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1、大气污染控制工程课程设计 学校:陕西理工学院 院系:化学与环境科学学院 专业:环境科学 班级:环科081班 学号:0810044008 姓名: 锅炉房烟气除尘系统设计屈亮荣(陕理工化学院环境科学081班,陕西 汉中723001)指导老师:李琛【摘要】人类不仅能适应自然环境，而且还能开发利用自然资源，改造自然环境。随着人们生活水平的日益提高，工农业排放大量的有毒有害物质，由此产生了对环境有危害的固体废物、污水、废气等。大气污染随着产业革命的兴起，现代工业的发展，城市人口密集，煤炭和石油燃料的迅猛增长产生的，目前，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。而大气污染可以
2、说主要是人类活动造成的，大气污染对人体的舒适、健康的危害包括对人体的正常生活和生理的影响，大气污染已经直接影响到人们的身体健康。大气污染物只要分为颗粒态污染物和气太污染物。贵州省拥有丰富的煤炭资源，因此燃煤在工业与生活中均占有重要的地位。由电厂燃煤、锅炉取暖燃煤、生活取暖燃煤等造成的大气颗粒物污染非常严重。因此对于燃煤烟气除尘系统的优化设计尤为重要。故我们将用科学的方法选用合适的装置设计脱硫除尘系统。【关键字】大气污染 颗粒物 SO2 袋式除尘器一设计原始资料1.锅炉设备数量：2台燃煤量：（0.8t/h）空气及烟气参数（标准状况）：空气含水：0.013Kg/m3烟气密度：1.34Kg/m3排烟
3、温度：150oC当地大气压力：98KPa烟气在锅炉出口前阻力：799Pa空气过剩系数：1.4飞灰占煤中不可燃成分比例：0.152.煤的工业及元素分析值：C=0.75; H=0.04; O=0.04; S=0.02; N=0.01: A=0.14，3、此锅炉大气污染物排放按GB13271-2001中的二类区二时段标准执行：烟尘浓度排放标准（标准状况）200mg/m3SO2浓度排放标准（标准状况）900mg/m34.脱硫除尘系统布置在锅炉房北侧15米内 二、 除尘设计2.1燃煤锅炉排烟量及烟尘和SO2浓度的计算 （1）煤成分分析及计算：以1000g为标准成分 质量/g 物质的量 /mol 产物物质
4、的量/mol 表一 设计参数值C75062.5CO2 62.562.5S200.625SO2 0.6250.625H4040H2O 2010O402.5O2 1.25 -1.25N100.7143N2 0.35710A140消耗O2物质的量=13320m3/h（2）标准状态下理论需氧量为：62.5+0.625+10-1.25=71.875mol/Kg煤 标准状态下理论空气量为：71.8754.78=343.5625mN/Kg煤 即：Vao=343.562522.4/1000=7.6958mN3/Kg煤 （3）标准状态下理论烟气量为： 62.5+0.625+(20+0.0137.69581000
5、/18)+(71.8753.78+0.3571)=335.1696mol/Kg煤 即：Vfg0=335.169622.4/1000=7.5078mN3/Kg煤 （4）标准状态下实际烟气量为：Vfg=Vfg0+Va0(-1)=8.019+7.5078(1.4-1)=11.10mN3/Kg煤（5）标准状态下锅炉烟气流量Q；单位：m3/hQ=Vfg设计燃煤量 =11.106002（6） 标准状态下烟气含尘浓度： C=mA/Vfg =1900.151000/11.1 =2568mg/mN3mA飞灰的质量；Vfg标准状态下实际烟气量(7)标准状态下烟气含SO2浓度计算： CSO2=mSO2/Vfg =0
6、.625641000/11.1 =3604 mg/mN3mSO2烟气中二氧化硫的质量；Vfg标准状态下实际烟气量2.2除尘效果：（1）除尘效率：颗粒=1-Cs/C =1-200/2568 =0.9221脱硫效率：SO2=1-900/3604 =0.2503 （2）除尘器工作状况工况下的烟气流量Q1=QTsP/(TPs)=13320(273.15+150)x101.325/(273.15 ) =21335m3/h烟气 流速为Q/3600=21335/3600=5.926m3/s 选择：脉冲袋式除尘器、文丘里洗涤器脱硫烟囱：（1）因为资料不足，无法计算。取50m （2）烟囱直径的计算a.烟囱出口直
