大气专业课程设计.doc

课程设计 大气污染控制工程作 者：李明悦班 级：w060708学 号：224103指导老师：高辉摘要：此次课程设计题目是蒸发量为20t/h燃煤锅炉烟气除尘脱硫装置设计。关键设计内容包含依据锅炉生产能力、燃煤量、煤质等数据计算烟气量、烟尘浓度和so2浓度；依据排放标准论证选择除尘系统和确定旋风除尘器型号，并计算旋风除尘器各部分尺寸；依据粉尘粒径分布数据计算所设计旋风除尘器分割粒径、分级效率和总效率；确定二级除尘设备型号，计算设备关键尺寸，计算除尘系统总除尘效率及粉尘排放浓度，并对锅炉烟气脱硫工艺进行论证选择，其中初步设计要求绘制旋风除尘器结构图和烟气净化图各一张，设计深度为通常初步设计深度。关键词：蒸发量、烟气量、烟尘浓度、so2、旋风除尘器目录第一章、设计任务书第一节、课程设计题目第二节、设计原始材料第二章、设计方案选择确定第一节、 除尘系统论证选择第二节、旋风除尘器第三节、布袋除尘器第三章、锅炉烟气脱硫装置论证选择 第一节、脱硫工艺及脱硫吸收器比较选择第二节、 脱硫吸收器比较选择第三节、 脱硫除尘原理第四节、 脱硫除尘工艺设计第五节、 风机和泵选择及节能设备第四章、结果综合评价 第一节、方案优势 第二节、方案可持性第一章、设计任务书第一节、课程设计题目设计蒸发量为20t/h燃煤锅炉烟气除尘脱硫装置第二节、设计原始材料 1、.煤工业分析以下表（质量比，含N量不计）：低位发烧量（KJ/Kg）CHSO灰分水分2093965.7%3.2%1.7%2.3%18.1%9.0% 2、锅炉型号：FG-35/3.82-M型3、锅炉热效率：75%4、空气过剩系数：1.25、水蒸发烧：2570.8KJ/Kg6、烟尘排放因子：30%7、烟气温度：473K8、烟气密度：1.18kg/m39、烟气粘度：2.4106 pas10、尘粒密度：2250kg/m311、烟气其它性质按空气计算12、烟气中烟尘颗粒粒径分布：平均粒径/m0.537.5152535455560粒径分布/%32015201610637 13、按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-）中二类区标准实施： 标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m3； 标准状态下SO2排放标准：900mg/m3。第二章、设计方案选择确定第一节、除尘系统论证选择 （1）锅炉烟气含尘、含硫量计算利用低位发烧量、锅炉热效率、水蒸发烧求需煤量，以下：蒸发量为20t/h锅炉所需热量为：2570.820103=51.4106KJ/h需煤量：（51.4106）/(2093975%)=3.3103（Kg/h）=3.3t/h设1kg燃煤燃烧为基础，则：以下表： 燃料成份名称可燃成份含量()可燃成份量()理论需氧量/mol废气中组分/molCHSO水灰分65.73.21.72.39.018.154.75160.5354.7580.53-0.7554.75 CO216 H2O0.53 SO25 H2O累计62.56理论烟气量：62.56+62.560.79/0.21=297.9 (mol/kg)在标准状态下体积为：297.922.410-3=6.67 (m3/kg)理论废气量：62.560.79/0.21+54075+16+0.53+5+311.62mol/kg在标准状态下理论废气体积：311.6222.410-3=6.98 (m3)在标准状态下实际烟气体积：6.98+6.67（1.2-1）=8.31 (m3)SO2浓度：C=4082 mg/m3烟尘浓度：C=6534 mg/m3在473T时实际烟气量: Q=47951 m3/h（2）烟尘除尘效率计算按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-）,可计算出：烟尘除尘效率要达成：97（3）SO2 脱硫效率计算按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-）计出SO2 脱硫效率要达成：78（4）方案初步设计 先用二级除尘系统除尘（一级预除尘用旋风除尘、二级用袋式除尘器），再用旋流板塔氧化镁法脱硫。注：考虑到压损过大对除尘器不利影响和对操作要求高，作为一级预除尘除尘要求不高，所以，确旋风除尘器型号时要求阻力小于900Pa。第二节、旋风除尘器 （1）旋风除尘器工作原理、应用及特点 A旋风除尘器是利用旋转气流所产生离心力将尘粒从合尘气流中分离出来除尘装置。它含有结构简单，体积较小，不需特殊隶属设备，造价较低阻力中等，器内无运动部件，操作维修方便等优点。旋风除尘器通常见于捕集5-15微米以上颗粒除尘效率可达80以上，多年来经改善后特制旋风除尘器其除尘效率可达95以上。旋风除尘器缺点是捕集微粒小于5微米效率不高 B旋风除尘器内气流和尘粒运动概况： 旋转气流绝大部分沿器壁自圆简体，呈螺旋状由上向下向圆锥体底部运动，形成下降外旋含尘气流，在强烈旋转过程中所产生离心力将密度远远大于气体尘粒甩向器壁，尘粒一旦和器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度动量和本身重力沿壁面下落进入集灰斗。旋转下降气流在抵达圆锥体底部后沿除尘器轴心部位转而向上形成上升内旋气流，并由除尘器排气管排出。 自进气口流人另一小部分气流，则向旋风除尘器顶盖处流动，然后沿排气管外侧向下流动，当达成排气管下端时，即反转向上随上升中心气流一同从诽气管排出，分散在其中尘粒也随同被带走。（2）旋风除尘器结构设计及选择 1、尺寸计算A烟气处理量：Q=47951 (m3/h)B初步选择XLP/B型旋风除尘器，处理烟气量大，将选择10个并联，取=5.8每个烟气处理量：47951/10=4795.1 (m3/h)在这里取u=16.2m/s、P=876900 进口面积 A=Q/3600u1= 4795.1/（16.23600）=0.0822m2依据XLP/B型旋风除尘器尺寸百分比 入口高度 h=（2A）0.5=0.045m入口宽度 b=(A/2)0.5=0.202m筒体直径 D=3.33b=0.673m=673mm参考XLP/B型旋风除尘器产品系列，取D=700mm,de=0.6D=0.6700=420mmL=1.7D=1.7700=1190mmH=2.3D=2.3700=1610mmd1=0.43D=0.43700=301mmXLP/B型旋风除尘器外形尺寸C 选型论证 ab=0.0882m2u=Q/A=15.1m/sP=u2/2=780.2 因为采取是并联，所以要乘一个压力系数改变：780.21.1=859 Pa900 Pa 符合要求。（3）XLP/B型旋风除尘器分割粒径、分级效率和总效率计算： bc50=0.27( D/3.14(p- )u=6 (m)平均粒径/m0.537.5152535455560粒径分布/32015201610637分级效率/13.335.954.970.981.987.991.694100总效率/67.2 经过预除尘后（一级处理），烟尘浓度是：6534（1-67.2）=2144 mg/m3二级除尘效率将要达成：（2144-200）/2144=90.67%（4）二级除尘设备论证选择在选择除尘技术时，应充足考虑经济性、可靠性、适用性和社会性等方面影响。