大氣污染控制工程課程設(shè)計——鍋爐煙氣除塵脫硫處理

1 目錄 1 設(shè)計任務(wù)書 2 1 1 課程設(shè)計題目 2 1 2 設(shè)計原始資料 2 1 3 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 2 2 設(shè)計方案的選擇確定 2 2 1 除塵系統(tǒng)選擇的相關(guān)計算 2 2 1 1 用煤量計算 2 2 1 2 煙氣量 煙塵和二氧化硫濃度的計算 3 2 2 數(shù)質(zhì)量衡算 處理效率及達(dá)標(biāo)驗(yàn)算 4 2 2 1 大氣污染物排放限值 4 2 2 2 計算實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放 污染治理設(shè)備及工藝處理效率需達(dá)到 的理論值 50 2 3 旋風(fēng)除塵器設(shè)計 5 2 3 1 除塵效率 5 2 3 2 工作狀況下煙氣流量 5 2 3 3 旋風(fēng)除塵器的尺寸 6 2 4 脫硫吸收塔 噴淋吸收空塔 的設(shè)計 8 2 4 1 工況下煙氣中二氧化硫濃度的計算 9 2 4 2 噴淋塔 9 2 4 3 新鮮漿料及漿液量的確定 11 3 確定除塵器 風(fēng)機(jī) 煙囪的位置及管道布置 12 3 1 各裝置及管道布置的原則 12 3 1 1 管徑的確定 12 3 2 煙囪的計算 13 3 2 1 煙囪高度的確定 13 3 2 2 煙囪直徑的計算 13 3 2 3 煙囪的抽力 14 3 3 系統(tǒng)阻力的計算 14 3 3 1 摩擦壓力損失 15 3 3 2 局部壓力損失 15 3 3 3 系統(tǒng)總阻力 15 3 4 風(fēng)機(jī)和電動機(jī)的選擇及計算 15 3 4 1 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計算 15 3 4 2 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的計算 16 3 4 3 電動機(jī)功率的計算 16 參考文獻(xiàn) 17 2 1 設(shè)計任務(wù)書 1 1 課程設(shè)計題目 試根據(jù)設(shè)計原始資料 對鍋爐煙塵進(jìn)行污染控制系統(tǒng)設(shè)計 實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放 1 2 設(shè)計原始材料 1 鍋爐爐型與型號 1 某廠使用鍋爐為生產(chǎn)系統(tǒng)提供過熱蒸汽 爐型為鏈條爐 額定蒸汽量分別為 1 2 4 t h 2 鍋爐為生產(chǎn)系統(tǒng)提供過熱蒸汽 爐型為拋煤機(jī)爐 額定蒸汽量分別為 6 8 10t h 3 某電廠發(fā)電機(jī)組為 12 萬 kw 鍋爐為煤粉爐 小時燃煤量 15 18 20t h 煙氣溫度 423K 2 燃料采用淮南煤 煤質(zhì)資料見下表 Vr Cy Hy Oy Ny Sy Ay Wy Qy DW kJ kg 38 48 57 42 3 81 7 16 0 93 0 46 21 37 8 85 24346 3 不同爐型燃煤排塵量和煙塵的粒度分布見下表 4 空氣過剩系數(shù)為 1 3 1 4 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣含水按 0 01293kg m3 系統(tǒng)漏風(fēng)系數(shù)為爐膛 0 1 除塵器 0 01 每米管道 0 001 5 煙氣在鍋爐出口前阻力為 800Pa 管道摩擦阻力系數(shù) 金屬管道取 0 02 磚砌 或混凝土取 0 04 除塵器設(shè)備阻力查產(chǎn)品手冊 6 飛灰的驅(qū)進(jìn)速度 0 10 0 14m s 1 3 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 各廠建廠時間為 2004 年 所在地區(qū)為二類地區(qū) 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB3095 1996 鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) GB13271 2001 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) GB13223 1996 2 設(shè)計方案的選擇確定 2 1 除塵系統(tǒng)選擇的相關(guān)計算 