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1、南充市某燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统设计四川师范大学化学与材料科学学院环境工程专业20102011学年度第二学期期末大气污染控制工程课程设计姓名：秦超学号：2008080707日期：2011年八月二十日第一篇 设计说明书目录第一章项目概述21.1项目名称、厂址21.1.1项目名称2南充市城区某燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统设计21.1.2厂址21.2设计标准及规范21.3 设计要求31.4设计原则31.5 设计参数31.6项目所在外环境关系（附图1）4第二章工艺设计42.1 除尘脱硫工艺选择42.2工艺原理52.3工艺流程设计52.3.1脱硫剂配制系统62.3.2脱硫除尘工艺设备设计62.3.3废水
2、处理系统设计62.4烟气排放分析72.5系统安全性、可靠性设计82.5.1厂区管道、管架、管沟82.5.2维护检修与起吊设施82.5.3防腐82.5.4材料8第一章 项目概述1.1 项目名称、厂址1.1.1项目名称南充市城区某燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统设计1.1.2厂址南充市顺庆区西河路90号。1.2 设计标准及规范1中华人民共和国大气污染防治法；2中华人民共和国环境保护法（1989年）； 3中华人民共和国大气污染防治法（2000年4月修订）； 4中华人民共和国固体废弃物污染防治法（1995年）； 5中华人民共和国水污染防治法（1996年）； 6建设项目环境保护管理条例国务院令第 253 号（
3、1998年）； 7工业企业厂界噪声标准(GB12348)8锅炉大气污染物排放标准、GB13271-20019建筑结构荷载规范(GB50009)10建筑抗震设计规范(GB50011)11构筑物抗震设计规范(GB50191)12建筑设计防火规范GHJ16 (GB50016-2006)1.3 设计要求本项目为某锅炉房的烟气除尘脱硫系统。要求设计的净化系统效果好、操作方便、投资省，且出口烟气浓度达到锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准，即：烟尘排放浓度200mg/Nm3、SO2排放浓度900mg/Nm3。其他还应要符合下列要求： 一、应能有效地燃烧所采用的燃料； 二、应有较高
4、的热效率，并使锅炉的出力、台数和其他性能适应热负荷变化的需要； 三、应有利于环境保护； 四、应使基建投资和运行管理费用较低； 五、宜选用容量和燃烧设备相同的锅炉，当选用不同容量和不同类型的锅炉时，其容量和类型不宜超过两种。1.4设计原则一项目的建设，严格遵守国家有关的法律、法规，严格执行国家保护环境、节约土地、劳动保护、安全卫生等有关方面的规定。二贯彻建设安全可靠、经济实用、符合国情、节能降耗的指导方针，精心设计，使建造方案经济合理、可用率高。三坚持专业化协作和社会化服务的原则，合理确定配套工程项目，提高运营管理水平，降低运营成本。1.5 设计参数锅炉型号：XL-4型，共1台锅炉设备的主要参数
5、额定蒸发量主蒸汽压力主蒸汽温度燃煤量排烟量排烟温度（t/h）（MPa）（）（t/h）（m3/h）（）2209.8154036.4440000140150设计耗煤量：650kg/h(台)排烟温度：160标准状态下烟气密度：1.3kg/m空气过剩系数：=1.4排烟中飞灰占煤中不可燃烧成分的比例：14%烟气在锅炉出口前阻力：800Pa当地大气压：97.86kPa冬季室外空气温度：0标准状态下空气含水按0.01293kg/m烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值： CY=68% HY=4% SY =1% OY=5% NY=1% WY=6% AY=15% VY=13% 按锅炉大气污染物排放标准（GB 13
