SHP1025型锅炉高硫无烟煤烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计（可编辑） .doc

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1、SHP10-25型锅炉高硫无烟煤烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计 中北大学课 程 设 计 说 明 书 学生姓名:* 学 号:10040142* 学 院:化工与环境学院 专 业: 环境工程 题 目: SHP10-25型锅炉高硫无烟煤 烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计 指导教师: 罗俊丽 职称: 讲师 2013年6月17日中北大学 课程设计任务书 2012/2013 学年第二 学期 学 院: 化工与环境学院 专 业:环境工程 学 生 姓 名:*学 号:10040142* 课程设计题目: SHP10-25型锅炉高硫无烟煤 烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计 起 迄 日 期: 5月20日6月17日 课程设计地点:

2、环境工程专业实验室 指 导 教 师: 罗俊丽 系主任: 王海芳 下达任务书日期: 2013年5月20日课 程 设 计 任 务 书1.设计目的: 通过本课程设计,掌握大气污染控制工程课程要求的基本设计方法,掌握大气污染控制工程设计要点及其相关工程设计要点,具备初步的大气污染控制工程方案及设备的独立设计能力;培养环境工程专业学生综合运用所学的理论知识独立分析和解决大气污染控制工程实际问题的实践能力。2.设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):1.设计题目 SHP10-25型锅炉高硫无烟煤烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计2.设计原始资料 锅炉型号:SHP10-25 即,双锅筒横置式抛

3、煤机炉,蒸发量10t/h,出口蒸汽压力25MPa 设计耗煤量:1.25t/h 设计煤成分:CY76% HY2% OY4% NY1% SY3% AY10% WY4% ;VY=8% 属于高硫无烟煤 排烟温度:160 空气过剩系数=1.35 飞灰率=21% 烟气在锅炉出口前阻力750Pa 污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。 连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度100m,90弯头20个。3.设计内容及要求 (1)根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量,烟尘和二氧化硫浓度。 (2)净化系统设计方案的分析,包括净化设备的工作原理及特点;运行参数的选择与设计;净化

4、效率的影响因素等。 (3)除尘设备结构设计计算。 (4)脱硫设备结构设计计算。 (5)烟囱设计计算。 (6)管道系统设计,阻力计算,风机电机的选择。 (7)根据计算结果绘制设计图,系统图要标出设备、管件编号、并附明细表;除尘系统、脱硫设备平面、剖面布置图若干张,以解释清楚为宜,最少3张A4图,并包括系统流程图一张。3.设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书论文、图纸、实物样品等: 课程设计计算说明书一份,并按照规定格式打印装订; 课程设计所需若干图纸,要求作图规范,A4纸打印。课 程 设 计 任 务 书4.主要参考文献:1.郝吉明,马广大.大气污染控制工程.第二版.北京:高等教育出版

5、社,2002.2.黄学敏,张承中.大气污染控制工程实践教程.北京:高等教育出版社,2003.3.刘天齐.三废处理工程技术手册?废气卷.北京:化学工业出版社,1999.4.张殿印.除尘工程设计手册.北京:化学工业出版社,2003.5.童志权.工业废气净化与利用.北京:化学工业出版社,2003.6.周兴求,叶代启.环保设备设计手册?大气污染控制设备.北京:化学工业出版社,2003.7.罗辉.环保设备设计与应用.北京:高等教育出版社,2003.5.设计成果形式及要求:一、说明书装订顺序:说明书封面、任务书、目录、正文、参考文献、附图。二、说明书格式(1)用1 1.1 1.1.1做标题,标题左顶格,不

6、留空格。(2)一级标题3号宋体加黑;二级标题4号宋体加黑;三级标题小4号宋体加黑。(3)“目录”居中,用小4号宋体加黑,1.5倍行距。(4)正文小4号宋体,1.5倍行距。(5)“参考文献”标题格式同一级标题,内容格式同正文小4号宋体,1.5倍行距。 (6)页码排序从正文开始,用“第页”形式,居中。 三、设计图A4纸规范打印,包括图框、明细表,平面布置图中要有方位标志(指北针)。6.工作计划及进度: 2013年5月20日5月26日:领取课程设计任务书,明确课程设计的内容,查阅相关资料。 5月27日6月16日:设计计算、绘制相关图纸。 6月17日:打印装订设计说明书,答辩或成绩考核。系主任审查意见

