下表：表1DFC-6-524型號(hào)反吹袋式除塵器的性能參數(shù)型號(hào)材質(zhì)過濾風(fēng)速/處理風(fēng)量/過濾面積/DFC-6-524滌綸或玻纖1.031440524濾袋尺寸/mm濾袋數(shù)量/條除塵器阻力/KPa使用溫度/室數(shù)/個(gè)1521.5~2.0或4主要結(jié)構(gòu)尺寸（mm）：型號(hào)habDDFC-6-5248101539860604920393840127003.4脫硫設(shè)計(jì)和計(jì)算3.4.1噴淋塔內(nèi)流量計(jì)算假設(shè)噴淋塔內(nèi)平均溫度為，壓力為120KPa，則噴淋塔內(nèi)煙氣流量為：式中：—噴淋塔內(nèi)煙氣流量，；—標(biāo)況下煙氣流量，；K—除塵前漏氣系數(shù)，0～0.1；代入公式得： 3.4.2噴淋塔徑計(jì)算依據(jù)石灰石煙氣脫硫的操作條件參數(shù)，可選擇噴淋塔內(nèi)煙氣流速，則噴淋塔截面A為：則塔徑d為：取塔徑3.4.3噴淋塔高度計(jì)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(yīng)時(shí)間t=3s，則噴淋塔的吸收區(qū)高度為：除霧區(qū)高度 除霧器設(shè)計(jì)成兩段。每層除霧器上下各設(shè)有沖洗噴嘴。最下層沖洗噴嘴距最上層(3.4～3.5)m。 則取除霧區(qū)高度為：漿池高度 漿池容量V1按液氣比漿液停留時(shí)間t1確定： 式中： —液氣比，??； Q—標(biāo)況下煙氣量，； t1—漿液停留時(shí)間，s；一般t1為，本設(shè)計(jì)中取值為，則漿池容積為：選取漿池直徑等于或略大于噴淋塔D0，本設(shè)計(jì)中選取的漿料直徑為D0=3m，然后再根據(jù)V1計(jì)算漿池高度：式中：h0—漿池高度，m； V1—漿池容積，； D0—漿池直徑，m。從漿池液面到煙氣進(jìn)口底邊的高度為0.82m。本設(shè)計(jì)中取為1.2m。噴淋塔煙氣進(jìn)口高度設(shè)計(jì)：噴淋塔煙氣進(jìn)口高度，煙氣出口高度與進(jìn)口高度相同吸收塔高度：新鮮漿料的確定1mol1mol因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)一般鈣/硫?yàn)椋?.05：1.1，此處設(shè)計(jì)取為1.05則由平衡計(jì)算可得1h需消耗CaO的量為：3.5煙囪的設(shè)計(jì)3.5.1煙囪高度的確定首先確定共用一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定確定煙囪的高度.表2鍋爐煙囪的高度鍋爐房總裝機(jī)容量MW<0.70.7<1.41.4<2.82.8<77<1414<28t/h<11<22<44<1010<2020<40煙囪最低高度m202530354045由于所有鍋爐的總的蒸發(fā)量為45t/h,無法從表中查出，所以我假設(shè)選定煙囪高度為50m3.5.2煙囪直徑的計(jì)算煙囪出口內(nèi)徑可按下式計(jì)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3煙囪出口煙氣流速通風(fēng)方式運(yùn)行情況全負(fù)荷時(shí)最小負(fù)荷機(jī)械通風(fēng)10~204~5自然通風(fēng)6~82．5~3選定=4圓整取d=0.998m煙囪底部直徑式中——煙囪出口直徑，mH——煙囪高度，mi——煙囪錐度，取i=0.033.5.4煙囪的抽力 =212式中H——煙囪高度，m——外界空氣溫度，——煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，B——當(dāng)?shù)卮髿鈮?，取?biāo)準(zhǔn)大氣壓3.5.5煙囪高度校核假設(shè)吸收塔的吸收效率為：96%，可得排放煙氣中二氧化硫的濃度為：二氧化硫排放的排放速率：式中：—為一個(gè)常數(shù)，一般取，此處取0.7；H—煙囪有效源高；查國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)符合要求。3.6管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算3.6.1管徑的計(jì)算假設(shè)管道采用薄皮鋼管，管內(nèi)煙氣流速為則管道直徑為：式中：—160時(shí)的煙氣流量，；—煙氣流速，；1.2—修正系數(shù)代入相關(guān)值得：=0.57mm參照圓形通風(fēng)管道規(guī)格，取為，則實(shí)際煙氣流速為3.6.2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φ1400圓管L=9.5m3.6.3局部壓力損失(Pa)彎頭，式中ξ——異形管件的局部阻力系數(shù)可查到