35h燃煤锅炉烟气除尘脱硫装置设计教程文件.doc

35h燃煤锅炉烟气除尘脱硫装置设计

精品文档
目录

一、课程设计目的 2
二、方案比较与选择 2
2.1 方案比较 2
2.2 设计任务书 3
三、工艺计算设计 4
3.1烟气计算 4
3.2文丘里除尘器的设计计算 5
3.3烟气冷却需冷却水计算 6
3.4脱硫旋流板的设计 7
3.5除雾板的设计 11
3.6旋流板的制作与组装 11
3.7 碱液系统计算和水泵选择 12
3.8 冷却水泵的选择 13
3.9 风机的选择 13
四、设计总结..................................................................................................................................13

35/h燃煤锅炉烟气除尘脱硫装置设计

一、课程设计目的
我国的环境污染非常严重，二氧化硫排放是大气污染的主要污染源之一。由于电力企业是二氧化硫的排放大户，因此，控制二氧化硫的排放，成为电力环境治理的主要问题。通过对燃煤烟气中二氧化硫污染物净化系统的工艺设计，初步掌握气态污染物净化系统设计的基本方法，培养学生利用已学理论知识、综合分析问题和解决实际问题的能力、绘图能力以及使用设计手册和相关资料的能力。
二、方案比较与选择
2.1 方案比较
一般热电厂脱硫和除尘过程分别进行，除尘装备一般采用静电电除尘和布袋除尘。

静电除尘缺点：

(1)设备庞大，耗钢多，需高压变电和整流设备，通常高压供电设备的输出峰值 电压为70～100KV，故投资高。
(2) 制造、安装和管理的技术水平要求较高。
(3) 除尘效率受粉尘比电阻影响大，一般对比电阻小于104～105Ω·cm或大于1010～1011Ω·cm的粉尘,若不采取一定措施,除尘效率将受到影响.
(4) 对初始浓度大于30g/cm3的含尘气体需设置预处理装置.
(5) 不具备离线检修功能，一旦设备出现故障，或者带病运行，或者只能停炉检修。

布袋除尘缺点：
（1） 对于不同类型气体，应选用相应类型的布袋；且需要经常更换布袋，布袋消耗量较大。
（2） 收集湿度高的含尘气体时，应采取保湿措施，以免因结露而造成“糊袋”，因此布袋除尘气对气体的湿度有一定的要求。
（3） 阻力较大，一般压力损失为1000～1500Pa。
（4） 对于高温气体，必须采用降温措施。
（5） 接收粒径大的含尘气体时，布袋较易磨损。
对于小区供暖系统，所需锅炉设备和除尘脱硫装置无需太大，在小区附近占地面积尽量小，而静电除尘设备型号大，不适合于小区地段，且对粉尘有一定要求，所以静电除尘不可取。对于布袋除尘，经过一段时间后，需经常更换布袋，工作较繁琐，且对湿度有要求，又需增设除湿装置，所以布袋除尘不可取。
湿式除尘装备而言，除尘效果较好，对尘粒无过多要求。这里采用文丘里除尘器，它是湿式洗涤器中效率最高的一种除尘器，只是动力消耗比较大，无大碍。
又因尽量缩小占地面积，将文丘里洗涤器文氏管后的脱水装置改为旋流板塔，用于脱硫和除雾，实现一个装置多种效果，而且效率较高，并且减小了制作成本。
旋流板是一种喷射塔板，塔板形状如固定的风车叶片。气体通过叶片时产生旋转和离心运动，流体通过中间盲板被分配到各叶片，形成薄液层，与旋转向上的气流形成搅动，喷成细小液滴，碱液与烟气中的二氧化硫接触充分，传质效果好，用于除雾和除尘效果更为显著，这里利用旋流板的喷射装置用于烟气脱硫处理。