2 1 1 用煤量計算 根據(jù)鍋爐燃料耗量計算公式 計算燃料量 kg h DWyQiB 21 B 燃料耗量 kg h D 鍋爐產(chǎn)汽量 4000kg h 粒級 m爐型 排塵量 lg t 75 75 48 48 31 30 15 15 鏈條爐排 27 質(zhì)量頻率 50 7 10 4 12 5 12 7 13 7 拋煤機(jī)爐 108 質(zhì)量頻率 61 0 13 7 9 9 9 1 6 3 煤粉爐 161 質(zhì)量頻率 13 2 23 5 14 9 17 3 31 1 3 i2 過熱蒸汽 200 焓值 i2 305 3kJ kg i1 給水 20 焓值 i1 83 753kJ kg 原料煤低位發(fā)熱量 24346kJ kg DWyQ 鍋爐效率 30 40 取 35 hkgB 1042436 5 75 80 2 1 2 煙氣量 煙塵和二氧化硫濃度的計算 設(shè) 1kg 燃煤時 燃料成分名稱 可燃成分含量 摩爾數(shù) mol 理論需氧量 mol 廢氣中組分 mol C 57 42 47 85 47 85 47 85 2CO H 3 81 38 1 9 525 19 05 H O 7 16 4 475 2 2375 N 0 93 0 664 0 0 332 2N S 0 46 0 14375 0 14375 0 14375 SO A 灰分 21 37 W 水分 8 85 0 4917 H2 合計 55 28125 空氣中含水量 0 01609 體積分?jǐn)?shù) 104 28093 1 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論空氣量 aV 55 28125mol kg 1 2383m kg0V3N 1 2383 4 78 5 92 m kg 干空氣 a 6 02 m kg 濕空氣 01609 25 3N 2 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量 fgV CO 47 85 mol kg2 SO 0 14375 mol kg 4 N 0 332 3 78 55 28125 209 30 mol kg2 H O 19 05 0 4917 0 01609 5 92 19 64 mol kg 6 20 m kg0fgV104 26 932475 8 104 293 763N 3 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量 fgV 1 6 20 5 92 1 3 1 7 976 m kgfg0fga 3N 空氣過剩系數(shù) 1 3 1 4 取 1 3 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下每臺鍋爐煙氣流量 設(shè)計耗煤量 7 976 104 829 504 m hVfg 3 4 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣排塵量 G 及煙氣含塵濃度 煙 塵 hkgCdBAfhsy 83 4 10237 4 1 0G 5 36 10 mg m煙 塵 Vfg ys96 23 G 排塵量 kg h B 燃料耗量 kg h 灰分 yA 排煙帶塵量 占灰分的 15 25 取 20 shd 未燃燒炭 8 fC 5 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度 2SO 1 15 10 mg m2SO Vsofgm 2976 10435 0 3 2 2 數(shù)質(zhì)量衡算 處理效率及達(dá)標(biāo)驗(yàn)算 2 2 1 大氣污染物排放限值 按 鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) GB13271 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) 120mg m3 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 SO2 排放標(biāo)準(zhǔn) 900mg m3 5 表 1 鍋爐煙塵最高允許排放濃度和煙氣黑度限值 表 2 鍋爐二氧化硫和氮氧化物最高允許排放濃度 2 2 2 計算實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放 污染治理設(shè)備及工藝處理效率需達(dá)到的理論值 0 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙塵處理效率 