除尘技术确实定受到当地条件、现场条件、燃烧煤种特征、排放标准和需要达成除尘效率等多个原因影响。针对现在环境保护要求、污染物排放费用征收情况和静电除尘器和布袋除尘器在性能上差异和在各行各业应用实际情况，对两种除尘器在实际应用中基础性能做一个简单客观对比： 1）除尘效率 布袋除尘器：对人体有严重影响重金属粒子及亚微米级尘粒捕集更为有效。通常除尘效率可达99.99%以上，排放烟尘浓度能稳定低于50mg/Nm3，甚至可达10 mg/Nm3以下，几乎实现零排放。 从现在电力行业燃煤锅炉应用情况来看，布袋除尘器排放能确保在30 mg/Nm3以下。呼和浩特电厂两台200MW机组锅炉烟气净化采取了布袋除尘器，从CEMS系统长久自动监测结果和权威检测单位测试人员人工采样测试结果来看，排放浓度均低于27 mg/Nm3。 电除尘器：伴随国家环境保护标准深入提升和越来越多电厂燃用低硫煤（或经过了高效脱硫），比电阻大，即使达标也变得越来越困难。而布袋除尘器过滤机理决定了它不受燃烧煤种物化性能改变影响，含有稳定除尘效率。针对现在国家环境保护排放标准和排放费用征收措施，布袋除尘器所带来经济效益是显而易见。2）系统改变对除尘器影响 燃煤电厂煤种相对稳定，但也不能避免碰到煤种或煤质发生改变时候；锅炉系统是一个常常变动和调整系统，所以从锅炉中出来烟气物化性能、烟尘浓度、温度等参数也不能确保不发生改变。这一系列改变，针对不一样除尘器会引发显著不一样改变。下面从关键多个方面进行对比： （1）送、引风机风量不变，锅炉出口烟尘浓度改变A除尘器： 烟尘浓度改变只引公布袋除尘器滤袋负荷改变，从而造成清灰频率改变（自动调整）。烟尘浓度高滤袋上积灰速度快，对应清灰频率高，反之清灰频率低，而对排放浓度不会引发改变。B对静电除尘器： 烟尘浓度改变直接影响粉尘荷电量，所以也直接影响了静电除尘器除尘效率，最终反应在排放浓度改变上。通常烟尘浓度增加除尘效率提升，排放浓度会对应增加；烟尘浓度减小除尘效率降低，排放浓度会对应降低。 （2）锅炉烟尘量不变，送、引风机风量改变 A对布袋除尘器： 因为风量改变直接引发过滤风速改变，从而引发设备阻力改变，而对除尘效率基础没有影响。风量加大设备阻力加大，引风机出力增加；反之引风机出力减小。B对静电除尘器： 风量改变对设备没有什么太大影响，不过静电除尘器除尘效率随风量改变很显著。若风量增大，静电除尘器电场风速提升，粉尘在电场中停留时间缩短，即使电场中风扰动增强了荷电粉尘有效驱进速度，不过这不足以抵偿高风速引发粉尘在电场中驻留时间缩短和二次扬尘加剧所带来负面影响，所以除尘效率降低很显著；反之，除尘效率有所增加，但增加幅度不大。 （3）温度改变 A对布袋除尘器： 烟气温度太低，结露可能会引发“糊袋”和壳体腐蚀，烟气温度太高超出滤料许可温度易“烧袋”而损坏滤袋。不过假如温度改变是在滤料承受温度范围内，就不会影响除尘效率。引发不良后果温度是在极端温度（事故/不正常状态）下，所以对于布袋除尘器就必需设有对极限温度控制有效保护方法。B对静电除尘器： 烟气温度太低，结露就会引发壳体腐蚀或高压爬电，不过对除尘效率是有好处；烟气温度升高，粉尘比电阻升高不利于除尘。所以烟气温度直接影响除尘效率，且影响较为显著。第三节、布袋除尘器 1、袋式除尘器工作原理、应用及特点常见袋式除尘器有简易袋除尘器、机械振打袋式除尘器、脉冲喷吹袋式除尘器和气环式袋式除尘器。