2.2 设计任务书
针对某北方城市一新建住宅小区的集中供暖系统的35t/h燃煤锅炉，设计一套湿法除尘脱硫装置，现拟采用文丘里装置作为除尘脱硫装置，在文丘里反应器后外加一立式烟气除雾器。
设计原始数据及相关具体参数如下：
燃用煤种的工业分析及元素分析：C：65.7%；S：3.2%；H：4.80%；O：2.3%。(含N量不计)，Vy=18.5%；Ay=25.5%；Qy=20500kJ/kg，耗煤量7.1t/h。
假设：锅炉炉膛出口到文丘里装置入口的管路阻力为800pa，进入文丘里除尘脱硫的烟气温度为150℃，文丘里出口的烟气温度为80℃；当地大气压力：冬季大气压为97.86kpa，平均气温为-6℃；夏季大气压为95.72kpa，平均气温为31℃；
碱液系统：
脱硫碱液pH值设为10，碱液池距离文丘里除尘脱硫装置为200m，期间有4个拐弯，液气比为1.2，文丘里喉部喷嘴选用压力式喷嘴，喷嘴出口压力为，文丘里装置水平放置，其中心线距离地面高度为1m。

三、工艺计算设计
3.1烟气计算
燃用煤种的工业分析及元素分析：C：65.7%；S：3.2%；H：4.80%；O：2.3%。(含N量不计)，Vy=18.5%；Ay=25.5%；Qy=20500kJ/kg，耗煤量7.1t/h。
以1kg煤燃烧为基础则，

质量/g 煤成分物质的量/mol 理论需氧量/mol
C 657 54.75 54.75
S 32 1 1
H 48 24 12
O 23 0.71875 -0.71875

则理论需氧量为 ：54.75+1+12－0.71875=67 mol/kg煤
所需要的理论空气量为：67×（3.78+1）=320.41 mol/kg 煤
即
设空气过剩系数α=1.2，

理论空气量条件下烟气组成（mol）为：
CO2：54.75 H2O：24 SO2：1 N2：67×3.78=253.26
则理论烟气量为：
则实际烟气量为：
一小时烟气量为：
这是标况下烟气流量，需转化为150℃下烟气流量

由于锅炉压力大致与当地大气压相等，则

则150℃下烟气流量
3.2文丘里除尘器的设计计算
从锅炉炉膛出口通过管道输送到文丘里除尘器进行湿式除尘，下面进行文丘管的设计，设文氏管截面是圆形。选择压力式喷嘴。
①喉管直径
喉管中气体流速一般为50-120m/s，设喉管气体流速Vgt=100m/s，则喉管直径

②喉管长度
L0=D0=0.60m
③渐缩管进口直径

④渐缩管长度
渐缩角一般为

⑤渐扩管出口直径
⑥渐扩管长度
渐扩角一般为。

⑦文氏管阻力计算
由以下计算得
目前应用的比较多的是海思克斯经验公式，即

⑧粉尘沉降效率
根据经验公式得出捕集以下的尘粒效率为：

3.3烟气冷却需冷却水计算
还是以1kg煤为基础，烟气总物质的量为143.83mol。由以上各组分物质的量可以求出各组分的摩尔分数

，则烟气平均分子量为：

由于进入文丘里除尘器烟气温度为150℃，而文丘里出口烟气温度为80℃，查表

得在两温度下各烟气比热如下：

CO2
N2
O2
SO2
水蒸气
150℃比热（kJ/kgk）
0.94454
1.0324
0.9387
0.6841
1.9125
80℃比热（kJ/kgk）
0.88426
1.026
0.92026
0.64224
1.880
此温度区间平均值
0.9144
1.0292
0.92948
0.66317
1.89625

则此温度区间的平均比热为：
冷却水比热容C（H2O）=4.2（kJ/kgk）
设冷却水进口温度为24℃，出口温度为30℃，℃
由等式烟气温度下降失去的热量正好被冷却水吸收，而使温度上升，则

则
液气比为：

为简化计算起见，可以将文丘管前的烟气量乘以0.90--0.95系数，作为管后或捕集器后的烟量，
即
3.4脱硫旋流板的设计
进旋流板塔温度为80℃，进口压强为

根据克拉伯龙方程有：

标况下烟气的重度取为

①旋流板外径Dx
旋流板叶片的外径Dx大小由塔顶气液负荷决定。Dx可以按照气流穿孔后的动能因子计算，在仰角，动能因子F0=10-11的条件下，可近似按以下公式计算：
取

②布液板直径Dm
旋流板中间有一盲板区，起到连接叶片及支撑叶片的作用，用时也起到分配气体的作用。盲板直径的大小影响开孔面积，同时Dm过大会影响塔板的开孔率。而当Dm<则不容易保证塔板效果。设计取：
Dm=，
可以算出Dm为833mm，取Dm为850mm
旋流板塔内径
Dn=1.1Dx=2750mm

