某燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统设计 大气课程设计汇总.doc

洛阳理工学院课程设计（论文）

大
气
课
程
设
计

学校：洛阳理工学院
指导老师：刘琼
姓名：徐亚楠
学号：B11070204

目 录

一、设计概况 3
1.1设计目的 3
1.2设计资料 3
1.3 设计内容及要求 4
二、燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 4
三、净化系统设计方案的分析确定 6
四、除尘脱硫设备的比较和选择 7
4.1 除尘器的选择和设计 7
4.2 脱硫设备设计 9
五、管网的布置及计算 10
5.1 管道布置原则 10
5.2 管道管径计算 10
5.3 烟囱设计 11
5.4 系统阻力计算 13
六、 风机和电机的选择设计 13
6.1 泵的选择 13
6.2 风机风量计算 14
6.3 风机风压计算 14
6.4 电机功率计算 15
七、总结 15
八、主要参考文献 16

摘要：目前，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。我国随着经济的快速发展，因燃煤排放的二氧化硫、颗粒物等有毒有害的污染物质急剧增多。由于我国部分地区燃用高硫煤，燃煤设备未能采取脱硫措施，致使二氧化硫排放量不断增加，造成严重的环境污染甚至已经直接影响到人们的身体健康。通过设计合适的除尘脱硫系统对烟气进行处理，从而尽量使排放的烟气污染物浓度达标，而不至于污染环境和危害人体健康。
关键词：燃煤锅炉 除尘脱硫 课程设计
一、 设计概况
1.1、设计目的
通过课程设计的综合训练，进一步消化和巩固本课程所学的内容，并使所学的知识系统化。培养运用理论知识进行净化系统设计的初步能力，使我们掌握《大气污染控制工程》课程所要求的基本设计方法，具备初步的大气污染控制工程方案及设备的独立设计能力，锻炼我们查阅和收集专业资料和设计手册的技能。培养我们综合运用所学的理论知识，独立分析和解决大气污染控制工程实际问题的实践能力。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养我们确定大气污染控制系统的设计方案，进行设计计算、使用技术资料、绘制工程图、编写设计说明书的能力。
1.2、设计原始资料
1. 锅炉型号：SZL10-1.6型(共3台)
2. 燃煤量：1550kg/h（台）
3. 空气过剩系数：1.36
4. 当地大气压：98kPa
5. 飞灰占煤中不燃分比例：18%
6. 排烟温度：150℃
7. 烟气密度（标态）：1.3 kg/m3
8. 烟气出口处离地面2.5m
9. 年平均气温18.6℃；极端最高气温39.9℃，极端最低气温-1.9℃；
10.空气含水（标况）：0.016 kg/m3
11.烟气其他性质按空气计算
12.煤的工业分析值：CY=67.85%, HY=4.12%, OY=5.56%,
SY=2.52%, AY=16.12%, WY=3.83%
粒径/μm
15~25
8~15
5~8
3~5
1~3
≤1
含量/%
3.6
4.8
59.2
27.1
4.2
1.1
13.烟气中烟尘颗粒粒径分布：
14.按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）中二类区标 准执行：
标准状态下烟尘浓度排放标准：≤200mg/m3;
标准状态下SO2浓度排放标准：≤900mg/m3;
1.3、设计内容及要求
1、编写设计计算书
设计计算内容包括以下几方面：
（1）燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算。
（2）净化系统设计方案的分析确定。
（3）除尘脱硫设备的比较和选择：确定除尘脱硫设备的类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。
（4）管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置。并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径及系统总阻力。
（5）风机及电机的选择设计：根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。
（6）需要说明的其他问题。
（7）编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写，包括方案的确定、设计计算、设备选择和有关设计的简图等内容。课程设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分，文字应简明、通顺、内容正确完整，书写工整、装订成册。不少于4000字。
2、绘制设计图
（1）工艺流程示意图。
（1）平面布置图。应按比例绘制，锅炉房及锅炉的绘制可以简化，但应能表明建筑外形和主要结构型式。在平面布置图中应有方位标志（指北针）。
（2）锅炉烟气除尘脱硫系统图。应按比例绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。
（3）主要除尘脱硫设备剖面图。只需标出设备的主要性能参数（主要尺寸），内部结构不用细画。
二、燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算
燃煤量：1550×3=4650kg/h
设1kg燃煤时
燃料成分名称