01 76 91036 52 煙 塵 排煙 塵 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 SO2 處理效率 02 4 19 32 so排 2 3 旋風(fēng)除塵器設(shè)計 2 3 1 除塵效率 01 76 91036 52 煙 塵 排煙 塵 2 3 2 工作狀況下煙氣流量 6 h m TV3 fg 1285 2827489 50 fg 3 式中 V 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流量 3 工況下煙氣溫度 423KT T 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度 273K 則煙氣流速 0V 357 06128 3 smfg 所以采用旋風(fēng)除塵器 2 3 3 旋風(fēng)除塵器的尺寸 出于安全考慮 旋風(fēng)除塵器按煙氣流量為 1500 m3 h 進(jìn)行設(shè)計 1 確定旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口氣流速度 v 通常鍋爐的煙氣流速為 12 25m s 可設(shè) 23m s 2 確定旋風(fēng)除塵器的幾何尺寸 A 進(jìn)口截面積 2018 36 5mVQA 式中 設(shè)計煙氣流量 1500 m3 h V 煙氣流速 23m s B 入口高度 190 8 2h A C 入口寬度 5 0b D 筒體直徑 mD316 9 3 參考 XLP B 產(chǎn)品系列 取 D 420mm E 排出筒直徑 25406 0de F 筒體長度 L7171 G 錐體長度 H93 2 H 灰口直徑 mDd 80401 I 排氣管插入深度 12 s 7 選取 XLP B 4 2 型號 3 求 分割直徑 cd 假設(shè)接近圓筒壁處的氣流切向速度近似等于氣流的入口速度 則 取內(nèi)外渦旋交界圓柱直徑sv m21 m2 156 0 0 ed 渦旋指數(shù) 54 283 67 01 14 TDn 氣流在交界面上的切向速度 smdvneo 0 1 4 0 236 05 1 外渦旋氣流的平均徑向速度 02hrQvr 分割直徑 cd mSHLvhvroPoPc 62125210210 09 40 41 888 此時旋風(fēng)處理器的分割直徑為 4 91 m 4 計算壓力損失 423K 時煙氣濃度可近似取為 3 84 02379 1kg 5 16deA PaP102384 0v21 4 分級除塵效率 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 來計算21 cpic iid 8 5 總除塵效率 由公式 來求解 為質(zhì)量頻率 liig lig 得 82 97 6 影響除塵效率的因素 a 入口風(fēng)速 由臨界計算式知 入口風(fēng)速增大 降低 因而除塵效cd 率提高 但是風(fēng)速過大 壓力損失也明顯增大 b 除塵器的結(jié)構(gòu)尺寸 其他條件相同 筒體直徑愈小 塵粒所受的離 心力愈大 除塵效率愈大 筒體高度對除塵效率影響不明顯 適當(dāng) 增大錐體長度 有利于提高除塵效率 減小排氣管直徑 有利于提 高除塵效率 c 粉塵粒徑和密度 大粒子離心力大 捕集效率高 粒子密度愈小 越難分離 d 灰斗氣密性 若氣密性不好 漏入空氣 會把已經(jīng)落入灰斗的粉 塵重新帶走 降低了除塵效率 2 4 脫硫吸收塔 噴淋吸收空塔 的設(shè)計 脫硫過程主反應(yīng)有以下幾個 1 S02 H2O H2SO3 吸收 2 CaCO3 H2SO3 CaSO3 CO2 H2O 中和 粒級 m 90 70 45 25 10 質(zhì)量頻率 50 7 10 4 12 5 12 7 13 7 分級除塵 效率 99 7 99 51 98 82 96 29 80 57 9 3 CaSO3 1 2 O2 CaSO4 氧化 4 CaSO3 1 2H2O CaSO3 1 2H2O 結(jié)晶 5 CaSO4 2H2O CaSO4 2H2O 結(jié)晶 6 CaSO3 H2SO3 Ca HSO3 2 PH 控制 2 4 1 工況下煙氣中二氧化硫濃度的計算 20 7431504273 2 mgCSO 假定煙氣進(jìn)入脫硫設(shè)備后溫度降至 403K 此時煙氣 hQ 1 5 7 89 3 煙氣含硫濃度不大且煙氣量較小 可采用石灰法濕法脫硫 2 4 2 噴淋塔 1 噴淋塔內(nèi)流量計算 假設(shè)噴淋塔內(nèi)平均溫度為 80 壓力為 1200KPa 