6、271-2001）中二类区标准执行。 标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m 标准状态下二氧化硫排放标准：900mg/m 净化系统布置场地为锅炉房北侧15m以内。标准状态下实际烟气量Q=1350 (m3/h) （学号7）1.6项目所在地城市概况四川乃“天府之国”，物华天宝，人文风流，生活环境宜人，南充，古老嘉陵江畔的明珠，闻名遐迩的丝绸之乡，久负盛名的水果之州。南充是已有建城2200年悠久历史的文化名城，四川省八大中心城市之一，享有川北心脏之称。南充交通方便，达成铁路横贯东西，民用机场天天通航，两条国家级光缆和微波干线穿境而过。南充是川东北重要的物资商品集散地和四川内陆的交通、通讯枢纽。是
7、长江三峡经济区的重要组成部分，国家对外开放的重要口岸。南充市位于典型的中亚热带湿润季风气候区，具有四川盆地底部共同的气候特征：四季分明，冬暖、春早、夏热、秋雨、多云雾。但若和盆底南部长江河谷地带相比，又有气温偏低、暴雨较多的差异。若和川西平原相比，又有气温偏高，春雨比重大的区别。夏季多吹偏南风，气候炎热，降水集中。全市各地平均气温差别不大，年均温15.8-17.8，一月均温5-6.9，七月均温26-28。南充全市年降水量在980-1150毫米之间，大致由西南向东北递减。降水季节分配不均，夏季约占全年的45%，秋季约占25%，冬季约占5%，春季约占25%，降水变率较大。南充市地形以浅丘为主，全市
8、地势可分为北部低山区和南部丘陵区两大地貌单元。地貌由北向南缓倾，海拔高度256889米。地貌类型以丘陵为主，浅丘带坝、中丘中谷、高丘低山类型地貌各占三分之一。1.7项目所在外环境关系（附图1）第二章 工艺设计2.1 除尘脱硫工艺选择目前, 世界上烟气脱硫工艺有上百种, 但具有实用价值的工艺仅十几种。根据脱硫反应物和脱硫产物的存在状态可将其分为湿法、干法和半干法3 种。湿法脱硫工艺利用广泛, 占世界总量的85.0%, 其中石灰石膏法技巧成熟, 尤其对中、小锅炉烟气脱硫来说, 具有投资较少, 运行用度低等长处, 非常合适我国的国情。脱硫除尘工艺比较选择如表1所示：表1脱硫工艺湿法半干法干法石灰石石
9、膏法钠法双碱法氧化镁法氨法海水法喷雾干燥炉内喷钙循环流化床等离子体脱硫效率/%90989098909890989098709070856075609090可靠性高高高高一般高一般一般高高结垢易结垢不结垢不结垢不结垢不结垢不结垢易结垢易易不结垢堵塞堵塞堵塞不堵塞不堵塞不堵塞不堵塞堵塞堵塞堵塞不堵塞占地面积大小中小大中中中中中运行费用高很高一般低高低一般一般一般一般投资大小较小小大较小较小小较小大通过对脱硫除尘工艺湿法、半干法、干法的对比分析: 一来，石灰石膏法的脱硫效率普遍可以达到70%以上；二来，石灰石膏法脱硫设备的投资及运行成本费用较低，与氨法脱硫相比可以节约相当一部分资金；三来，脱硫副产品
10、石膏，可综合利用。2.2工艺原理在水中，气相SO2被吸收并经下列反应离解：SO2(气)+H2OSO2(液) +H2O SO2(液)+H2OH+HSO3-2H+SO32- 由于H+被OH-中生成H2O使得这一平衡向右进行，OH-离子是由水中溶解的石灰石形成的，且鼓入得气体可将生成的CO2带走。 CaCO3Ca2+CO32- CO32-+H2OOH-+HCO3-2OH-+CO2(液) CO2(液) +H2OCO2(气) +H2O 鼓入的空气也可用来氧化HSO3-和SO32-离子，最后生成石膏沉淀物。 HSO3-+1/2O2SO42-+H+ , SO32-+1/2O2SO42-+Ca2+CaSO42