7、径：d=0.0188(Q/)1/2 Q 工作状态下通过烟囱的烟气流量，单位：m3/h 按表二选取的烟囱出口烟气流速，单位：m/s表二 烟囱出口烟气流速通风方式 运行情况 全负荷m/m 最小负荷m/s机械通风 1020 45自然通风 68 2.5 3选定=4m/s d=0.0188(21335/4)1/2 1.38m圆整取1.4m b.烟囱底部直径 d1=d+2iH d1=1.38+20.0250 =2.76md烟囱出口直径，单位：mH烟囱高度，单位：mi烟囱锥度，取i=0.02圆整取2.8m（3）烟囱抽力 Sy=0.0342H1/(273+tk)-1/(273+tp)P =0.0342501/
8、(273+20)-1/(273+150)98103 =176PaH烟囱高度，单位：mtk外界空气温度，单位：oCtp烟囱内烟气平均温度，单位：oCP当地大气压，单位：Pa2.3烟气流通管道的计算：单位：（1）管径的确定 d=4Q/(v)1/2 = 45.926/(10) 2 =0.869mQ 工作状态下管道内的烟气流量，单位：m3/s v 取烟气流速=10m/s圆整并选取管道如下表表三 钢管规格选择内径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm8701100（2）烟气流速核算由 d=4Q/(v)1/2 计算出 v=4Q/(d1/2) =45.926/(3.140.872) =9.98m/s
9、 （1）过滤面积：A=Q1/(60vf) =21335/(60x3) =118.6m2Vf=2.04.0m/min（2）滤袋尺寸：d=120mm； l=6000mm（3） 每条滤袋面积： a=dl =120600010-6 =2.26m2（4）滤袋条数：n=A/a =118.6/2.26 =45.6 48条（5）滤袋布置：（A）a.滤袋分组：4； b.每组12条 c.组于组之间的距离：750mm（B）组内相邻滤袋间距：70mm（C）滤袋与外壳的间距：210mm（6）喷吹管上喷吹孔距离：150mm喷吹管直径：140mm（7）脉冲喷吹耗用压缩空气量：V=nV0/T=1.5500.001/1 =0.
10、075/m3 n滤袋总数，条；T脉冲周期，min；安全系数；V0 每条滤袋喷吹一次好用的压缩空气量(喷吹压力6atm)。注：每次喷吹时间为0.2秒、喷吹气速为50m/s（8）除尘器尺寸：长：2102+706+750+1208=2550mm 宽：2102+704+750+1206=2170mm底面积：2550217010-6=5.5335 高：H1+H2 +H3=6+3+0.5=9.5m H1l=6mH2分灰斗高H3附件高度（9）卸灰斗的设计计算：（A）煤灰产量：m粉尘=25681332010-6=34.2Kg/h V粉尘=m粉尘/0.7=34.2/0.7=48.9m3/h粉尘密度：0.7Kg/
11、m3（B）清灰周期：0.5h（C）清灰时间：3min（D）灰斗总体积：V=48.90.524.45m3 假设灰斗数量：2灰斗上底面积：2550108510-6=2.8分灰斗高：3m下底面积：1.4 分灰斗的体积：3(2.82+1.42+2.81.4/3=13.72 m3（E）灰斗数量 ：5.5335/2.8 2；验算24.45/13.72 2(数据可取) 2.5.袋式除尘器的压力损失：阻力选择981-1170Pa.2.6.系统阻力计算（1）烟气流通管道（A）摩擦压力损失PL=Lcv2/(2d)L管道长度，单位：m摩擦阻力系数c烟气密度，单位：Kg/m3v管中气流平均速率d管道直径，单位：m对于
12、870圆管 L=10mc=cn273/(273+150) =1.34273/(273+150) =0.86Kg/m3PL=0.02100.869.982/(20.87)=9.85Pa（B）局部压力损失 P=cv2/2管件的局部阻力系数(可查于化工原理) v与对应断面平均速率 c烟气密度，单位：Kg/m3 a.T形合流三通管 =0.55 P=0.550.869.982/2 =23.6Pa b. 除尘器进气管 渐缩管的计算： 450时，=0.1 取 = 450 V=9.982 P=0.10.869.982/2 =4.3Pa 450弯头的计算 =0.35 P=0.350.869.982/2 =15.