7、: 签字: 年月日 SHP10-25型锅炉高硫无烟煤 烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计摘要:在SHP10-25型锅炉中燃烧高硫无烟煤产生的大气污染物含尘浓度为4160mg/m3,SO2的浓度为12200mg/m3,而烟气烟尘最高允许排放浓度为200mg/m3,SO2最高允许排放浓度为900mg/m3。因此,利用旋转气流在旋风除尘器中产生的离心力使尘粒从气流中分离,然后采用湿式石灰石/石灰法去除SO2,使高硫无烟煤燃烧产生的烟气被净化。本论文通过设计烟气除尘脱硫的工艺流程,并按照设计手册对相关构筑物的尺寸进行计算,按GB5468?91对锅炉出口的烟尘浓度、锅炉烟尘排放浓度、烟气黑度及有关参数进行测试

8、分析,确保达到锅炉大气污染物排放标准,避免造成环境污染。关键词:高硫无烟煤;旋风除尘;湿式脱硫;烟气净化目录1 前言12 烟气污染物排放量计算12.1 设计原始资料12.2 烟气体积及污染物排放量22.3 烟尘及SO2浓度33 净化系统设计方案分析33.1旋风除尘系统设计33.1.1 旋风除尘器的特点及工作原理33.1.2 运行参数的选择与设计53.1.3 除尘器净化效率的影响因素53.2 湿式石灰石/石灰法脱硫系统设计63.2.1 湿式石灰石/石灰法的工作原理及特点63.2.2 运行参数的选择和设计73.2.3 脱硫效率的影响因素84 除尘设备结构设计计算94.1 旋风除尘器的选型94.2

9、基本参数94.3 设计计算94.4 除尘设备校核115 脱硫设备结构设计计算115.1 喷淋塔内流量计算115.2 喷淋塔径计算115.3 喷淋塔高度计算125.4 脱硫设备校核136 烟囱设计计算136.1 烟气释放热计算146.2 烟囱直径的计算146.3 烟气抬升高度计算156.4 烟囱阻力计算156.5 烟囱高度校核157 管道系统设计167.1 管径的计算167.2 压力损失计算167.2.1 管道沿程阻力计算167.2.2 管道局部阻力计算177.2.3 总压力损失计算177.3 风机、电机的选择187.3.1 风机风量的计算187.3.2 风机风压的计算187.3.3 选用风机和

10、电机187.4 电动机功率核算198 结论198.1 除尘脱硫系统的主要设计参数198.1.1 旋风除尘器198.1.2 湿式脱硫系统208.1.3 烟囱设计218.1.4 管道系统218.2 气体净化效果分析218.3 方案设计评价22致谢23参考文献24附图25 1 前言中国的大气环境污染仍以煤烟型为主,主要污染物为颗粒物和SO2。大气污染物对人体健康、植物、器物和材料,及大气能见度和气候皆有重要影响。空气质量的日益恶化,使得对大气污染物排放及烟气净化处理要求更严格。大气的污染主要是由于燃料的不完全燃烧引起,高硫无烟煤因其固定碳含量高,挥发分产率低,密度大,硬度大,燃点高,燃烧时不冒烟等特

11、性,在其烟气中SO2含量高,烟尘产生量大。目前,针对该种烟气,除尘装置主要采用机械除尘器如重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器,还有电除尘器、袋式除尘器和湿式除尘气等。国内外在脱硫方面按照脱硫剂的形态可把烟气脱硫技术划分为湿法、干法和半干法。湿法脱硫采用碱性溶液等吸收剂吸收洗涤除去烟气中的SO2,主要技术有湿式石灰石法、镁法、钠法、海水法等。干法脱硫是采用粉状或颗粒状等吸收剂、吸附剂或者催化剂在无液相介入的完全干燥的状态下进行脱硫,主要是循环流化床法等。半干法烟气脱硫是在气、液、固三相中进行脱硫的,脱硫产物也是干粉状,主要有旋转喷雾干燥法、炉内喷钙尾部增湿活化法等。锅炉型号为SHP10?25即双

12、锅筒横置式抛煤机炉,在燃烧高硫无烟煤时选择采用烟气旋风除尘湿式脱硫系统。利用旋转气流在旋风除尘器中产生的离心力使尘粒从气流中分离。然后脱硫处理,湿式石灰石/石灰法烟气脱硫系统具有技术成熟;脱硫率高,可达95%以上;烟气处理量大;煤种适应性强;吸收剂利用率高,可超过90%等优点。该系统能够使高硫无烟煤燃烧产生的烟气能较大程度的被净化,从而达到大气污染物的排放标准,避免使大气造成污染。2 烟气污染物排放量计算2.1 设计原始资料锅炉型号:SHP10-25即双锅筒横置式抛煤机炉,蒸发量10t/h,出口蒸汽压力为25MPa。设计耗煤量:1.25t/h 。设计煤成分:CY76%;HY2%;OY4%;NY