可燃成分含 量(﹪)
可燃成分的量(﹪)
理论需氧量/mol

烟气中组分/mol

C
H
O
S
水
灰分
67.85
4.12
5.56
2.52
10.30
16.12
56.54
20.60
——
0.79
——
——
56.54
10.30
-1.74
0.79
0.57
——
56.54
20.60
——
0.79
0.57
——
合计

65.89

(1)标准状态下理论空气量
理论空气量： 65.89×4.78=314.95(mol/kg)
标准状态下的体积为:314.95×22.4×10-3=7.06m3/kg
(2)标准状态下理论烟气量
理论烟气量： 65.89×3.78+56.54+20.6+0.79 + 0.57=327.56 mol/kg
标准状态下理论烟气体积：327.56×22.4×10-3=7.34 m3/kg
(3)标准状态下实际烟气量
在空气过剩系数α=1.36时：
实际烟气量：7.34+7.06×（1.36-1）=9.88 m3/kg
4650kg煤的烟气量：4650×9.88=45949.44 m3/h
(4)工况下总烟气量

每台烟气量:71196.39/3=23732.13m3/h
(5)标准状态SO2的浓度：
=0.79×64×103÷9.88=5117.41 mg/m3
(6)标准状态烟气浓度：161.2×103 ×18%/9.88=2936.84 mg/m3
(7)实际烟气浓度: 2936.84×423/273×101.325/98=4704.88mg/m3
(8)除尘效率计算:

式中：C—烟气含尘浓度，mg/m3N；
Cs—锅炉烟尘排放标准中规定值，200mg/m3N。
(9)脱硫效率计算

式中：C´SO2——标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中规定值，900。
SO2——标准状态下二氧化硫浓度，5.11741103；
三、 净化系统设计方案的分析确定
本组资料中，燃煤锅炉为三台。粉尘捕集后的气体进入脱硫塔，以湿式石灰石/石灰－石膏法进行脱硫处理。处理后的达标烟气通过风机的作用从烟囱排放入大气中。工艺流程图见附图。
脱硫除尘工艺比较选择：
　脱硫除尘工艺比较表
脱硫工艺
湿法
半干法
干法
石灰石石膏法
钠法
双碱法
氧化镁法
氨法
海水法
喷雾干燥
炉内喷钙
循环流化床
等离子体
脱硫效率/%
90～98
90～98
90～98
90～98
90～98
70～90
70～85
60～75
60～90
≥90
可靠性
高
高
高
高
一般
高
一般
一般
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
易
不结垢
堵塞
堵塞
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
运行费用
高
很高
一般
低
高
低
一般
一般
一般
一般
投资
大
小
较小
小
大
较小
较小
小
较小
大
通过对脱硫除尘工艺———湿法、半干法、干法的对比分析:石灰石-石膏法工艺非常成熟,因此,本方案选用石灰石石膏法工艺。
四、 除尘脱硫设备的比较和选择
4.1除尘器的选择
粒径/μm
15~25
8~15
5~8
3~5
1~3
≤1
含量/%
3.6
4.8
59.2
27.1
4.2
1.1
烟气的预除尘设备一般选用重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、多管旋风除尘器和喷淋洗涤塔等。
表4-1 该锅炉粉尘粒径分布表本性能
除尘器名称
适用的粒径范围/μm
效率/%
阻力/Pa
设备费
运行费
重力沉降室
＞50
＜50
50～130
少
少
旋风除尘器
5～30
60～70
800～1500
少
中
文丘里洗涤器
0.5～1
90～98
4000～10000
少
多
电除尘器
0.5～1
90～98
50～130
多
中上
袋式除尘器
0.5～1
95～99
1000～1500
中上
多
4-2 除尘设备的分类及基本性能
·