13、0Pa 渐扩管的计算 =300 =0.19 P=0.190.869.982/2 =8.14Pa c. 除尘器出气管渐扩管的计算 =300 =0.19 P=0.190.869.982/2 =8.14Pa 两个 900弯头的计算 = 0.75 P=0.750.869.982/2 =32.12Pa系统总阻力(其中烟气在锅炉出口前阻力：799Pa，除尘器阻力1100Pa)P=9.85+23.6+4.3+15+8.4+8.4+32.12+7992+1100 =2798.67Pa三、方案比较及脱硫设计方案一：袋式除尘器袋式除尘器是一种干式高效除尘器，可用于净化粒径d的尘土气体。除尘效率可达99%以上，它是
14、最古老的除尘方法之一。（1） 袋式除尘器的优点 袋式除尘器对净化含尘微粒和亚微粒数量级的粉尘粒子的气体效率较高，一般可达99%，甚至达到99.9%以上。 袋式除尘器可以捕集多种干式粉尘，特别是高比电阻粉尘，采用袋式除尘器要比用电除尘器的净化效率高得多。 含尘气体浓度在相当大的范围内变化对袋式除尘器的效率和阻力影响不大。 袋式除尘器可以设计制造成适应不同气量的含尘气体的要求，除尘器的处理量可以从110/h。 袋式除尘器也可以做成小型的，安装在散尘设备上或散尘设备附近，也可以安装在车上做成移动式袋式过滤器，这种小巧、灵活的袋式除尘器特别适用于分散尘源的除尘。 袋式除尘器运行性能稳定可靠，没有污泥处
15、理和腐蚀等问题，操作维护简单。（2） 袋式除尘器的缺点 袋式除尘器的应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能影响。目前常用的滤料可耐250左右高温，如采用特别滤料处理高温含尘烟气，将会增大投资费用。 不适于净化含粘结和吸湿性强的含尘气体。用袋式除尘器净化烟尘是的温度不能低于零点温度，否则将会产生结露，堵塞布袋滤料的空隙。 据初步统计，用袋式除尘器净化大于17000含尘气量的投资费用要比电除尘器高，而净化小于17000含尘烟气时投资费用要比电除尘器省。方案二：电除尘器电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装置。电除尘器与其他除尘器的根本区别在于：除尘过程的分离力（主要是静电力）直接作
16、用在粒子上，而不是作用在整个气流上。电除尘器的特点 收集效率高：静电除尘装置可以很方便的通过加长电场长度达到99%以上的除尘效率。静电除尘器装置还有一个出色的特征，就是收集效率可长期稳定保持不变，这是其他除尘器比不上的。只有袋式除尘器例外，但袋式除尘器需要经常更换滤袋，才能保持良好的收尘效率。 烟气阻力小，总的能耗低，电除尘器的能耗主要是由烟气阻力损失、供电装置、电加热保温和震打电机等能耗组成。由于总的能耗低，有很少更换易损件，所以运行费用比袋式除尘器、文丘里除尘器等要小得多。 适用范围广：电除尘器可捕集粒径小于的粒子，300400的高温烟气。湿式静电除尘器不仅可以除尘，还可除去烟气中的水雾和