則噴淋塔內(nèi) 流量為 1 3024 278KQSV 式中 Qv 噴淋塔內(nèi)煙氣流量 h 3m Qs 標(biāo)況下煙氣流量 K 除塵前漏氣系數(shù) 0 0 1 取 0 1 smhQV 256 0 9 1 0 1324 278054 89 33 2 噴淋塔徑計算 依據(jù)石灰石煙氣脫硫的操作條件參數(shù) 可以選擇噴淋塔內(nèi) 煙氣流速 v 0 5m s 則噴淋塔截面 A 為 10 251 0 26mVQA 則塔徑 d 為 81 04 取塔徑 Do 850mm 3 噴淋塔高度計算 噴淋塔可看作由三部分組成 分為吸收區(qū) 除霧區(qū)和漿池 吸收區(qū)高度 依據(jù)石灰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)時間 t 3s 則噴淋塔的吸收區(qū)的高度為 1 5m30 t1 VH 除霧區(qū)高度 除霧器設(shè)計成兩段 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 0 5 0 6 m 取除霧區(qū)高度為 mH6 02 漿池高度 漿池容量 V1 按液氣比漿液停留時間 t1 確定 11tQGLV 式中 L G 液氣比 取 10 3 m Q 標(biāo)況下煙氣量 h t 漿液停留時間 s 一般 t1 為 4min 8min 本設(shè)計中取值為 5min 則漿池容積 為 11 31 69 0 54 8290mV 選取漿池直徑等于或略大于噴淋塔 Do 本設(shè)計中選取的漿 料直徑為 Do 1m 然后再根據(jù) V1 計算漿池高度 21004DVh 式中 0h 漿池高度 m V1 漿池容積 3m Do 漿池直徑 m h9 0 1 69 04 噴淋塔高度為 mHt 3 5 021 2 4 3 新鮮漿料及漿液量的確定 1 漿料量 s2 2gsa3OHCaSlOHSOC 1mol 1mol 因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)一般鈣硫比為 1 05 1 1 此處設(shè)計取為 1 05 則有平衡計算可得 1h 需消耗 CaO 的量為 hmol 6975 143 015 kg8 697 2 漿液量 hsQGLVw 216 9 105 2 01 33 此設(shè)計煙氣脫硫效率達(dá)到 95 左右 出氣 SO2 濃度 900mg m3 12 3 確定除塵器 風(fēng)機(jī) 煙囪的位置及管道布置 并計算各管段 的管徑 長度 煙囪高度和出口內(nèi)徑以及系統(tǒng)總阻力 3 1 各裝置及管道布置的原則 根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況現(xiàn)場的實(shí)際情況確定各裝置的位置 一旦確定各裝置的 位置 管道的布置也就基本可以確定了 對各裝置及管道的布置應(yīng)力求簡單 緊湊 管路短 占地面積小 投資省 并使安裝 操作方便 3 1 1 管徑的確定 煙氣流量為 0 357 所以 管徑計算如下 sm 3vQd 4 代入數(shù)據(jù)得 d 0 141m 式中 Q 工況下的煙氣流量 sm 3 v 煙氣流速 取 23 圓整并選取風(fēng)道 鋼制風(fēng)管參數(shù)表 外徑 鋼制板風(fēng)管 D mm 外徑允許偏差 mm 壁厚 mm 150 1 1 5 內(nèi)徑 d 150 2 1 5 147mm 由公式 可計算出實(shí)際煙氣流速 vQ 4d smd 04 217 3542 13 3 2 煙囪的計算 3 2 1 煙囪高度的確定 確定煙囪高度 既要滿足大氣污染物的擴(kuò)散稀釋要求 又要考慮節(jié)省投資 首先確定共用一個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 表三 鍋爐蒸發(fā)量與煙囪高度關(guān)系 鍋爐總額定出力 t h 1 1 2 2 6 6 10 10 20 26 35 煙囪最低高度 20 25 30 35 40 45 由鍋爐污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)上的鍋爐的總的蒸發(fā)量與煙囪高度的數(shù)據(jù) 所以我選定 煙囪高度為 H 30m 3 2 2 煙囪直徑的計算 煙囪出口內(nèi)徑可按下式計算 Qd4018 Q 通過煙囪的總煙氣量 hm 3 按表三選取的煙囪出口煙氣流速 s 表四 煙囪出口煙氣流速 m s 運(yùn) 行 情 況 通風(fēng)方式 全負(fù)荷時 最小負(fù)荷 機(jī)械通風(fēng) 12 