（1）机械振打袋式除尘器是利用机械装置使滤袋产生振动而清灰袋式除尘器。这类除尘器特点是施加于粉尘层动能较少而次数较多，所以要求滤料薄而光滑，质地柔软，有利于传输振动，在过滤面上生成足够振动力。结构及工作原理 中部振打袋式除尘器，又称ZX型袋式除尘器。基础部件由滤袋、箱体、灰斗、振打清灰装置、进出风管及螺旋输送机等部分组成。含尘气体由灰斗上部进入，然后向上进入滤袋，粉尘积于滤袋内表面，净气经滤料由阀箱向外排出。箱体由隔板分成相等滤袋数目标多个仓，袋底开口，并固定于底板短管上，袋顶由帽盖封闭，并悬吊在振打机构吊架上。箱体顶盖上装有阀箱及振打机构。特点：含有较高、稳定除尘效率和较低阻力，结构简单，滤袋装卸方便，维护轻易，应用范围较广，适适用于常温气体过滤。（2）脉冲袋式除尘器 脉冲袋式除尘器有侧喷脉冲、顺喷脉冲、对喷脉冲、气箱脉冲、大型分室脉冲、旁插扁袋脉冲、离线脉冲、回转清灰脉冲袋式除尘器等多个形式。 工作原理:含尘空气进气口进入除尘箱，因气体忽然扩张，流速骤然降低，颗料较粗粉尘，靠其自重力向下沉降，落入灰斗。细小粉尘经过多种效应被吸附在滤袋外壁，经滤袋过滤后净化空气，经过文氏管进入上箱体，从出气口排出，被吸附在滤袋外壁粉尘，伴随时间增加，越积越厚，除尘器阻力逐步上升，处理气体量不停降低，为了使除尘器常常保持有效状态，设备阻力稳定在一定范围内，就需要清除吸附在滤袋外面积灰。消灰过程是由控制仪按要求要求对各个电磁脉冲阀发出指令，依次打开阀门，次序向各组滤袋内喷吹高压空气。于是，气包内压缩空气经由喷吹管孔眼穿过文氏管进入滤袋（称为一次风）。而当喷吹高速气流经过文氏管引射器一刹那，数在一次周围空气被诱导同时进入袋内（称二次风）。因为这一、二次风形成一股和过滤气流相反强有力逆向气流射入袋内，使滤袋在一瞬间急剧从收缩膨胀收缩，和气流反向作用，逐将吸附在袋壁外面粉尘清除下来。因为清灰时向袋内喷吹高压空气是在几组滤袋间依次进行，并不切断需要处理含尘空气。所以在清灰过程中，除尘器压力损失和被处理含尘气体量全部几何不变。这一点就是脉冲袋式除尘器优异性之一。特点:清灰方法作用强度很大，而且其强度和频率全部能够调整，所以清灰效果好。( 3 )气环式风袋式除尘器含尘气体从上部进入顶部分布室，均匀进入各个滤袋内，净化后气体经排气管排出。吸附在滤袋内壁粉尘和纤维缝中粉尘，被气环箱喷出高速空气吹落，吹落粉尘沉降到集灰斗中，经输送机械送走。气环箱紧贴滤袋靠机械传动装置作周期性上下移动，每移动一次，即完成一次清灰过程。 气环反吹袋式除尘器关键特点：适适用于高湿度、高浓度含尘气体；可采取小型高压鼓风机作为气源，过滤风速大，投资省，因为装在机体外部，所以维修管理方便；不需要高精度控制仪表，造价较低。关键缺点：气环箱上下移动时紧贴滤袋，使滤袋磨损加紧，故障率较高。它性能如见下表：除尘种类概略除尘效率适用净化程度经济指标使用年限粒径/m投资耗钢量/其它（水、电、压缩空气）11简易袋除尘器中细净化较大较少少许电能取决于滤布性能机械振打袋式较大.少许电能脉冲喷吹袋式中.少许电能及压缩空气气环式袋中综合比较，将选择旋风除尘器来设计。第三章、锅炉烟气脱硫装置论证选择 现在, 世界上烟气脱硫工艺有上百种, 但含有实用价值工艺仅十多个。依据脱硫反应物和脱硫产物存在状态可将其分为湿法、干法和半干法 3 种。湿法脱硫工艺应用广泛, 占世界总量 85.0%, 其中氧化镁法技术成熟, 尤其对中、小锅炉烟气脱硫来说, 含有投资少, 占地面积小, 运行费用低等优点, 很适合中国国情。 