17、酸雾。这种综合性的能力为用户提供了方便。当烟气的各项参数发生一定范围内波动时，电除尘器仍然保持良好的捕集性能。对于高比电阻和低比电阻粉尘的烟尘来说，需要采取烟气调节，但总的看来这种情况不多，绝大多数的烟气净化都可采用电除尘器。 可处理大容量烟气：电除尘器易模块化，因此可以很方便地实现装置的大型化。目前单台电除尘器处理气量已达，这样大的气量用袋式除尘器或旋风除尘器来处理是很难想像的，即使勉强做到也不经济。 捕集到的粉尘干燥：因为粉尘以干燥的形态被捕集，有利于粉尘的输送和再利用，也没二次污染。 维护保养简单：电除尘器如果品种规格选的恰当，又有良好的制造安装质量，日常的维护保养量是很少的。电除尘器的
18、操作运行以全部实现自动化，实现了智能化即自动选择瞬时最佳运行方式。 一次投资大：电除尘器和其他除尘器相比结构较复杂，耗用钢材比较多，每个电场需配用一套高压电源及控制设备，因此价格较大。但是静电除尘装置设备费用加上35年的运行费用比大多数其他除尘设备的要低。方案三：文丘里除尘器含尘气体由烟气进口引入，首先进入麻石文氏管，文氏管是一个缩放管，在文氏管喉部入口处喷入的压力水呈雾状布满整个喉部，烟气流经文氏管的渐缩管时由于流道的缩小，速度逐渐增大，到达喉部时速度达到最大。因此当烟气流到喉部是，烟气中高速运动的尘粒冲破水滴周围的气膜而被吸附在水滴上凝聚成大颗粒的液滴随烟气一起进入麻石水膜除尘器进行第二次
19、分离。液滴与烟气一起由麻石水膜除尘器切向或蜗向引入，然后沿筒体螺旋上升，液滴与尘粒在离心力的作用下被甩向筒体内壁自上而下的一层均匀的水膜接触，被水膜吸附，而随水膜一起流到底部灰斗，从排灰口排出筒体，在经过水封面进入排灰沟排出。净化后的烟气从顶部以切向或蜗向引入。文丘里麻石水膜除尘器中花岗石（俗称麻石）它成本低，便于安装耐腐蚀，占地面积小等特点，而且能大量吸收烟气中的SO、SO形成SO、SO离子，具有良好的脱硫效果，并克服了钢制除尘器易腐蚀，内衬的瓷砖或辉绿岩板衬里易脱落的特点。麻石水膜除尘器具有投资少，电能消耗低，除尘效率高，可脱硫，操作简单，维护方便，使用寿命长等优点。经过三个方案的比较后，
20、采用文丘里除尘器最合适！它既能达到要求的除尘效率又能达到所需的脱硫效率。由于烟气含硫量较低，去除效率要求不高，所以选择文丘里洗涤器作为脱硫设备，洗涤液为一定浓度的氨水，如此，脱硫产物可以回用。3.1 反应原理： a.主反应： 2NH3+SO2+H2O(NH4)2SO3 (NH4)2SO3+SO2+H2ONH4HSO3 b.副反应： 2(NH4)2SO3+O2 2(NH4)2SO4 2NH4HSO3+O22NH4HSO4 2NH3+CO2+H2O(NH4)2CO3 3.2 文丘里洗涤器的几何尺寸： a.进口管直径： D1=870mm b. 出口管直径： D2=870mm c. 收缩管收缩角： 1
21、=25o d. 扩散管扩散角： 2=5o e.喉管直径：DT喉管截面积/进口管面积=1:4 DT/D1=1:2 DT =D1/2 =870/2 =435mmf.收缩管长度： L1= (D1-DT)/2ctg( 1/2) =(870mm-435mm)/2ctg( 25o/2) =981mm g.扩散管长度： L2= (D2-DT)/2ctg( 2/2) =(870mm-435mm)/2ctg( 5o/2) =4981.6mm h.喉管长度： LT =1.2DT =1.2435 =522mm 3.3 文丘里洗涤器的工作状况:以1s计 mSO2 =QgCSO2 =9.98(43510-3/2)21.