20 4 5 自然通風(fēng) 10 15 2 5 3 選定 3 sm 63 045 29801 md 圓整取 d 0 7m 煙囪底部直徑 14 Hid 21m9 130 7 0 式中 煙囪出口直徑 m1d H 煙囪高度 m i 煙囪錐度 取 i 0 02 3 2 3 煙囪的抽力 BttHSpky 2731 0342 305 8071 0342 yS 117 03 aP 式中 H 煙囪高度 m 外界空氣溫度 20kt Co 煙囪內(nèi)煙氣平均溫度 423p o B 當(dāng)?shù)卮髿鈮?31075 8 aP 3 3 系統(tǒng)阻力的計算 3 3 1 摩擦壓力損失 2 vdLP 式中 L 管道長度 m d 管道直徑 m 煙氣密度 3 kg 管中氣流平均速率 v 摩擦阻力系數(shù) 對于 150 圓管 L 30m 15 3 84 02379 1mkg 4 7820 1 5 PapL 3 3 2 局部壓力損失 Pa 2 vp 式中 異形管件的局部阻力系數(shù)可查到 v 與 像對應(yīng)的斷面平均氣流速率 m s 煙氣密度 3m kg a 漸縮管 45 0 1 v 21 04m s Pap5 18204 8 10 管路中共有兩個漸縮管 故 P3 2 18 5 37Pa b 90 彎管部分 D 150mm 取 R D 則 0 23Pap5 420 183 20 管路中共有 4 個 90 彎管 故 P5 4 42 5 170Pa 3 3 3 系統(tǒng)總阻力 其中鍋爐出口前阻力為 800pa 2746 Pa 10 873 4 78 h 3 4 風(fēng)機(jī)和電動機(jī)的選擇及計算 3 4 1 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計算 取 tP 150 C tY 250 C m3 hBtQpy 325 10721 式中 1 1 風(fēng)量備用系數(shù) Q 標(biāo)準(zhǔn)狀況下風(fēng)機(jī)前風(fēng)量 829 504m3 h tP 風(fēng)機(jī)前煙氣溫度 150 C B 當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?108 75kPa 16 hmQy 27 135 082731504 891 3 3 4 2 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的計算 BtShHypyy 9 2 式中 1 2 風(fēng)機(jī)備用系數(shù) 系統(tǒng)總阻力 Pa h 煙囪抽力 PayS 風(fēng)機(jī)前煙氣溫度 150 Cpt 風(fēng)機(jī)性能表中給出的試驗(yàn)用氣體溫度 250 Cy 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣密度 kg m 3 結(jié)果為 Hy 3686 Pa 3 4 3 電動機(jī)功率的計算 21036 yQNe 式中 風(fēng)機(jī)風(fēng)量 m 3 hyQ 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓 PaH 風(fēng)機(jī)在全壓頭時的效率 一般風(fēng)機(jī)為 0 6 高效風(fēng)機(jī)約為 0 9 1 機(jī)械傳動效率 當(dāng)風(fēng)機(jī)與電機(jī)直聯(lián)傳動時 1 用聯(lián)軸器連接時 0 95 2 2 2 0 98 用 V 型帶傳動時 0 952 電動機(jī)備用系數(shù) 對引風(fēng)機(jī) 1 3 對于引風(fēng)機(jī)取 1 3 1 0 7 2 0 98 17 kwNe6 298 07136032 參考文獻(xiàn) 1 大氣污染控制工程 第二版 郝吉明 馬廣大主編 高等教育出版社 2 環(huán)保設(shè)備設(shè)計手冊 周興求 葉代啟主編 化學(xué)工業(yè)出版社 3 化工原理 姚玉英編 天津科學(xué)技術(shù)出版社 4 化工工藝設(shè)計手冊 醫(yī)藥農(nóng)藥工業(yè)設(shè)計組編 上?；瘜W(xué)工業(yè)出版社 5 化工設(shè)備設(shè)計手冊 上海人民出版社 6 三廢處理工程技術(shù)手冊 廢氣卷 化學(xué)工業(yè)出版社 7 李喜 李俊 煙氣脫硫技術(shù)研究進(jìn)展 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2006 8 5 6