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1、-燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计-第 22 页南京工程学院大气污染控制工程课 程 设 计 某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统课 程 名 称: 大气污染控制工程 院(系、部): 环境工程学院 班 级: 环境131 姓 名: 起 止 日 期: 2016-6-13 2016-6-24 指 导 教 师: 张东平、李乾军 目录第一章 总论31.1 前言3大气污染防治技能4第二章 设计任务书42.1 设计题目42.2 设计目的52.3 设计原始资料52.4 设计依据和原则6第三章 除尘器系统73.1 除尘器系统概述7常用除尘器的性能9第四章 主要及辅助设备设计与选型104.1 烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算1
2、04.1.1 标准状态下理论空气量104.1.2 标准状态下理论烟气量104.1.3 标准状态下实际烟气量104.1.5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算114.2 除尘器的选择124.3 除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置174.3.1 各装置及管道布置的原则174.3.2 管径的确定174.4 烟囱的设计184.4.1 烟囱高度的确定184.4.2 烟囱的抽力204.5 系统中烟气温度的变化204.5.1 烟气在管道中的温度降204.5.2 烟气在烟囱中的温度降21式中 H-烟囱高度,m21D-合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和,214.6 系统阻力的计算224.6.1 摩擦压力损失2
3、24.6.2 局部压力损失234.7 风机和电动机的计算264.7.1 风机风量的计算264.7.2 风机风压的计算264.7.3 电动机功率的计算28转速/rmin-128功率/kw28参考文献28第一章 总论1.1 前言目前,越来越多的环境问题出现在了人们的生活中,其中包括水污染、环境污染、大气污染、噪声污染、固体废弃物污染等等,这些污染在有形和无形中对人们的生活和健康产生了影响。其中危害性最大、范围最广就是大气污染,他是潜移默化的,在人们不知不觉中使人们的健康受到影响,大气污染对人体的的危害是多方面的,主要表现在呼吸道疾病与生理机能障碍,以及眼鼻等粘膜组织受到刺激而患病。对于植物而言,大
4、气污染物尤其是二氧化硫等对植物的危害是十分严重的。当污染物浓度高时,会对植物产生急性危害,使植物叶表面产生伤斑,或则直接使叶脱落枯萎;当污染物浓度不高时,会对植物产生慢性危害,使植物叶片退绿,或则表面上看不见什么危害症状,但植物的生理机能受到影响,造成植物产量下降,品质变坏。除尘脱硫一体化是将高温煤气中的粉尘颗粒和气态so2在一个单独的捕集单元中脱硫。除尘脱硫一体化装置可概括为干法和湿法两中目前国内外已开发了大量脱硫除尘一体化装置,主要有水膜除尘器、文丘里旋风水膜除尘器、卧式旋风水膜除尘器、喷淋塔除尘脱硫装置、冲击式水浴除尘器、自激式除尘器、旋流板塔脱硫除尘一体化装置以及高压静电滤槽复合型卧式
5、除尘器等湿式处理装置。由于除尘脱硫一体化工艺具有投资少、运转费用低、脱硫率适中、操作管理简便、结构紧凑、占地面积小等优点,近年来已被广泛应用。大气污染防治技能为节制和整治大气污染,“九五”以来,我国在石炭洁净加工研发技能、石炭洁净高效燃烧技能、石炭洁净转化技能、污染排放节制技能等方面开展了大量研究和研发,取患了许多新的成果。与此同时,我国大气污染的防治也取得重要进展。酸雨和二氧化硫节制区的污染防治工作已深入展开。“两控区”内175个地市和电力、石炭等行业体例了二氧化硫污染防治规划。关停小火电机组198台(装机容量208万千瓦)。8个省、自治区、直辖市起头限制燃煤含硫量。目前,“两控区”年削减二
