燃煤锅炉房除尘脱硫系统标准设计.doc

课程设计说明书

某燃煤锅炉房除尘脱硫系统设计

专业： 环境工程13-1
姓名： 陈启帆
学号： 23

6 月

目 录
1 概述 2
1.1设计目标 2
1.2设计原始资料 2
1.3设计内容 3
2 燃煤锅炉排烟量，烟尘浓度、二氧化硫浓度计算 4
2.1标准状态下理论空气量 4
2.2标准状态下理论烟气量 4
2.3标准状态下实际烟气量 4
2.4标准状态下烟气含尘浓度 5
2.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度计算 5
3 除尘器选择 7
3.1除尘器应该达成除尘效率 7
3.2除尘器选择 7
3.3脱硫设备设计和计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈8
4 确定除尘器、风机和烟囱位置及管道部署 12
4.1各装置及管道部署标准 12
4.2管径确实定 12
5烟囱设计 13
5.1烟囱高度确实定 13
5.2烟囱直径计算 13
5.3烟囱抽力 14
6 系统阻力计算 15
6.1摩擦压力损失 15
6.2局部压力损失 16
7风机和电动机选择及计算 19
7.1标准状态下风机风量计算 19
7.2风机风压计算 19
7.3电动机功率计算 20
参考文件 21

1 概述
1.1设计目标
经过本课程设计综合训练，使环境工程专业学生掌握《大气污染控制工程》课程所要求基础设计方法，含有初步大气污染控制工程方案及设备独立设计能力，锻炼学生查阅和搜集专业资料和设计手册技能，培养学生综合利用所学理论知识独立分析和处理大气污染控制工程实际问题实践能力。

1.2设计原始资料
1、锅炉耗煤及排烟情况
锅炉型号：SZL8-1.25型（共3台）
燃煤量：1196 kg/h（台）
烟气出口处离地面2.5m
排烟温度：160℃
烟气密度（标态）：1.304kg/m3
空气过剩系数：1.40
飞灰占煤中不燃分分百分比：19%
2、煤质分析
CY=65.5%，HY=5.5%，OY=4.5%，NY=1%，
SY=1%，AY=15.5%，WY=6%，VY=1%
3、粉尘粒径分布
粒径（μm）
15~25
8~15
5~8
3~5
1~3
≤1
含量（%）
3.6
4.8
49.2
37.1
4.2
1.1
4、气象资料
当地气象资料显示：该地域年平均气压97.86kPa；空气中含水（标态）：0.0129kg/m3；年平均气温18.6 ℃；极端最高气温38.5 ℃；极端最低气温-1 ℃。

出口烟气按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-）中二类标准实施。
烟尘浓度排放标准（标准状态下）：50mg/m3
二氧化硫排放标准（标准状态下）：300mg/m3

1.3设计内容

1、基础物料衡算：计算燃煤锅炉排烟量、烟尘浓度、二氧化硫浓度及净化效率计算；
2、净化系统工艺方案确实定；
3、关键设备尺寸计算；
4、管网部署及计算：确定各装置位置及管道部署，并计算各管段管径、长度、烟囱高度和出口内径及系统总阻力。
5、 风机及电机选择设计：依据净化系统处理烟气量、烟气温度及系统总阻力等计算，选择风机种类、型号及电动机种类、型号和功率。
6、 编写设计说明书，约1～1.5万字。
7、图纸要求：
（1）除尘系统图一张（推荐图幅A2）。系统图应按百分比绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。
（2）除尘系统平面图一张（推荐图幅A2）。
2 燃煤锅炉排烟量、烟尘和二氧化硫浓度计算
ç÷
2.1标准状态下理论空气量
建立煤燃烧假定：
1. 煤中固定氧可用于燃烧；
2. 煤中硫关键被氧化为 SO2；
3. 不考虑NOX生成；
4. 煤中N在燃烧时转化为N2。
标准状态下理论空气量：
æö
m³/kg
式中
=65.5%，=5.5%，=1%，=4.5%——分别为煤中各元素所含质量分数。
结果为
=7.02 m³/kg
2.2标准状态下理论烟气量
标准状态下理论烟气量：
m³/kg
式中
——标准状态下理论空气量，；
——煤中水分所占质量分数，6%；
——N元素在煤中所占质量分数，1%。
结果为
=7.59
2.3标准状态下实际烟气量
标准状态下实际烟气量：
m³/kg
式中
——空气过量系数； 1.40
——标准状态下理论烟气量，；
——标准状态下理论空气量，；
标准状态下烟气流量应以计，所以，