13、1%;SY3%;AY10%;WY4%;VY=8%,属于高硫无烟煤。排烟温度:160。空气过剩系数=1.35。飞灰率=21%。 烟气在锅炉出口前阻力为750Pa。污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度100m,90弯头20个。2.2 烟气体积及污染物排放量以1kg高硫无烟煤燃烧为基础,燃烧情况如表2.1。 表2.1 燃烧情况表化学成分质量/g物质的量/mol理论空气量/mol理论烟气量/molC76063.3363.3363.33H201055O402.50-1.25N100.3600.36S300.940.940.94W4

14、02.2202.22所以理论需氧量为(63.33+5+0.94)mol/kg69.27 mol/kg煤。假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78,则1kg高硫无烟煤完全燃烧所需要的理论空气量为:即理论烟气量为:即空气过剩系数=1.35时,实际烟气量为:标准状况下,该锅炉产生的烟气流量为:温度为160时,实际烟气体积V烟为:该锅炉产生的烟气流量为:2.3 烟尘及SO2浓度烟气含尘浓度CA为:烟气中SO2的浓度CSO2为:3 净化系统设计方案分析3.1 旋风除尘系统设计3.1.1 旋风除尘器的特点及工作原理旋风除尘器是由进气管、排气管、圆筒体、圆锥体和灰斗组成。旋风除尘器结构简单,易于制造、安装和维护

15、管理,设备投资和操作费用都较低,已广泛用来从气流中分离固体和液体粒子,或从液体中分离固体粒子。在普通操作条件下,作用于粒子上的离心力是重力的52500倍,所以旋风除尘器的效率显著高于重力沉降室。在机械式除尘器中,旋风式除尘器是效率最高的一种。它适用于非黏性及非纤维性粉尘的去除,大多用来去除5m以上的粒子,并联的多管旋风除尘器装置对3m的粒子也具有8085%的除尘效率。选用耐高温、耐磨蚀和腐蚀的特种金属或陶瓷材料构造的旋风除尘器,可在温度高达1000,压力达500105Pa的条件下操作。从技术、经济诸方面考虑旋风除尘器压力损失控制范围一般为5002000Pa。因此,它属于中效除尘器,且可用于高温

16、烟气的净化,是应用广泛的一种除尘器,多应用于锅炉烟气除尘、多级除尘及预除尘。它的主要缺点是对细小尘粒(5m)的去除效率较低。旋风除尘器的工作原理是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离。当含尘气体由切向进气口进入旋风除尘器时,气流由直线运动变为圆周运动,旋转气流的绝大部分沿除尘器内壁呈螺旋形向下、朝向锥体流动,通常称此为外旋气流。含尘气体在旋转过程中产生离心力,将相对密度大于气体的粉尘粒子甩向除尘器壁面。粉尘粒子一旦与除尘器壁面接触,便失去径向惯性力而靠向下的动量和重力沿壁面下落,进入排灰管。旋转下降的外旋气流到达锥体时,因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。根据旋矩不变原理,其切向速度不断提

17、高,粉尘粒子所受离心力也不断加强。当气流到达锥体下端某一位置时,即以同样的旋转方向从除尘器中部由下反转向上,继续做螺旋形运动,构成内旋气流。最后净化气体经排气管排出,小部分未被捕集的粉尘粒子也随之排出。自进气管流入的另一小部分气体则向除尘器顶盖流动,然后沿排气管外侧向下流动。当到达排气管下端时,即反转向上、随上升的内旋气流一同从排气管排出。分散在这一部分气流中的粉尘粒子也随同被带走。普通旋风除尘器气流流动状态如图3.1所示。 图3.1 普通旋风除尘器的结构及内部气流3.1.2 运行参数的选择与设计根据相关资料及实际运行情况,本设计中烟气的入口速度取为V120m/s。根据国家相关规定及标准确灰分