11、.3工艺流程设计烟气脱硫除尘工艺可分为脱硫剂配制系统、烟气脱硫除尘系统和循环水系统三大部分。每台锅炉配备1台旋流板塔,锅炉烟气从烟道切向进入文丘里而后高速进入主塔底部,在塔内螺旋上升中与沿塔下流的脱硫液接触,进行脱硫除尘,经脱水板除雾后,由引风机抽出排空。脱硫液从旋流板塔上部进入,在旋流板上被气流吹散,进行气液两相的接触,完成脱硫除尘器后从塔底流出,通过明渠流到综合循环池。2.3.1脱硫剂配制系统脱硫剂石灰液的制备系统主要由石灰石，灰斗、螺旋给料机、乳液贮槽、搅拌机、乳液泵等组成。2.3.2脱硫除尘工艺设备设计来自锅炉的含尘烟气首先进入文丘里管,进行初级喷雾降尘脱硫处理,而后以1522m/s的
12、流速切向进入旋流板塔筒体,首先通过离心力的作用,烟气中的大颗粒被甩向塔壁,并被自上而下流动的吸收液捕集。当烟气高速通过旋流塔板时,叶片上的吸收液被吹成很小的雾滴,尘粒、吸收液和雾滴相互之间在碰撞、拦截、布朗运动等机理的作用下,粒子间发生碰撞,粒径不断增大。同时高温烟气向液体传热时,尘粒被降温,使水汽凝结在粒子表面,粒子质量也随之增大,在旋流塔板的导向作用下,旋转运动加剧,产生强大的离心力,粉尘很容易从烟气中脱离出来被甩向塔壁,在重力作用下流向塔底,实现气固分离。对于烟气中那些微细尘粒,在通过一级塔板后不可能全部被捕集,还有一定数量的尘粒逸出,当其通过多层塔板后,微细尘粒凝并,质量不断增大后被捕
13、集、分离,从而达到最佳除尘效果。1)文丘里管:文丘里管由满缩管、吼管和扩张管三部分组成。2)旋流板塔:脱硫除尘塔(旋流板塔)塔体采用麻石砌筑,主塔平台、支架、梯子等为碳钢,塔内件包括喷头、旋流板、脱水器、检修孔、支架、接管,这些物件均采用316L不锈钢材质,以确保整套装置的使用寿命。设备外径为2540 mm (塔壁厚220mm) ,高度为17000mm。3)副塔:塔体采用麻石砌筑,主塔平台、支架、梯子等为碳钢,塔内包括一层脱水器,增加脱水效果。设备外径为2000mm (塔壁厚200mm) ,高度为17000mm。4）石灰乳泵：脱硫石灰乳泵采用无堵塞离心泵，把脱硫碱液送给各层喷淋层喷嘴。 每台脱
14、硫泵入口安装滤网，材质满足防腐要求。泵体及过流界面材质均耐腐耐磨，采用专用脱硫泵（最好选用变频泵）2.3.3废水处理系统设计脱硫废水产生量较小,约0.5t/h, pH在67之间,主要含SO3, MgSO4和固体悬浮物等,建议将其汇入工厂原有沉淀池污水处理系统一并处理。2.4烟气排放分析经湿法脱硫洗涤净化后的冷烟气经脱水器脱水后,温度降至露点以下,通常为5060,所含水蒸气已近饱和,极易结露,对后续烟道腐蚀性较大,采用蒸汽再热器提高烟气扩散温度(80)后经烟囱排放。通过对锅炉烟气污染物净化,最终排放烟气中污染物浓度预计为:烟尘140mg/m3, SO2450mg/m3。工艺流程如图所示：工艺流程
15、示意图2.5系统安全性、可靠性设计2.5.1厂区管道、管架、管沟 各系统的工艺管道均通过管架布置，在通过道路的地方设置桁架。吸收塔区域设管沟，把吸收混合液管道的冲洗、排放等混合液收集至事故污水池。 2.5.2维护检修与起吊设施吸收塔设置楼梯，可到达吸收塔的相关平台；在各烟气挡板门旁边分别设置一楼梯，以方便对挡板门进行检修和运行维护。2.5.3防腐工程管线材质据介质酸碱度及耐磨要求定。所有酸碱管线、加药管线采用耐腐蚀的PPR管，其它工艺管线采用普通碳钢管道。对于品质要求较高的仪用压缩空气管道采用不锈钢钢管。吸收塔采用玻璃鳞片进行防腐，吸收塔内件采用相应的防腐材质，如：加强型玻璃钢、氯丁基橡胶、不