6、氧化硫排放量近80万吨,93个城市二氧化硫的浓度达到国度环境质量尺度。如果中国的燃煤电站的烟气排放要达到目前发达国度规定的水平,SO2的排放量将从每一年680万吨下降至170万吨,NOx的排放量将从100下降至30,DO2也将减排2500万吨。中国节制和整治大气污染任重而道远。设计尺度主要参考大气污染物排放限值,工艺运行设计达到国度GB13271-91锅炉大气污染物排放尺度。除尘脱硫设计原则(1)脱硫率80%。除尘效率97%;(2)技能较为成熟,运行费用低;投资省;(4)能利用现有设施;(5)建造工期短,方便;系统简便,易于操作管理;(7)主体设备的使用寿命8;(8)烟气脱硫以氧化镁为主要吸收
7、剂,并充分利用锅炉排渣水的脱硫容量,达到以废治废,降低运行成本的目的。能用于烟气脱硫和除尘的设备很多,但要满足运转稳定可靠、不影响生产同时去除且压力降较小等要求,以袋式除尘器和旋流板为宜。第二章 设计任务书2.1 设计题目 某燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计2.2 设计目的 进一步消化和巩固大气污染控制工程所学内容,并使所学知识系统化,培养运用所学知识进行工程设计的初步能力。通过设计,了解工程设计的内容、方法、以及步骤,培养学生确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。2.3 设计原始资料锅炉型号:SZL413型,4台设计耗煤量:600kg/h(
8、台)排烟温度:160标准状态下烟气密度:1.17kg / m3;空气过剩系数:1.2飞灰占煤中不可燃成分比例:12当地大气压力:9kPa烟气在锅炉出口前阻力:800Pa293kg / m3;冬季室外温度:-1,设备安装在室外。 煤的工业及元素分析值:H5、O6、S=2%、C=53%、W=8%、V=15%、 N=1%,其中飞灰占不可燃成分的12%即A=12%。锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2001)中二类区标准执行。烟尘浓度排放标准(标准状态下):30mg/m3二氧化硫排放标准(标准状态下):50mg/m3净化系统布置场地如图所示的锅炉房北侧15m以内。净化场地布置 :锅炉出气口管径为
9、600mm,其中心线高程为,其长度为600mm,所有管道总长为,室内锅炉距外墙。2.4 设计依据和原则 锅炉设备是燃料的化学能转化为热能,又将热能传递给水,从而产生一定温度和压力的蒸汽和热水的设备。锅炉型号:SZL413型,SZ双锅筒纵置式,L链条炉排,4蒸汽锅炉额定蒸发量为若干t/h 或热水锅炉额定供热量为若干104kcal/h新单位制应为MW。燃料燃烧就是供给足够的氧气,也就是想炉膛内供给足够的空气。冬季室外温度:-1,设备安装在室外。 按锅炉大气污染物排放标准(GB 132712001)中二类区标准执行,故建地应在二类区:城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农
10、村地区。 在设计过程中要考虑各除尘器的除尘效率,设备用费等各项技术经济条件。通过计算,根据工况下的烟气量、烟气温度及达到的除尘效率选择除尘器。我选择的是XL型旋流式水膜脱硫除尘器技术工艺,具有结构简单、压力损失小、操作稳定、脱硫除尘效率高等优点。第三章 除尘器系统3.1 除尘器系统概述 工业除尘所涉及的多相混合物称为气相悬浮系或气溶胶。分散于其中的细小颗粒叫做尘粒或微粒,而尘粒的堆集状态叫做粉体。在工程设计中为了正确地设计和选择除尘设备,必须掌握粉尘的主要物理和化学性质,用于描述粉尘性质的参数有:粒径与分散度、密度与堆积密度、凝聚性、湿润性、荷电与导电性、自然堆积角、爆炸性。在日常工业上用于粉