18、风的最高允许排放浓度为200mg/m3。则本设中要求达到的除尘效率为:3.1.3 除尘器净化效率的影响因素影响除尘器性能的因素有:二次效应,比例尺寸,进口风速和烟尘的物理性质。二次效应:即被捕集的粒子重新进入气流。在较小粒径区间,应逸出的粒子由于聚集或被较大尘粒撞向壁面而脱离气旋气流被捕集实际效率高于理论效率。在较大粒径区间,由于粒子被反弹回气流或沉积的尘粒被重新吹起,应沉降入灰斗的尘粒随净化气流一起排走,实际效率低于理论效率。用环状雾化器在旋风除尘器内壁喷淋水,可有效地控制二次效应。比例尺寸:旋风除尘器各部件有一定的尺寸比例,比例变化影响除尘器的效率和压力损失。结构影响因素有入口形状,筒体直

19、径,排出管直径,筒体和锥体高度,排尘口直径和除尘器底部的严密性等。进口风速:提高旋风除尘器的进口风速,会使粉尘受到的离心力增大,分割粒径变小,除尘效率提高,烟气处理量增加。但入口风速过大,使除尘器阻力急剧加大,还会加剧粉尘的返混,导致除尘效率下降。烟尘的物理性质:增大烟尘中尘粒的真密度和粒径,除尘效率显著提高;进口含尘浓度增大,除尘器阻力下降,对效率影响不大;气体粘度增大和温度升高,使除尘效率提高。3.2 湿式石灰石/石灰法脱硫系统设计烟气脱硫方法可分为两类即抛弃法和再生法,抛弃法即在脱硫过程中将形成的固体产物废弃,这需要连续不断加入新鲜的化学吸收剂,而再生法是指反应过的吸收剂可连续的在一个封

20、闭系统中再生,再生后的脱硫剂和补充的新鲜吸收剂再回到脱硫系统循环使用。按照脱硫剂是否以溶液状态进行脱硫可分为湿法和干法脱硫。而现在使用最广泛的是湿式脱硫技术,燃用中高硫煤(含硫2%)机组、或大容量机组200M W 的电站锅炉建设烟气脱硫设施时,一般应优先采用湿式石灰石一石膏法工艺,脱硫率应保证在90 % 以上。本次课程设计就是高硫煤故用的是湿式石灰法。3.2.1 湿式石灰石/石灰法的工作原理及特点采用石灰/石灰石浆液吸收烟气中的SO2,分为吸收和氧化两个阶段。先吸收生成的亚硫酸钙,然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙即石膏。该方法的实际反应机理是很复杂的,目前还不能完全了解清楚。这个过程发生的反应如下。

21、 吸收:CaO+H2OCaOH2 CaCO3+ SO2+0.5H2OCaSO3?0.5H2O+CO2 CaSO3?0.5H2O + SO2+0.5H2O CaHSO3 2由于烟气中含有O2,因此吸收过程中会有氧化副反应发生。氧化:在氧化过程中,主要是将吸收过程中所生成的CaSO3?0.5H2O氧化称为CaSO4?2H2O:2CaSO3?0.5H2O + O2+3H2O 2CaSO4?2H2O由于在吸收过程中生成了部分CaHSO3 2,在氧化过程中,亚硫酸氢钙也被氧化,分解出少量的SO2:CaHSO3 2+0.5 O2+ H2O CaSO4?2H2O+ SO2湿式石灰法脱硫有以下优点:脱硫效率高

22、,吸收剂利用率高。湿式石灰石-石膏法脱硫工艺脱硫率高达95%以上,脱硫后的烟气不但SO2浓度很低,而且烟气含尘量也进一步减少。 适用于大容量机组,且可多机组配备一套脱硫装置。技术成熟,运行可靠性好。湿式石灰石?石膏法脱硫装置投入率一般可达95%以上,由于其发展历史长、技术成熟、运行经验多,因此不会因脱硫设备而影响锅炉的正常运行。对煤种变化的适应性强。无论是含硫量大于3%的高硫煤,还是含硫量低于1%的低硫煤,湿式石灰石/石灰?石膏法脱硫工艺都能适应。当锅炉煤种变化时,可以通过调节钙硫比、液气比等因子,以保证设计脱硫率的实现。吸收剂资源丰富,价格便宜。作为湿式石灰石-石膏法脱硫工艺吸收剂的石灰石,

23、在我国分布很广,资源丰富,石灰石品位也很好,碳酸钙含量在90%以上,优者可达95%以上。在脱硫工艺的各种吸收剂中,石灰石价格最便宜,破碎磨细也较简单,加之钙利用率高,有利于降低运行费用和推广应用。脱硫副产物便于综合利用。湿式石灰石-石膏法脱硫工艺的脱硫副产物为二水石膏。主要用途是建筑制品和水泥缓凝剂。脱硫副产物综合利用的开展,不但可以增加电厂效益、降低运行费用,而且可以减少脱硫副产物处置费用,延长灰场使用年限。缺点:设备腐蚀;易于结垢、堵塞;投资费用高;占地面积大,耗水量相对较大,有少量污水排放。3.2.2 运行参数的选择和设计1. 吸收反应时间t ,一般石灰系统的烟气脱硫时间为35s,取t4