③叶片仰角α和径向角β
为了降低压降，提高除尘效率，叶片仰角α一般保持在。本设计取叶片仰角α为。
叶片径向角可以通过下式求出：
求得，
取旋流板为内向板，因此径向角为负值，即叶片径向角为 。

④旋流板叶片厚度及叶片数m
选用的叶片厚度为4mm，旋流板的叶片数m为48个。

⑤旋流板开孔面积A0
在旋流板的设计中，开孔面积A0是一个关键参数，它决定气相负荷强度。可以按照以下公式计算：

⑥开孔率：
开孔率由以下公式确定：
式中：A0为开孔面积；AT为主塔内截面积。于是：

⑦穿孔动能因子F0
穿孔动能因子F0由以下公式确定：

式中：为标态下的烟气量；为标态下烟气的重度；为旋流板的开孔面积，于是：

⑧罩筒高度
旋流板罩筒分为“高罩筒”和“低罩筒”，“高罩筒”是在旋流板问世初期被采用，以后得旋流板一般都采用“低罩筒”。这里所谓的“低罩筒”，就是使罩筒高度刚好封闭叶片外缘，这样做不仅有利于提高传质塔板效率或除雾板的气液分离效率。而且制作中一般可按罩筒高度来保证仰角α的准确性。因此，准确计算对于旋流板的设计是十分重要的。罩筒高度可以按照以下公式计算：

式中，为旋流板直径，为旋流板仰角，m为旋流板的叶片数，为旋流板叶片厚度。因此，可以求出：

取罩筒高度为75mm。

⑨叶片外缘曲线弦长
叶片外缘曲线的弦长L可以按照下式计算：

其中，
式中为旋流板直径，为旋流板仰角，m为旋流板的叶片数，为径向角。根据上式可以求出=，则：

⑩塔板N及塔板间距
选取塔板数N为3，塔板间距为1200mm

⑪总压强降计算
根据以下公式计算总压强降：

式中，N为旋流板板塔板数；为穿孔动能因子；U为溢流口的流体速度。由于本设计设有溢流口，所以这一项可以不用考虑，所以总压强降公式可以简化为如下形式：

因此，可以求出：

塔板结构计算汇总表如下表所示。

塔板结构计算汇总表
项目
符号
规格尺寸
单位
塔径
D
2750
mm
叶片外径
Dx
2500
mm
布液板直径
Dm
850
mm
塔板间距
HT
1200
mm
罩筒高度
HZ
75
mm
开孔面积
A0
1.675
m2
动能因子
F0
10.34

仰角

径向角

开孔率

28.2%

叶片数
m
48

叶片厚度

4
mm
塔板数
N
5
层
叶片外缘曲线弦长
L
179.1
mm
全塔压降

615
pa

3.5除雾板的设计
除雾旋流板的基本尺寸与湿式除尘旋流板相同，旋流板数为两个，不同之处主要在于：除雾旋流板为外向板，因此径向角是正值，即=。
3.6旋流板的制作与组装
1、 旋流板的制作
叶片和盲板整体下料，将每片叶片的开缝线（即叶片的两条直线）切开，把每片叶片按照规定扳成仰角，再将叶片外缘与罩筒焊接。此法制作的旋流板其盲板厚度等于叶片厚度，叶片与盲板相连处局部扭曲。

2、 设备制造组装

（1） 叶片的放样和剪裁
叶片的弧线是一椭圆的长轴所对应的弧线的一部分。其椭圆是由叶片所在平面截割罩筒圆柱内表面构成。因为叶片与塔板平面之间有一固定的仰角，所以椭圆的长轴是，短轴是Dx。叶片放样划线后，弧线部分用气焊切割，直线部分用裁剪机剪切。

（2） 叶片与罩筒、盲板及板环的焊接
把塔板罩边和盲板边划线分为48等分后与环板放在同一平台上，调好相互之间的位置，按叶片与盲板圆相切，叶片弧线与罩筒靠正相切，调整各叶片仰角并点焊上，然后对称地焊劳各连接处。
3.7 碱液系统计算和水泵选择
假设烟气进入旋流板塔中不含水分，(除尘后)的烟气流量为，液气比为1.2L/m3,则所需脱硫碱液量为