11、尘颗粒物分离的设备主要有:重力沉降式除尘器、惯性除尘器、电除尘器、湿式除尘器、过滤式除尘器、旋风除尘器,简述如下:(1)重力除尘器 重力除尘器是使含尘气体中的粉尘借助重力作用自然沉降来达到净化气体的装置。它的沉降速度太小,仅为离心沉降速度的几十分之一。实际应用中,结构简单,阻力小、但体积大、除尘效率低、设备维修周期长。(2)惯性除尘器 这是一种利用粉尘在运动中惯性力大于气体惯性力的作用,将粉尘从含尘气体中分离出来的除尘设备。这种除尘器结构简单,阻力较小,但除尘效率较低,一般应用于一级除尘。(3)电除尘器 电除尘器中的含尘气体在通过高压电场电离时,尘粒荷电并在电场力作用下,尘粒沉积于电极上,从而
12、使尘粒与含尘气体相分离的一种除尘设备。它能有效地回收气体中的粉尘,以净化气体。各种电除尘器由于具有效率高、阻力低、能适用于高温和除去细微粉尘等优点,获得了比其他除尘器更快的发展,但投资大。关于减少电除尘器的耗电量,运用空调技术使高电阻含尘气体也能获得很好效果,使除尘器操作处于最佳条件和提高除尘效率等问题正在开展研究。(4)湿式除尘器 这种除尘器是使含尘气体与水或其它液体相接触,利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用而把尘粒从气流中分离出来。湿式除尘器以水为媒介物,因此它适用于非纤维性的、能受冷且与水不发生化学反应的含尘气体,不适用于除去黏性粉尘。湿式除尘器具有投资低,操作简单,占地面积小,能同时进
13、行有害气体的净化、含尘气体的冷却和加湿等优点。特别适用于处理高温度高湿度和有爆炸性危险气体的净化,但由于采用了水为净化物,会带来了二次污染。(5)袋式除尘器主要依靠编织的或毡织的虑布作为过滤材料来达到分离含尘气体中粉尘的目的,由于粉尘通过滤布时产生的筛分、惯性、黏附、扩散和静电作用而被捕集分离。袋式除尘器适应性比较强,不受粉尘比电阻的影响,也不存在水的污染问题。在选取适当的助滤剂条件下,能同时脱除气体中的固、气两相污染物。但其存在过滤速度低、压降大、占地面积大、换袋麻烦等缺点。(6)旋风除尘器 旋风除尘器是利用旋转的含尘气体产生的惯性离心力,将粉尘从气流中分离出来的一种干式气一固分离装置。这种
14、除尘器主要优点:结构简单,本身无运动部件,不需要特殊的附属设备,占地面积小;操作、维护简便,压力损失中等,动力消耗不大,运转、维护费用较低;操作弹性较大,性能稳定,不受含尘气体的浓度、温度限制,对于粉尘的物理性质无特殊要求。目前,旋风除尘器广泛应用于化工、石油、冶金、建筑、矿山、机械。轻纺等工业部门。旋风除尘器具有自身的优点,但相对于袋式除尘器、湿式除尘器、电除尘器,旋风除尘器对于捕集分离5um以下的粉尘颗粒收集效率不高,其它性能指标一定程度上都优于上述除尘器。根据当前我国工业发展的情况,材料供应和动力供应情况:是不允许抛弃旋风除尘器,而全部使用昂贵材料多、运转费用高、耗电量高的文氏管除尘器、
15、袋式除尘器、电力除尘器,这就决定了干式旋风除尘器在环境保护或工业除尘中存在很大的需求量。此外,随着除尘器应用场合特殊化(如高温高压的工况条件下)、结构微型化(如可吸入颗粒物的采样、汽车进气的预处理)的发展,在奠定旋风除尘器特殊地位的同时,对其也提出了更高的性能要求。第四章 主要及辅助设备设计与选型4.1 烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算4.1.1 标准状态下理论空气量式中C,H,S,O分别为煤中各元素所含的质量分数。计算: 4.1.2 标准状态下理论烟气量式中-标准状态下理论空气量,-煤中水分所占质量分数,-N元素在煤中所占质量分数,计算: 4.1.3 标准状态下实际烟气量式中空气过量系数;