24、s。2. 钙/硫为根据经验一般:1.051.1,取为1.05。3. 液气比根据经验取18 L/m3。4. 浆液的质量浓度为10%15%,取15%。5. 空塔流速一般为15m/s, 取4m/s。6. 烟囱出口烟气流速参数如表3.1所示。 表 3.1 烟囱出口烟气流速/(m/s) 通风方式运行情况 全负荷时 最小负荷 机械通风 10?20 4?5 自然通风 6?10 2.5?37. 烟囱椎角i通常取i 0.020.03,取i0.02。8. 摩擦阻力系数,可查手册得到实际中对金属管道值取0.02。9. 管道的局部阻力系数取,取0.29。3.2.3 脱硫效率的影响因素1 液气比:吸收液与吸收气体的体积

25、比即液气比(VL/VG)的大小是影响SO2去除的重要参数,增大VL/VG的作用是增大液气传质速率从而提高脱硫效率。2 吸收液pH值:吸收液的pH值是烟气脱硫重点控制的化学参数之一,吸收液的pH值越高,越有利于SO2的吸收,有利于提高脱硫效率。但高pH值容易造成系统结垢和堵塞,需增加冲洗的次数和能耗,因此需控制在适当水平。3 入口SO2浓度:脱硫效率与烟气入口SO2浓度近似成反比,当进口SO2浓度增大,脱硫效率呈直线下降。4 钙硫比:采用不同的钙硫质量比mCa/mS(0.61.6)来测试其对脱硫效率的影响。结果表明:随mCa/mS的增大,脱硫率增大。当mCa/mS1时,提供的吸收剂不能满足吸收烟

26、气中SO2的需要,这时脱硫率完全由吸收剂量所决定。当mCa/mS?1时,即加入的吸收剂过量时,脱硫率的增加速率降低,石灰利用率也下降。因此,为了提高系统的运行经济性及所需要的脱硫率,需控制mCa/mS在合理范围内(一般在1.051.1)。5 空塔流速(V):空塔流速的提高造成脱硫效率的下降。因为脱硫器采用逆流操作,空塔气速的提高使得液滴的停留时间延长,但是塔内反应为快速化学反应,停留时间越长,液滴内脱硫剂的浓度越低,造成液滴内的SO2质量流速的减小,从而造成单个液滴脱硫效率的下降。同时空塔流速增大,烟气在反应器中的停留时间缩短,减少了气、液间的接触时间,致使整个塔体的脱硫效率降低。6烟气温度(

27、T):随着烟气温度的增加,脱硫效率逐渐降低。这是由于随着温度的增大,气体分子之间的相对运动加快,使部分吸收质分子解析速度加大,从而导致脱硫效率的降低。可见在脱硫工艺过程中,适当的降低烟气温度有助于提高脱硫效率。4 除尘设备结构设计计算4.1 旋风除尘器的选型根据国家规定的粉尘排放标准、粉尘的性质、允许的阻力和制造条件、经济性合理选择旋风除尘器的形式,选用高效旋风除尘器。旋风除尘器的型号为XLP/B型。选择XLP/B型旋风除尘器的理由:(1)XLP/B型旋风除尘器是在一般旋风除尘器的基础上增设旁路式分离器的一种除尘器,阻力损失较小,特别对5m以上的粉尘有较高的除尘效率。(2)XLP/B型旋风除尘

28、器对5m以上的粉尘有较高的除尘效率,设计处理的烟气平均粒径为5m以上的颗粒占95%,基本满足了颗粒物得处理要求。(3)XLP/B型旋风除尘器一般压力损失在2000Pa以内,符合设计要求的压力损失。(4)XLP/B型在颗粒粒径大于5m以上时其分级除尘效率大于87.8%。4.2 基本参数风量Q17750m3/h,烟气温度T433K,烟气含尘浓度CA 4260mg/m3,标准状况下烟气密度为1.293kg/m3,经除尘装置后粉尘排放浓度为200mg/m3,压力损失不大于2000Pa。当选用XLP/B型旋风除尘器时,其局部阻力系数5.8。假设进口气速V120m/s。4.3 设计计算(1)根据上述数据,