采取湿法脱硫工艺, 要考虑吸收器性能, 其性能优劣直接影响烟气脱硫效率、系统运行费用等。旋流板塔吸收器含有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点, 能够快速吸收烟尘, 含有很高脱硫效率。第一节、脱硫工艺及脱硫吸收器比较选择（1）脱硫除尘工艺比较选择（见下表）项目石灰石/ 石膏湿法脱硫工艺双碱法脱硫工艺氧化镁脱硫 工艺喷雾干燥法脱硫工艺氨法脱硫工艺循环流化床脱硫工艺工艺形式湿 法湿 法湿 法半干法干法干法脱硫剂石灰 石镁基和 钠基石灰氧化镁石灰氨石灰石副产物状态湿 态湿 态湿 态干态干态干态烟煤含硫量无 限 制可适用 高硫煤 1% 左右无限制中、低 硫煤高 硫煤中、低硫煤脱硫率高高高通常高通常适 用 范 围大容量最大装机容量1000MW大容量试验 中等 容量最大 200MW 机组中、小容量投 资中中低中低中运行费中低低高低中脱硫工艺湿 法半干法干法石灰石/ 石膏湿法钠法双碱法氧化镁氨法海水法喷雾干燥法炉内喷钙循环流化床等离子体脱硫效率90-9890-9890-9890-9890-9870-9070-8560-7560-9090吸收剂CaCO3NaOHNaCO3NaOHMg(OH)2CaOMgONH3海水CaOCaOCaONH3可靠性高高高高通常高通常通常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结垢易结垢不结垢堵塞堵塞不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第二节、脱硫吸收器比较选择 脱硫吸收器选择标准, 关键是看其液气接触条件、设备阻力和吸收液循环量。脱硫吸收器比较选择下表所表示。吸收器类型持液量逆流接触防堵性能操作弹性压降除尘性能喷淋塔低是差好低差筛板塔高是中中高好填料塔中是差好中差湍球塔高是差差高好旋流板塔高是好好低好吸收设备中: 喷淋塔液气比高, 水消耗量大; 筛板塔阻力较大, 防堵性能差; 填料塔防堵性能差, 易结垢、黏结、堵塞, 阻力也较大; 湍球塔气液接触面积即使较大, 但易结垢堵塞, 阻力较大。相比之下, 旋流板塔含有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点, 适适用于快速吸收过程, 且含有很高脱硫效率。所以, 选择旋流板塔脱硫吸收器。第三节、脱硫除尘原理（1）氧化镁法脱硫原理氧化镁法脱硫关键原理:在洗涤中采取含有MgO浆液作脱硫剂,MgO被转变为亚硫酸镁(MgSO3) 和硫酸镁 (MgSO4),然后将硫从溶液中脱除。氧化镁法脱硫工艺有以下特点:A 、氧化镁法脱硫工艺成熟, 现在日本、中国台湾应用较多, 中国多年有部分项目也开始应用。B、脱硫效率在 90.0%95.0%之间。C 、脱除等量 SO2, MgO消耗量仅为 CaCO3 40.0%。D 、要达成 90.0%脱硫效率, 液气比在 35L/m 3之间,而石灰石-石膏工艺通常要在1015L/m 3之间。E、 中国 MgO储量约 80 亿 t, 居世界首位, 生产量居世界第一。第四节、脱硫除尘工艺设计（1）关键设计参数 关键设计参数: 处理烟气量 47951 m3/h; 烟气温度 150160; 脱硫除尘塔入口烟温 150160;脱硫除尘塔出口烟温55 ; 脱硫塔入口烟气 SO2 浓度 4082mg/m3(计算值); 脱硫效率83.0% (设计值); 脱硫剂氧化镁粉200 目, 纯度90.0%; 液气比 23 L/m3; 脱硫剂耗量23 kg/h (max); 脱硫剂浆液浓度 10.0% 。