16、标准状态下理论烟气量, 标准状态下理论空气量,计算: 注意:标准状态下烟气流量Q以m3/h计,因此:锅炉型号:SZL413型,4台设计耗煤量:600kg/h(1台)则则标准状态下烟气流量4.1.4 标准状态下烟气含尘浓度式中排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数;煤中不可燃成分的含量; 标准状态下实际烟气量,。计算: 4.1.5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算式中煤中可燃硫的质量分数标准状态下燃煤产生的实际烟气量,计算: 4.2 除尘器的选择式中标准状态下烟气的含尘浓度,标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值,计算: 式中-标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中规定值, -标准状态下烟气的含二氧化硫浓
17、度,计算: 脱硫方面,目前常见的方法有石灰石-石膏湿法、双碱法、氨法、钠碱法、金属氧化物吸收法、海水脱硫法、活性炭吸附法等,其中石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺是当今世界各国应用最多和最成熟的湿法工艺,该工艺主要是采用廉价易得的石灰石或石灰作为脱硫吸收剂,石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液。当采用石灰作为吸收剂时,石灰石经消化处理后加水搅拌制成吸收浆液。在吸收塔内,吸收浆液与烟气接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被吸收脱除,最终产物为石膏。脱硫后烟气依次经过除雾器除去雾滴,加热器加热升温后,由增压风机经烟囱排放,脱硫渣石膏可以综合利用。南京工程学院
18、火电厂烟气脱硫中心采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺,脱硫剂采用外购成品石灰石粉;模拟烟气进气量:0.280.56m3/s(1000m3/h2000m3/h),温度范围:90100;模拟烟气中SO2浓度:0.05%0.15%(500ppm1500ppm);钙硫摩尔比小于1.05;脱硫效率:98%;排烟温度:8090;石灰石浆液浓度:28%32%.湿法烟气脱硫工艺涉及到一系列的化学和物理过程,脱硫效率取决于多种因素.在原料方面,工艺水品质、石灰石粉的纯度和颗粒细度直接影响脱硫化学反应活性;在工艺方面,石灰石粉的制浆浓度、石灰石的溶解特性都与脱硫率有关;烟气参数如温度、SO2浓度也不同程度地影响脱硫反应
19、的过程.本文旨在探讨烟气与脱硫剂的接触反应时间、吸收塔浆液pH值、石灰石的溶解特性等因素对烟气脱硫效率的影响规律,为优化系统运行、提高脱硫效率提供参考。南京工程学院火电厂烟气脱硫中心的试验装置主要由:工艺系统、DCS控制系统、电气系统三个分系统组成.本课题主要设计工艺分系统,主要有7个子系统:石灰石输送系统、模拟烟气系统、制浆系统、工艺水系统、吸收塔系统、石膏脱水系统、废水处理系统.该装置的基本工艺流程为:空气与SO2、NOx等气体在母管汇合,配制成100以上,经引风机、烟囱排至大气 工况下烟气流量式中 标况下烟气量, 工况下烟气温度,K 标况下温度,273K计算: 根据除尘
20、效率和烟气流速确定使用布袋除尘器。布袋除尘器也称袋式除尘器、袋式收尘器,随着现代研发技术的提高,布袋除尘器已经成为目前使用最广泛的除尘设备,其中脉冲布袋除尘器更是成为最主要的布袋除尘器类型。工作机理:首先含尘烟气通过布袋除尘器的过滤材料,尘粒被过滤下来,过滤材料捕集粗粒粉尘主要靠惯性碰撞作用,捕集细粒粉尘主要靠扩散和筛分作用。滤料的粉尘层也有一定的过滤作用。布袋除尘器结构: 1、上箱体:包括可掀起的盖板(或紧固式盖板)和出风口。 2、中箱体:包括多孔板、检修门、滤袋、龙骨、文氏管等。 3、下箱体:包括灰斗、检测门等。 4、喷吹系统:包括脉冲控制仪、电磁脉冲阀、喷吹管、气包GMC型高温脉冲袋式除