16、锈钢等。其他箱罐采用玻璃钢进行防腐。 烟道据不同位置及湿度、酸碱度等情况综合进行防腐和耐磨处理。吸收塔后净烟道采用低温玻璃鳞片防腐；旁路烟道采用高温玻璃鳞片防腐。 脱硫系统露天布置的设备、管道、阀门均采用外表面涂刷油漆防腐。 为了防止腐蚀，对不保温和介质温度低于120保温的设备、管道及其附件、支吊架、平台扶梯进行油漆。室外部分采防酸油漆。2.5.4材料材料的选择本着经济、适用、满足脱硫特定工艺要求进行，选择具有较长使用寿命的材料。（1）、金属材料:金属材料以碳钢材料为主。对金属材料表面可能接触腐蚀性介质的区域，应根据脱硫工艺不同部位的实际情况，衬抗腐蚀性和磨损性强的非金属材料。当以金属材料作为
17、承压部件，衬非金属材料作为防腐部件时，充分考虑非金属材料与金属材料之间的粘结强度。同时，承压部件的自身设计应确保非金属材料能够长期稳定地附着在承压部件上。（2）、非金属材料:非金属材料主要选用玻璃鳞片树脂、玻璃钢、塑料、氯丁基橡胶类等产品用于防腐蚀和磨损。第二篇 设计计算书一燃煤锅炉排烟含尘浓度及二氧化硫浓度的计算标准状态下实际烟气量Q=1350 (m3/h)1.1烟气含尘浓度式中 dsh排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数； AY煤中不可燃成分的含量；本设计取0.15. Qs标准状态下实际烟气量，m/kg。本设计取10.25. 1.2烟气中二氧化硫浓度式中S-煤中硫的质量分数，取0.98%
18、-标准状态下燃煤产生的实际烟气量,() 二除尘器选择2.1除尘效率=90.25%式中C-标准状态下烟气含尘浓度, -标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值, 2.2除尘器选择工作状况下烟气流量 =2141式中Q-标准状态下烟气流量, -工况下烟气温度,KT-标准状态下温度,273K则烟气流速为采用SDC-H-35型袋式除尘器，其主要性能如下表所示：型号气室数处理烟气量/(m/h)除尘效率/%过滤面积m设备阻力/Pa外形尺寸SDC-H-35 52016604895-983580012002160*1060*3242三确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置。并计算各管道 的管径、长度、烟囱高度和出口内
19、径以及系统总阻力3.1各装置及管道布置的原则根据锅炉运行情况现场的实际情况确定各装置的位置。一旦确定各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了。对各装置及管道的布置应力求简单，紧凑，管路短，占地面积，并使安装，操作方便。3.2管径的确定 （m）式中：Q工况下管内烟气流量，m3/s； v烟气流速，m/s，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘v1015m/s）。本设计取10 m/s管径计算出以后，要进行圆整（查手册），再用圆整后的管径计算出实际烟气流速。实际烟气流速要符合要求。取整D=300mm风道直径规格表外径D/mm钢制板风管外径允许偏差值/mm厚度/mm300113.3烟囱的设计3.3.1烟囱高
20、度的确定首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总蒸发量（t/h）,然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定确定烟囱的高度。锅炉烟囱高度表锅炉房装机总容量MW0.70.71.41.42.82.877141428t/h1122441010202040烟囱最低允许高度m202530354045锅炉总的蒸发量：12.2=2.2MW 则烟囱高度为30m3.3.2烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算：Q通过烟囱的总烟气量，按表中选取的烟囱出口烟气流速，。烟囱出口烟气流速 通风方式 运 行 情 况全负荷时 最小负荷 机械通风 1020 45 自然通风 68 253选定=4则 圆整取d=0.4m烟囱底部直径式中烟囱