29、本设计要求达到的除尘效率为:(2)433K时的烟气密度:(3)根据假设进口气速V120m/s,计算压力损失:故符合设计要求。(4)旋风除尘器其他部件的尺寸:进口截面积A:入口宽度b:入口高度h:筒体直径D:参考型号XLP/B?25.0的旋风除尘器,将筒体直径D修正为2500mm。排出管直径de: 筒体长度L: 锥体长度H:排灰口直径d1:4.4 除尘设备校核排烟温度下烟尘浓度为4260mg/m3,按旋风除尘器除尘效率为96%计,则烟尘的排放浓度为:查阅锅炉大气污染物排放标准GB13271-2001中2类区新建排污项目烟尘最高允许排放浓度为200mg/m3,因此经过旋风除尘器后,烟尘的排放浓度达

30、标。5 脱硫设备结构设计计算再热烟气温度大于75oC,烟气流速在15m/s,浆液Ph大于9,石灰/石灰石浆质量浓度在10%15%之间,液气比在825L/m3,气液反应时间35s,气流速度为4.0m/s,喷嘴出口流速10m/s,喷淋效率覆盖率200%300%,脱硫石膏含水率为40%60%,一般喷淋层为26层,烟气中SO2体积分数为4000/10-6。5.1 喷淋塔内流量计算假设喷淋塔内平均温度为80,压力为120KPa,则喷淋塔内烟气流量为:式中:QV?喷淋塔内烟气流量,m3/h; QS?标况下烟气流量,m3/h; K?除尘前漏气系数,00.1; 5.2 喷淋塔径计算依据石灰石烟气脱硫的操作条件

31、参数,可选择喷淋塔内烟气流速v4m/s,则喷淋塔截面A为:则塔径d为:取塔径D01500mm。5.3 喷淋塔高度计算喷淋塔可看做由三部分组成,分成为吸收区、除雾区和浆池。1吸收区高度:依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得,选择喷淋塔喷气液反应时间t4s,则喷淋塔的吸收区高度为:2 除雾区高度除雾器设计成两段。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最上层3.43.5m。则取除雾区高度为:H2 3.5m。3 浆池高度浆池容量V1按液气比浆液停留时间t1确定:式中: L/G?液气比,取18L/m3; Q?标况下烟气量,m3/h; t1?浆液停留时间,s;一般t1为4min8min,本设计中取

32、值为6min,则浆池容积为:选取浆池直径等于或略大于喷淋塔,本设计中选取的浆池直径D1为2.0m,然后再根据V1计算浆池高度:式中:h0?浆池高度,m; V1?浆池容积,m3; D1?浆池直径,m。从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.82m。本设计中取为1m。4 喷淋塔高度喷淋塔高度为:5.4 脱硫设备校核排烟温度下烟气中SO2的浓度12200mg/m3,按湿式石灰石/石灰法湿法烟气脱硫效率为95%计,则烟气中SO2的排放浓度为:查阅锅炉大气污染物排放标准GB13271?2001中2类区新建排污项目SO2最高允许排放浓度为900mg/m3,因此经过式石灰石/石灰法湿法烟气脱硫系统后,烟气中SO

33、2的排放浓度达标。6 烟囱设计计算具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量,且温度高于周围气温而产生一定浮力,所以可以上升至很高的高度。这相对增加了烟囱的几何高度,因此烟囱的有效高度为:H=HS+?H式中:H?烟囱的有效高度,m; HS?烟囱的几何高度,m; ?H?烟囱抬升高度,m。查阅锅炉大气污染物排放标准GB13271?2001中2类区新建排污项目,对于锅炉房装机总容量为10t/h,烟囱最低允许高度为40m,因此取HS50m。6.1 烟气释放热计算式中:QH ?烟气热释放率,kw; Pa ?大气压力,取邻近气象站年平均值; QV ?实际排烟量,m3 /s TS ?烟囱出口

34、处的烟气温度,433K; Ta ?环境大气温度,K;取环境大气温度293K,大气压力978.4kPa,则:?T TS-Ta=433-293140K6.2 烟囱直径的计算设烟气在烟囱内的流速为v20m/s,则烟囱平均截面积A为:则烟囱的平均直径d为:取烟囱直径为600mm,校核流速v得:烟囱底部直径:式中:H?烟囱高度,m i?烟囱椎角(通常取i 0.02?0.03),此处设计取i0.02。6.3 烟气抬升高度计算由QH1700kW,可得:式中:?H ?烟囱抬升高度,m; vS ?烟囱出口流速,15.45m/s; D ?烟囱出口内径,m; QH ?烟气热释放率,kw; ?烟囱出口处的平均风速,假