结果为
=10.44

2.4标准状态下烟气含尘浓度
标准状态下烟气含尘浓度：

kg/m³
式中
——排烟中飞灰占煤中不可燃成份质量分数，19%；
——煤中不可燃成份含量；15.5%
——标准状态下实际烟气量，。
结果为
C=0.00282 =2820
2.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度计算
mg/m³
式中
——煤中含可燃硫质量分数；1%
——标准状态下燃煤产生实际烟气量, 。
结果为 =1915.7
3 除尘器选择
3.1除尘器应该达成除尘效率

——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要求值，。
结果为
=98.2%
脱硫效率计算：

式中： —标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中要求值为300。
—标准状态下二氧化硫浓度1915.7；

3.2除尘器选择
工况下烟气流量：
m³/h
式中
——标准状态下烟气流量，
——工况下烟气温度，K
——标准状态下温度，273 K
结果为
= 19804

依据工况下烟气量、烟气温度及要求达成除尘效率确定除尘器：选择LDB-70脉冲袋式除尘器，产品性能规格见表3.1

型号
过滤面积/㎡
袋数量/条
滤袋规格/（φ×L）
设备阻力/Pa
过滤效率（%）
入口含尘浓度/（g/m³）
过滤风速/（m/min）
LDB-70
132
90
120×5000
＜1200
99.50%
＜15
1～3

外形尺寸（长×宽×高）/mm
设备质量/kg
喷吹压力
处理风量/（m³/h）
脉冲数量/个
脉冲控制仪
×2200×8000
2700
（20～40）×104
8000～23700
20
电控
表3.1LDB-70脉冲袋式除尘器产品性能规格

依据资料得滤袋规格为直径×高：120×5000mm，外形尺寸为长×宽×高：×2200×8000mm。
（4）袋径及长径比
袋径取d=0.12m，滤袋长度取L=5m，则长径L/D=5/0.12=41.6
（5）.工艺中袋式除尘器中滤料面积计算

（6）确定滤袋尺寸：直径d=0.12m，高度l=5m，则每条滤袋面积a：

滤袋条数：

过滤面积为A'=88×1.88=165.4
（7）核实过滤气速

在2-5m/min范围内，符合要求。

除尘器入口烟气高度设为3m，出口烟气高度为7m

3.3 脱硫设备设计和计算
1.石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术原理
将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔和烟气充足接触混合，烟气中二氧化硫和浆液中碳酸钙和从塔下部鼓入空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达成一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。因为吸收塔内吸收剂浆液经过循环泵反复循环和烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%。
采取石灰/石灰石浆液吸收烟气中SO2，分为吸收和氧化两个阶段。先吸收生成亚硫酸钙，然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙(即石膏)。该方法实际反应机理是很复杂，现在还不能完全了解清楚。这个过程发生反应以下。
吸收：

因为烟气中含有，所以吸收过程中会有氧化副反应发生。
氧化：在氧化过程中，关键是将吸收过程中所生成氧化称为：

因为在吸收过程中生成了部分，在氧化过程中，亚硫酸氢钙也被氧化，分解出少许：

设备运行过程中问题及出现这种问题原因：
（1）设备腐蚀：化石燃料燃烧排烟中含多个微量化学成份。在酸性条件下，对金属腐蚀性相当强，包含吸收塔、言其后续设备。
（2）结垢和堵塞：固体沉积关键以三种方法出现：湿干结垢，即因溶液水分蒸发而使固体沉积；或沉积或结晶析出；或从溶液中结晶析出。其后是造成脱硫塔内发生结构关键原因。
（3）除雾器堵塞：液体中小液滴，颗粒物进入除雾器，引发堵塞。处理方法：定时(每小时数次)用高速喷嘴喷清水进行冲洗。