21、尘器详细介绍 GMC型高温脉冲袋式除尘器是京达除尘针对水泥行业对立窑、烘干机、熟料冷却机等的废气治理开发的高压低流量脉冲清灰除尘设备,具有国内先进水平。GMC型高温脉冲袋式除尘器采用高压(0.50.4MPa)大流量脉冲阀逐条除尘滤袋喷吹清灰技术,实现小于50mg/m3的低浓度排放,除用于水泥行业外,还适用于非金属矿微粉深加工领域,在电力、化工、冶金、钢铁等行业也有较好的应用前景。GMC型高温脉冲袋式除尘器主要有以下部分组成: (1)箱体:包括袋室、预收尘室、净气室、多孔板、滤袋、滤袋骨架。箱体设计耐压9000Pa。 (2)喷吹系统:主气管、喷吹管、脉冲阀、控制仪。 (3)灰斗及排灰部分有两种形
22、式:一种为灰斗直接与卸灰阀连接,另一种为灰斗通过输送设备(如螺旋输送机)与卸灰阀连接。 含尘高温气体通过预收尘均风风道进行预收尘和均风后,经除尘器灰斗进入袋室(在线清灰型直接进入灰斗,分室离线清灰型由隔,过滤后的干净气体由袋口至净气室、除尘器出口排入大气。为使设备的阻力低于某一特定值,除尘器每隔一定时间或当除尘器的阻力达到一定值时,高压气体经脉冲阀产生脉冲气源脉冲,诱导数倍于气源的、经过滤后的高温气体形成清灰气流进入滤袋,清灰气流及其形成的冲击波使滤袋在瞬间急剧膨胀,由过滤时的形状变成圆形,滤袋在变形运动过程中,伴随着气流及冲击波的反作用抖落粉尘,使吸附滤袋外表面的粉尘落入灰斗,经锁风卸灰阀排
23、出。 选型说明: 京达除尘GMC型高温脉冲袋式除尘器可根据不同需求提供60-2、60-3、60-4、60-5、60-6、70-5、70-6、70-7、70-8、60-25、70-25十种规格高温脉冲除尘器,您可根据下列参数表选择合适的设备。根据实际风量、气体温度、含尘浓度与湿度等关键工况因素。根据实际情况,选取GMC60-3型高温脉冲袋式除尘器。4.3 除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置4.3.1 各装置及管道布置的原则 根据锅炉运行的情况和锅炉房现场的实际情况确定各装置的位置。一旦确定了各装置的位置,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,占地面积小,并使
24、安装、操作和检修方便。4.3.2 管径的确定式中工况下管内烟气流量,烟气流速,。可查有关手册确定,对于锅炉烟尘15计算: 取得 ,取1m表4-1 风管直径规格表外径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm5001圆整并选取风道: 取钢制板风管壁厚:内径实际烟气流速4.4 烟囱的设计4.4.1 烟囱高度的确定首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量(),然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定(表3-2)确定烟囱的高度。 锅炉烟囱的高度表4-2 锅炉烟囱的高度表锅炉总额定出力/(t/h)11226 610 10202635烟囱最低高度/m202530354045因为锅炉的总额定出力为,由表
25、4-1可知烟囱最低高度取40m,另外,此系统选择机械通风方式,由表3-3选取v=4 m/s,所以(1) 烟囱出口内径可按下式计算:表4-3 烟囱出口烟气流速()通风方式运行情况全负荷时最小负荷时机械通风10-204-5自然通风6-10式中Q-通过烟囱的总烟气量,,v-按表3-5选取的烟囱出口烟气量,。式中 d2-烟囱出口直径,mH-烟囱高度,mi-烟囱锥度,通常取i=0.020.03。4.4.2 烟囱的抽力式中 烟囱高度, 冬季外界空气温度,取-1 烟囱内烟气平均温度, 当地大气压,计算: 4.5 系统中烟气温度的变化4.5.1 烟气在管道中的温度降当烟气管道较长时,必须考虑烟气温度的降低。除