21、出口直径，mH烟囱高度，mi烟囱锥度，取 i=0.023.3.3烟囱的抽力 =136.5式中 H烟囱高度，m外界空气温度，烟囱内烟气平均温度，B当地大气压，3.4系统阻力的计算3.4.1摩擦压力损失对于圆管： （Pa）式中：L管道长度，m；d管道直径，m； 烟气密度，kg/m3；u管中气流平均速率，m/s；摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度的函数。可以查手册得到（实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌和混凝土管道值可取0.04）。L=120+1700+9 00+3000+3000+3000=11720mm11.7m3.4.2局部压力损失 （Pa）式中：异形管件的局部阻力系数，可在有
22、关手册中查到，或通过实验获得；u与相对应的断面平均气流速率，m/s；烟气密度，kg/m3。 90弯管进气管部分局部阻力损失：a) =0.1（取=45，=8.35m/s）b)两个90的弯管 =0.23 T型三通管出气管部分压力损失：三通管 =0.78 对于T形合流三通管 =0.55 3）系统总阻力：（其中锅炉前阻力为800Pa,除尘器阻力为1200Pa）四风机和电动机选择及计算4.1风机风量的计算 （m3/h）式中：K1考虑系数漏风所附加的安全系数。一般管道取K=0.1；除尘管道取K=0.10.15；Q标准状态下风机前标态下风量，m3/h；tp风机前烟气温度，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度
23、；P当地大气压力，kPa。4.2风机风压的计算（Pa）式中：K2考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数。一般管道取K=0.10.15，除尘管道取K=0.10.2； h系统总阻力，Pa；Sy烟囱抽力，Pa；0、p0、T0风机性能表中给出的标准状态的空气密度、压力、温度。一般说，p0=101.3kPa，对于引风机T0=200，0=0.745kg/m3。、p、T运行工况下进入风机时的空气密度、压力、温度。=0计算出风机风量Qy和风机风压py后，可按风机产品样本给出的性能曲线或表格选择风机的型号。从计算数据看， h， 选用Y100L-2H35型号A类传动方式风机。其转速2900r/min它的
24、处理风量在29305048m3/h之间，全压为19782472Pa，符合设计条件，能够高效率运转。4.3电动机功率的计算 （kw）式中：Qy风机风量，m3/h； py风机风压，Pa； 1风机在全压头时的效率（一般风机为0.6，高效风机约为0.9）； 2机械传动效率，当风机与电动机直联传动时21，用连轴器时20.950.98，用V形带传动时20.95； 电动机备用系数。对引风机，1.3。根据电动机的功率，风机的转速，传动方式选择电动机型号。根据电动机的功率，风机的转速，传动方式选择电动机型号，则选择Y112M-2型号的电动机。参考文献：大气污染控制工程 郝吉明，马广大主编 高等教育出版社工业锅炉除尘设备 国家环保局支持 中国环境科学出版社除尘设备设计 化工设备设计全书编辑委员会编著 上海科学技术出版社锅炉房工艺与设备 刘新旺主编 科学出版社出版社 环保设备原理设计与应用 郑铭主编，陈万金副主编； 化学工业出版社环保工作者实用手册 杨丽芬，李友琥主编 科学出版社大气污染控制工程 王丽萍主编 煤炭工业出版石灰石法脱硫系统图