除尘效率86% (设计值)。 （2）脱硫除尘工艺设计说明 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。锅炉烟气从烟道切向进入主塔底部, 在塔内螺旋上升中和沿塔下流脱硫液接触, 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, 进行气液两相接触, 完成脱硫除尘后从塔底流出, 经过明渠流到综合循环池。 （3）脱硫剂制备系统工艺步骤设计说明脱硫剂 MgO 乳液制备系统关键由螺旋给料机、乳液贮槽、搅拌机、乳液泵等组成。 （4）脱硫除尘工艺设备设计说明 旋流板塔：脱硫除尘塔 (旋流板塔) 塔体采取麻石砌筑, 主塔平台、支架、梯子等为碳钢,塔内件包含喷头、旋流板、脱水器、检修孔、支架、接管, 这些物件均采取 316 L不锈钢材质, 以确保整套装置使用寿命。设备外径为 2 540 mm (塔壁厚 220 mm), 高度为 17 000 mm。（5）烟气排放分析经湿法脱硫洗涤净化后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, 采取蒸汽再热器提升烟气扩散温度 (80 )后经烟囱排放。经过对锅炉烟气污染物净化, 最终排放烟气中污染物浓度估计为: SO2500mg/m3，烟尘100mg/m3。第五节、风机和泵选择及节能设备 通风机选择G4-73-11-No11D型 （转速(r/min)：730） 2个 引风机选择Y4-73-11-No12D型 （转速(r/min)：960） 1个 水泵 5个乳液水泵 1个热交换器 1个第四章、结果综合评价第一节、方案优势 1、最终排放烟气中污染物浓度估计为: SO2500mg/m3，烟尘100mg/m3。不仅低于排放标准，而且在以后内排放标准再严格也有适用。2、经过一级除尘后，除去大部分粗粉尘，对后面二级除尘起了很大作用。除尘效果愈加好，对二级除尘器损害，有 很好保护，从而降低对仪器维修费用，提升仪器使用寿命。3、 经过二级除尘，设计总除尘效率达成96，降低压损，降低对滤袋、除尘仪器全部有不利影响，降低仪器操作要求和运行耗能。为企业发明更多收益。4、废气经过二级除尘系统后，除尘效率能够达成97以上，已达成烟尘排放标准（200mg/m3），再经过后面旋流板塔氧化镁湿法脱硫工艺，估计能够达成99，使用本方案烟尘排放不会超标。第二节、方案可持性1.经过二级除尘，设计总除尘效率达成96，降低压损，降低对滤袋、除尘仪器全部有不利影响，降低仪器操作要求和运行耗能。同时也为以后排放标准更为严格留了很大空间。2. 除尘系统过于复杂庞大，总体站面积大，维护维修量大，一次性投资大，又加上投资周转回报慢，对通常中小型生产单位难于承受。 3.脱硫产物利用和回收，在传统上大多是采取抛弃法，现在这方面市场有待开发，依据当地域盛产甘蔗、香蕉，能够在作肥料这方面开发。 4.所以能够考虑，现在不 用二级除尘，而是只经过一级初处理后（使用旋风除尘器，提升风速，使除尘效率达成85），直接进入脱硫工艺，加强旋流板塔氧化镁湿法脱硫除尘效率，使除尘脱硫全部能够达标，产物能够直接作肥料。这么能够省去本方案中二级处理投资费用，降低仪器维护维修费用，也降低能耗。从而达成既能够达标排放，又能够节省成本，提升企业盈利。5.改善关键点 1）一级初处理使用旋风除尘器，使用大功率风机，提升入口风速，使除尘效率达成85。 2）在气体进旋流板塔前，加个文丘里管，使切入速度加大，气体分散，使气液更充足接触