35、设3m/s。则烟囱有效高度:H=HS+?H 50+12.5062.50m6.4 烟囱阻力计算 烟囱亦采用钢管,其阻力可按下式计算:式中:?摩擦阻力系数,无量纲; v?管内烟气平均流速,m/s; ?烟气密度,kg/m3; l?管道长度,m; d?管道直径,m 。6.5 烟囱高度校核假设吸收塔的吸收效率为:95%,可得排放烟气中二氧化硫的浓度为:二氧化硫排放的排放速率:式中: ?为一个常数,一般取0.51,此处取0.7;国家环境空气质量二级标准日平均SO2的浓度为0.15mg/m3,所以设计符合要求。7 管道系统设计7.1 管径的计算管道采用薄皮钢管,管内烟气流速为v015m/s,则管道直径d为:

36、式中:Q?烟气流量,m3/h; v0?烟气流速,m/s;代入相关数值得: 结合实际情况,选用外径700mm,壁厚25mm的钢管,即内径为650mm则校核后实际烟气流速v0为:7.2 压力损失计算7.2.1 管道沿程阻力计算根据流体力学原理,空气在任何横截面形状不变的管道内流动时,摩擦阻力?Pm可用下式计算:式中:?摩擦阻力系数,无量纲; v?管内烟气平均流速,m/s; ?烟气密度,kg/m3; l?管道长度,100m; d?管道直径,m 。对于薄皮钢管,查阅相关资料的钢管的0.02。代入相关数值得:7.2.2 管道局部阻力计算烟气管道局部阻力可按下式计算:式中:n?弯头个数; ?局部阻力系数,

37、无量纲; ?烟气密度,kg/m3; v?管内烟气平均流速,m/s。在烟气管道中一般采用的是二中节二端节型90弯头,共20个,其局部阻力损失系数0.25,所以局部阻力为:7.2.3 总压力损失计算管道总压力损失为:由前述计算,烟气在旋风除尘器中压力损失为945.4Pa,在烟囱中的压力损失为202.65Pa。查相关资料,烟气在锅炉出口前的阻力为750Pa,脱硫设备的压力损失为880Pa。该除尘系统总的压力损失为:?P 出口前阻力+除尘器阻力+脱硫阻力+烟囱阻力+管道阻力 750+945.4+880+202.65+726.793504.84 Pa7.3 风机、电机的选择7.3.1 风机风量的计算式中

38、:1.1?风量备用系数; Q1?锅炉产生的烟气流量,17750m3/h;代入相关数值得: 7.3.2 风机风压的计算式中:1.2?风压备用系数; ?P?系统总阻力,3504.84Pa ;代入相关值得: 7.3.3 选用风机和电机根据上述计算的风量和风压,在通风机样本上选择Y9?38,NO.6.3D型锅炉离心通风机。Y9?38锅炉引风机是国内最新型的一种高效节能风机,它广泛适用于燃用各种煤质并配有除尘装置的(135t/h)工业锅炉配套而设计的。该风机具有效率高,高效区工作范围宽广,运行经济,平稳可靠,噪声低等优点。风机性能参数及选用件见表7.1。 表7.1 风机性能参数及选用件表机号传动方式主轴

39、转速rpm全压Pa流量m3/h配用电机型号功率kW6.3D2900552121470Y280M-2557.4 电动机功率核算电机的功率:式中:Ne?电机功率,kW; Qy?风机的总风量,m3/h; Py?风机的总风压,Pa; 1?通风机全压效率,一般为0.50.7,取0.6; 2?机械传动效率,对于直联传动为0.95; ?电动机备用系数,对引风机,1.3;代入相关数据得:配套电动机满足需要。8 结论8.1 除尘脱硫系统的主要设计参数8.1.1 旋风除尘器选择XLP/B型旋风除尘器,各部件尺寸整理如表8.1。 表8.1 旋风除尘器设计 尺寸名称 计算公式 尺寸(mm) 入口宽度b 351 入口高