2.石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术工艺步骤
石灰石/石灰法湿式烟气脱硫技术工艺步骤。锅炉烟气经除尘、冷却后送入吸收塔，吸收塔内用调配好石灰石或石灰浆液洗涤含烟气，洗涤净化后烟气经除雾和再热后排放。吸收塔内排出吸收液流入循环槽，加入新鲜石灰石或石灰浆液进行再生。
3.吸收塔内流量计算
假设吸收塔内平均温度为80，压力为120KPa，则吸收塔内烟气流量为：

式中：
—吸收塔内烟气流量，；
—标况下烟气流量，；
4.吸收塔径计算
依据石灰石烟气脱硫操作条件参数，可选择吸收塔内烟气流速，则吸收塔截面A为：

则塔径d为：

取塔径。
5.吸收塔高度计算
吸收塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。
（1）吸收区高度：依据石灰石法烟气脱硫操作条件参数得，设吸收塔喷气液反应时间t=3s，则吸收塔吸收区高度为：
吸收区通常设置3～6 个喷淋层，每个喷淋层全部装有多个雾化喷嘴，本设计中设置4 个喷淋层，喷淋层间距为2m，入口烟道到第一层喷淋层距离为2m， 最终一层喷淋层到除雾器距离1m。
（2）除雾区高度：除雾器用来分离烟气所携带液滴,在吸收塔中,由上下两极除雾器(水平或菱形) 及冲水系统(包含管道、阀门和喷嘴等) 组成。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最终一层喷淋层到除雾器距离1m,除雾器高度为2.5m ,除雾器到吸收烟道出口距离为0.5m。
则取除雾区高度为：
（3）浆池高度：浆池容量按液气比浆液停留时间确定：

式中：—液气比，通常为15～25，取16；
Q—标况下烟气量，；
—浆液停留时间，s，通常为，本设计中取值为；
选择浆池直径等于吸收塔，本设计中选择浆池直径为mm，然后再依据计算浆池高度：

式中：—浆池高度，m；
—浆池容积，；
从浆池液面到烟气进口底边高度为0.82m。本设计中取为1.2m（4）喷淋塔烟气进口高度设计：
喷淋塔烟气进口高度，烟气出口高度和进口高度相同

（5）吸收塔高度：

4 确定除尘器、风机和烟囱位置及管道部署
4.1各装置及管道部署标准
依据锅炉运行情况及锅炉现场实际情况确定各装置位置。一旦确定各装置位置，管道部署也就基础能够确定了。对各装置及管道部署应努力争取简单、紧凑、管路短、占地面积小，并使安装、操作和检修方便。
4.2管径确实定
管道直径：

式中
——工况下管道内烟气流量，
——烟气流速 m/s (对于锅炉烟尘=10-15 m/s)取=14 m/s
结果为
m
圆整并选择风道:
表4.5 风道直径规格表
外径D/mm
钢制板风管
外径许可偏差/mm
壁厚/mm
700
±1
1
内径 :
700-2×1=698mm
由公式