22、802 =2.671g 去除的MSO2 =2.671SO2 =2.6710.5006 =1.337g 依据反应方程式计算 mNH3 =2171.337/64 =0.713g考虑到副反应和吸收效率： MNH3 =3mNH3 =30.713 =2.13g NH4的质量浓度：CNH3 =0.5g/cm3 管道中的气体速度：vT=9.98m/s 管道中的气体流量：Qg=9.989.98(DT/2)2 =9.98(43510-3/2)2 =1.452m3/s 喷嘴中液体的流量：Ql=(2.130/0.5)10-6 =4.2610-6m3/s 文丘里洗涤器的压力损失： P=0.863CSO2(A)0.13
23、3vT2(Ql/Qg)0.78 =0.8631.802(43510-3/2)20.1339.982(4.2610-6/1.452)0.78 =5.910-3Pa四、风机电机选型计算1、总阻力计算1.1炉膛负压根据工业锅炉房设计手册有鼓风机时范围内。本设计取1.2锅炉本身阻力锅炉本身阻力在之间，本设计取=1.3省煤器阻力省煤器阻力一般为，本设计取=1.4除尘器阻力文丘里洗涤器阻力一般在，1.5第一台锅炉阻力 = 1.6第二台锅炉的总阻力 =2.风压、风量2.1第一台锅炉的风压、风量计算：（1） 风量式中 -风量备用系数-计算燃煤量（1699.73）-引风机前计入空气过剩系数的每公斤煤燃烧产生的烟
24、气总体积-锅炉排烟体积-尾部排烟口到引风机的漏风系数（=0.5）-理论空气需要量（5.71）-引风机前排烟温度（）徐州海拔高43m当小于200m时b=760b-当地大气量，查工业锅炉房设计手册得（2）、烟囱引力式中 -烟囱高度（60m）-外界空气温度（20）-烟囱内烟气平均温度（90.77）b-当地大气压（760）（3）、风压 式中 -备用系数-烟囱引力-烟道总阻力-引风机前的排烟温度101.18-引风机名牌上给出的气体温度 200-时的烟气重度（1.34）2.2第二台锅炉风压风量计算（1） 风量与第一台相同即（2） 烟囱引力与第一相同（3） 风压3.选型根据引风机的风量和风压来选择风机，电机
25、型号，一般选择风压稍大的引风机，选择引风机同时必须考虑到当地的气压和介质湿度对引风机特性的修正。引外不能超过风机限定的使用介质范围。根据计算出的风量，风压值可以从机械产品目录查出缴合适的风机型号。型号名称全压范围风量范围功率范围介质最高温度Y9-35锅炉引风机56.08-462.954430-4730004.5-1050200适用范围：锅炉烟道排风，配用风机的电机一般由风机生产厂配套供应。五.设备布置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。各装置安装顺序见
26、工艺流程图。六、小结 这次大气污染控制工程课程设计主要设计一个燃煤锅炉烟气除尘系统，通过这次课程设计我们进一步消化和巩固课本中所学的内容, 这次课题让我们可以综合利用所学到的大气污染控制工程的知识，分析各种设备的优缺点来确定其选择。尽管已经利用各种渠道搜集了一些资料，但仍然稍嫌不足，而且能够利用的资料也比较少，所以在计算和设计时可能会出现很多的错误，还望老师多多教诲并见谅七、参考资料1 郝吉明，马广大等编著.大气污染控制工程，北京：高等教育出版社.20022 Noel de Nevers主编.大气污染控制工程 (影印版) (第2版). 北京：清华大学出版社.20003 刘景良 主编.大气污染控制工程， 北京： 中国轻工业出版社.20024 粱丽明，彭林 著.城市大气有机物污染，北京： 煤炭工业出版社.20005 赵毅，李守信主编.有害气体控制工程，北京： 化学工业出版社.20016 林肇信主编. 大气污染控制工程， 北京：高等教育出版社.19917 美诺埃尔.德.内韦尔 著，胡敏，谢绍东等译.大气污染控制工程，北京：化学工业出版社.2005