由以上碱液量，对照管径/流速/流量表，选择流速为1.2m/s,管径为150mm。

下面进行碱液泵的设计,即泵全扬程的计算，
设H1为吸水管水头损失，单位为m，取阻力系数

设H2为出水管水头损失，单位为m，取阻力系数 ，取，
设H3为碱液池工作水位与所提升最高水位之间的高差，取H3=10m。

设H4为自由水头损失，取0.5m，

设H5为四个90度弯管局部损失，取阻力系数3=0.25

沿程损失
工业管道
泵的扬程要大于13.2m。
根据《流体力学泵与风机》选取型号FLG80-125（I）A立式防垢离心泵
流量/(L/s)
扬程H/m
转速r/min
效率%
电机功率（KW）
17.4-32.2
11-19
2900
65-74
7.5
3.8 冷却水泵的选择
由原始数据喉管压力式喷嘴出口压力为250kpa，又在喉管压力损失为7.26kpa，则总压力为257260pa，喉管速度为100m/s。
由上述计算得冷却水用量106m3/s,由管径/流速/流量表得 d=150mm，
V=1.6m/s，
设H1为吸水管水头损失，单位为m，取阻力系数

设H2为出水管水头损失，单位为m，取阻力系数 ，取，
设H3为清水池工作水位与所提升最高水位之间的高差，取H3=1m。

设H4为自由水头损失，取1m，

则总扬程
根据《流体力学泵与风机》选择FLG 80-160（I）A立式防垢离心泵
流量/(L/s)
扬程H/m
转速r/min
效率%
电机功率（KW）
18.2-33.8
21-32
2900
67-74
11
3.9 风机的选择
1、 锅炉炉膛出口到文丘里装置入口的管路阻力为800pa。
2、 文丘里除尘器压降7.26kpa。
3、 从文丘管进入旋流板塔的局部损失
取局部阻力系数为0.25,则
4、旋流板塔阻力损失615pa
5、从旋流板塔到副塔的局部损失（2处）、从副塔进入风机的局部损失
同样取局部阻力系数为0.25 ，取烟道流速为12m/s。

6、 沿程损失
沿程大致长度为25m，取管径d=05m ，工业管道

从锅炉到风机的压力损失为：

根据《流体力学泵与风机》选择T4-72型离心通风机3台（压力过大，则选择3台共同提供压力），参数如下：

全压/pa：3200
风量/(m3/h)：7942
功率（KW）：11
电机型号：Y160M1-2 （B35）
转速（r/min）：2900
地脚螺栓：M10250

四、设计总结
此次设计包含了多个系统，主要为文丘管除尘器设计、冷却水用量设计、旋流板塔设计和泵与风机的设计与选型。其中最为棘手的是冷却水用量设计和泵与风机的设计与选型，期间遇到比热参数问题，平均比热量的计算问题，泵扬程与风机全压计算问题，较为陌生，所以必须查阅相关资料来解决参数和算法问题，在此，简化了参数的计算，取的参数可能不够精确，但也在范围之内。
课程设计耗时一个多星期，从无从下手到确定方向，一切都循序渐进，这次课程设计一方面锻炼了我查阅相关资料的能力，一方面提高了我对工科设计的严谨性（因为基本上所有数据是相关的，对数据的精确性较为严谨，否则，算到最后会产生较大偏差），一方面增强我的绘图能力。
这次的设计内容与我所参观实习的内容相近，为锅炉烟气处理工艺设计，与大气污染控制工程所学内容相关，但所需的知识面比所学知识广，所以就不得不查阅相关算法和结果分析，也是一次知识的实践化和知识的积累。
另一方面，做课程设计虽方法相近，但许多细节设计因人而异，所以不能一味参照模板，而因有相应创新或相应算法的转换意识，真正在课程设计上学到东西，而这基本来自对课程设计的态度，如果想学，不怕学到。

参考文献：
1. 《流体力学泵与风机》蔡增基 龙天渝
2. 《大气污染控制工程》郝吉明 马广大 王书肖
3. 《环保设备》 刘宏
4. 《除尘技术》
5. 《环境工程课程设计》

收集于网络，如有侵权请联系管理员删除