40、度h 702 筒体直径D 3.33b 2337 参考型号XLP/B-25.0的旋风除尘器,将筒体直径D修正为2500mm 排出筒直径de 0.6D 1500 筒体长度L 1.7D 4250 椎体长度H 2.3D 5750 灰口直径d1 0.43D 10758.1.2 湿式脱硫系统采用石灰/石灰石浆液吸收烟气中的SO2,分为吸收和氧化两个阶段。先吸收生成的亚硫酸钙,然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙(即石膏)。选择使用喷淋塔,并安装除雾器,各部件尺寸整理如表8.2。表8.2 脱硫系统设计 名称 参数 喷淋塔内烟气流量QV(m3/h) 12829 烟气流速v(m/s) 4 塔径D0(mm) 1500 吸收

41、区高度H1(mm) 16 除雾区高度H2 m 3.5 浆池直径D1(m) 2.0 浆池高度h0(m) 6.41 喷淋塔高度Htm 25.918.1.3 烟囱设计烟囱直径为600mm,底部直径为2600mm,流速为15.45m/s,烟囱的几何高度为50m,抬升高度为12.50m,因此有效高度为62.50m。8.1.4 管道系统管内烟气流速为v014.86m/s,选用外径700mm,壁厚25mm的钢管,即内径为650mm。其中采用二中节二端节型90弯头,共20个,管道长度为100m。除尘系统总的压力损失为3504.84Pa。根据计算的风量和风压,在通风机样本上选择Y9?38,NO.6.3D型锅炉离

42、心通风机。配用电机的型号是Y280M?2功率为55kW。8.2 气体净化效果分析根据中华人民共和国国家标准锅炉烟尘测试方法GB5468?91 ,测定位置应尽量选择在垂直管段,并不宜靠近管道弯头及断面形状急剧变化的部位。测定位置应距弯头、接头、阀门和其他变径管的下游方向大于6倍直径处,和距上述部位的上游方向大于3倍直径处。在选定的测定位置上开测孔,在孔口接上直径dn为75mm,长度为30mm左右的短管,并装上丝堵,并确定测点位置和数目。确保鼓风、引风系统完整,调风门灵活、可调。除尘系统运行正常,不堵灰,不漏风,耐磨涂料不脱落。锅炉负荷的测定应采用流量孔板法,温度的测定,在一般情况下可只测定中心点

43、温度,测温仪器可采用工业用热电偶。烟气湿度的测定可采用干湿球法,干湿球法所用仪器为干湿球温度测量装置。烟气成分采用奥式气体分析仪或测氧仪测定。除尘器进、出口管道内气体压力的测定:测量仪器可采用校正后的标准皮托管或其他经过校正的非标准型皮托管 如S 型皮托管,配U型压力计或倾斜式压力计测定。烟尘浓度的测定采用等速采样过滤计重法。烟气黑度观测按林格曼烟气浓度图观测。测定烟气中二氧化硫用碘量法,烟气中的二氧化硫被氨基磺酸胺和硫酸铵混合液吸收,用碘标准溶液滴定。查阅锅炉大气污染物排放标准GB13271?2001中2类区新建排污项目烟尘最高允许排放浓度为200mg/m3,按旋风除尘器除尘效率为96%计,

44、则烟尘的排放浓度为,因此经过旋风除尘器后,烟尘的排放浓度达标。同时SO2最高允许排放浓度为900mg/m3,按湿式石灰石/石灰法湿法烟气脱硫效率为95%计,则烟气中SO2的排放浓度为,因此经过式石灰石/石灰法湿法烟气脱硫系统后,烟气中SO2的排放浓度达标。8.3 方案设计评价本设计严格依据我国国家标准进行除尘脱硫系统中各构筑物尺寸的计算,并且参照类似工程项目的运行实际情况进行设计,同时也综合了国内外在旋风除尘和石灰石灰石湿法脱硫方面多年的工程实践经验。因此,本系统在设计方面所得数据及方案是可靠的。在机械式除尘器中,旋风式除尘器是效率最高的一种。它适用于非黏性及非纤维性粉尘的去除,大多用来去除5m以上的粒子,并联的多管旋风除尘器装置对3m的粒子也具有8085%的除尘效率。湿式石灰石/石灰法烟气脱硫系统具有技术成熟;脱硫率高,可达95%以上;烟气处理量大;煤种适应性强;吸收剂利用率高,可超过90%等优点。总体而言,采用旋风除尘湿式脱硫处理高硫无烟煤锅炉烟气,工艺可行,处理效果稳定,具有除尘脱硫率高,净化效果好,投资省,运行费用低,排放烟尘和二氧化硫浓度达标,运行管理简单等特点,是一种适合我国火电厂等处的经济实用的烟气处理技术。致谢本论文是在罗俊丽老师的悉心指导下完成的。罗老师开阔的视野、活跃的科研思维、严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响,让