26、尘器、风机、烟囱的烟气流量应按各点的温度计算。 烟气在管道中的温度降式中:-标准状态下烟气流量,-管道散热面积,-管道单位面积散热损失。室内q=4178室外q=5443计算:室内管道长 :L=2.18-0.12-0.6=1.46 (m) F=LD=3.14*1.46*0.5=2.29(m2) 室外管道长 :L=9.5-1.46=8.04 (m) F=LD=3.14*8.04*0.5=12.62(m2)4.5.2 烟气在烟囱中的温度降式中 H-烟囱高度,mD-合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和,A-温降系数表 4-5 烟囱温降系数烟囱种类钢烟囱(无衬筒)钢烟囱(有衬筒)砖烟囱(50m)砖烟囱2
27、 =4 () 总温降 =+=+4=()4.6 系统阻力的计算4.6.1 摩擦压力损失对于圆管 式中管道长度,m烟气密度,kg/m3管中气流平均速率, m/s管道直径,m摩擦阻力系数是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度可取0.04)。 计算: 对于金属管 则4.6.2 局部压力损失式中 异形管件的局部阻力系数,可在有关手册中查到,或通过实验获得; 与相对应的断面平均气流速率, 烟气密度,图4.1中一为渐缩管。 图4.1 除尘器入口前管道示意图图中一为渐缩管取=45,图中二为30Z形弯头查 由手册查得图中三为渐扩管查手册得(Pa)m图中a为渐扩管。45时,取=30,(pa)图5-2中b、c均为90弯头
28、查表得(pa)两个弯头 Pa系统总阻力(其中锅炉出口前阻力为800pa,除尘器阻力为1800 pa)=7.53+3.96+6.22+7.53+3.96+9.11+9.11+800+1800 =2647.42(Pa)4.7 风机和电动机的计算4.7.1 风机风量的计算式中 风量备用系数; 标准状态下风机前标态下风量,m3/h; 风机前烟气温度,若管道不太长,可以近似取锅炉排烟温度; 当地大气压力,计算: 4.7.2 风机风压的计算式中 风压备用系数; 系统总阻力,Pa; 烟囱抽力,Pa; 风机前烟气温度; 风机性能表中给出的试验用气体温3度,; 标准状况下烟气密度, 当地大气压,根据Qy和Hy选
29、定型号为Y5-50-12 No6C的引风机,其性能如表6-1表4-6 Y5-50-12 No6C型引风机性能型号转速/rmin-1流量/ m3h-1全压/pa介质温度/有效功率/kw全压效率/%Y5-50-12 No6C2720115683079200型号噪声配用电动机传动皮带(内周长*根数)dB(A)dB(SA)型号转速/rmin-1功率/kwY5-50-12 No6C87Y160L-2B3293B2261*34.7.3 电动机功率的计算式中 风机风量,; 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,当风机与电机直联传动时21,用联轴器
30、连接时2=0.950.98,用V形带传动时20.95;电动机备用系数,对引风机, 根据发动机的功率,风机的转速,传动方式选择Y160L-2B3电动机型号转速/rmin-1功率/kw传动皮带(内周长根数)Y160L-2B31293B22613附图. 脱硫除尘系统工艺流程图及袋式除尘设备图参考文献1 李广超主编.第二版气污染控制工程.化学工业出版社,2008.2 刘天齐,黄小林,邢连壁等.三废处理工程技术手册废气卷,北京:化学工业出版社,1999.3 柴晓丽 冯仓 党小庆等编 .环境工程专业毕业设计指南. 第1版第1次. 北京:化学工业出版社,2008.5。4 唐敬麟 张禄虎 编除尘装置系统及设备设计选用手册化学工业出版社20035 暖通风设计手册陆耀庆主编,北京:中国建筑工业出版社,1987.6 陈杰瑢主编,环境工程技术手册。北京:科学出版社,20087 业锅炉旋风除尘器指南1984.8 金国淼主编,尘设备设计上海科学技术出版社,1985.9 鹿政理主编,境保护备选用手册大气污染控制设备,大连市环境学设计研究院组织编写.10 刘天齐,黄小林,邢连壁等三废处理工程技术手册废气卷北京:化学工业出版社,1999.