可计算出实际烟气流速：
m/s
5烟囱设计
5.1烟囱高度确实定
首先确定共用一个烟囱全部锅炉总蒸发量（t/h），然后依据锅炉大气污染物排放标准中要求（表5.1）确定烟囱高度。
表5.1 锅炉烟囱高度
锅炉总额定出力/(t/h)
<1
1-2
2-6
6-10
10-20
20-35
烟囱最低高度/m
20
25
30
35
40
45
锅炉总额定出力：3×8=24（t/h）,故选定烟囱高度为45 m
5.2烟囱直径计算
烟囱出口内径可按下式计算：
m
式中
——经过烟囱总烟气量，；
——按表5.2选择烟囱出口烟气流速，m/s
表5.2烟囱出口烟气流速/ (m/s)
通风方法
运行情况
全负荷时
最小负荷时
机械通风
10-20
4-5
自然通风
6-10
2.5-3
选定=4m/s
结果为 :
= 2.29m
取d=2.3 m。
烟囱底部直径：
(m)
式中
——烟囱出口直径，m；
——烟囱高度，m；
——烟囱锥度（通常取i=0.02-0.03）。
取i=0.02
结果为:
d==4.1（m）
5.3烟囱抽力
(Pa)
式中
——烟囱高度，m；
——外界空气温度， °C
——烟囱内烟气平均温度，°C
——当地大气压，Pa。
结果为:

烟囱烟气入口高度和风机水平。
6 系统阻力计算
6.1摩擦压力损失
（1）对于圆管：
Pa
式中
——摩擦阻力系数（实际中对金属管道可取0.02.对砖砌或混凝土管道可取0.04）。
——管道直径,m
——烟气密度，kg/m3
——管中气流平均速率, m/s
——管道长度,m
对于直径700mm圆管：
L=60m

结果为:
Pa

6.2局部压力损失
Pa
式中
——异形管件局部阻力系数，
——和相对应断面平均气流速率，m/s
——烟气密度，kg/m3
图中2为渐缩管。

图6.2 除尘器入口前管道示意图
≦45度时，=0.1，
取=45度，=14.2m/s
结果为：

L1=0.05×tan67.5=0.12（m）
图中三为渐阔管

查《大气污染控制工程》附表十一，并取=30度，则

图中1为渐扩管
≦45度时，=0.1，
取=30度，
=14.2m/s
结果为：

一共3处，所以损失为：8.1×3=24.3Pa
图中1、2均为90度弯头

D=700，取R=D
则=0.23
结果为：

两个弯头

一共9处总损失为37.2×9=334.8Pa
对于图中所表示T形三通管

V1l1
V2l2
V3l3
T形三通管示意图

=0.78

对于T形合流三通=0.55
结果为：

一共四处，总损失为：44.4×4=177.6Pa
系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力1128Pa）为:

7 风机和电动机选择及计算
7.1标准状态下风机风量计算

式中
1.1——风量备用系数，
——标准状态下风机前表态下风量，m3/h
——风机前烟气温度，若管道不太长，能够近似取锅炉排烟温度, °C
——当地大气压，kP
结果为
(m3/h)
7.2风机风压计算
Pa
式中
1.2——风机备用系数；
——系统总阻力，Pa；
——烟囱抽力，Pa
——风机前烟气温度，°C
——风机性能表中给出试验用气体温度，°C
——标准状态下烟气密度，kg/m3
结果为

依据Hy和Qy，选定Y6-41-11No9C型引风机

表7.2 Y6-41-11No9C引风机性能表
转速
/r/min
流量
/m3/h
全压
/Pa
内效率/%
所需功率/kw
1470
24803
3711
79
18.5

风机出口和入口烟气高度均设0.52m
7.3电动机功率计算

式中
——风机风量，m3/h
——风机风压，Pa
——风机在全压头时效率（通常风机为0.6，高效风机约为0.9）
——机械传动效率，当风机和电机直联传动时=1，用联轴器连接时=0.95—0.98，用V型带传动时=0.95
——电动机备用系数，对引风机，=1.3

依据电动机功率、风机转速、传动方法选定Y225S-4B3型电动机。

参考文件
[1] 周兴求主编。环境保护设备设计手册-大气污染控制设备。北京：化学工业出版社，
[2] 张殿印主编。除尘器手册。北京：化学改天出版社，
[3] 黄学敏主编。大气污染控制工程实践教程。北京：化学工业出版社，
[4] 陆耀庆主编。供暖通风设计手册。北京：中国建筑工业出版社，
[5]航天部第七研究设计院编。工业锅炉房设计手册。北京：中国建筑工业出版社，1986