0~5
5~10
10~20
10~44
＞44
长椎体旋风除尘器
84.2
40
79
92
99.5
100
电除尘器
97.0
90
94.5
97
99.5
100
文丘里洗涤器
99.5
99
99.5
100
100
100
袋式除尘器
99.7
99.5
100
100
100
100
表4-3 效率较高的除尘器对不同粒径粉尘的除尘效
通过粒径、风量等各方面的比较，旋风除尘器管理、制作方便，体积小、价格便宜，因此，选用旋风除尘器的XCZ型组合旋风除尘器。
4.1.1旋风除尘器的结构设计及选用
1、尺寸计算
（1）烟气处理量：Q=71196.39 (m3/h)
（2）初步选用XLP/B型旋风除尘器，处理烟气量大，将选用11个并联
，取ξ=5.8
每个烟气处理量 ： 71196.39/11=6472.4m3/h)
u=(2△P/ρ ξ)0.5 ={2×900/（1.3×5.8）}0.5=15.45m/s
在这里取u=16m/s
△P=876﹤900 Pa
进口面积 A=Q/u= 6472.4/16/3600=0.1124m2
根据XLP/B型旋风除尘器尺寸比例
入口宽度 b=(A/2)0.5=0.237m
筒体直径 D=3.33b=0.789m
参考XLP/B型旋风除尘器产品系列①，取D=820mm,则是XLP/B-8.2-Y型号
参数见表
型号
外形尺寸
D
H
H1
H2
L
W
C
C1
a
a1
b
b1
D1
D2
D3
D4
质量/kg
XLP/B-Y
820
3600
545
925
1167
1040
550
458
245
291
490
536
490
536
165
197
214.68
XLP/B型旋风除尘器外形尺寸
(3) 选型论证
a×b=0.1201 m2
入口风速u=Q/A=14.98m/s
旋风除尘器压力损失：△P=ξu2ρ/2=845.90 Pa
XLP/B型旋风除尘器的分割粒径、分级效率和总效率的计算
dc=(18×µ×vr×r0/ρp×vto2)1/2
=(18×2.4×10-5×0.56×0.1715/2.1×103×22.44)1/2
=2.97µm

平均粒径/μm
0.5
2
4
6.5
11.5
20
粒径分布/％
1.1
4.2
27.1
59.2
4.8
3.6
分级效率/％
17.7
40.7
57.9
70.2
83.7
91.6
总效率/％
66.5

经过预除尘后（一级处理），烟尘浓度是4704.88×（1-66.5﹪）=1576.13 mg/m3
二级除尘的效率将要达到：（1576.13-200）/1576.13=87.3﹪

4.1.2二级除尘设备选择
在选择除尘技术时，应充分考虑经济性、可靠性、适用性和社会性等方面的影响。除尘技术的确定受到当地条件、现场条件、燃烧煤种特性、排放标准和需要达到的除尘效率等多种因素的影响。通过各方面因素比较，选择袋式除尘器。
常用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。袋式除尘器清灰方式作用强度很大，而且其强度和频率都可以调节，所以清灰效果好。综合比较，将选用脉冲袋式除尘器
4.2脱硫技术的选择
我国由于地域辽阔，各地经济条件，燃煤煤质、脱硫剂来源、环保要求等不尽相同，结合相关材料，该锅炉脱硫技术的选用应考虑以下主要原则：
1.技术成熟、运行可靠，至少在国外已有商业化先例，并有较多的应用业绩。
2.脱硫后烟气中的SO2达到(GB13271-2001)中二类标准。
3.脱硫设施的投资和运行费用适中，一般应低于电厂主体工程总投资的15%以下，烟气脱硫后发电成本增加不超过0.03元/（KW·h）
4.脱硫剂供应有保障，占地面积小，脱硫产物可回收利用或卫生处理处置。
5.通过之前对基础资料的物料衡算，该燃煤锅炉的脱硫效率应达到77.20%。
综合以上的分析和要求，我们组最终决定选用石灰石/石灰－石膏法作为该锅炉的脱硫工艺。采用该工艺的优势如下：
1.首先石灰石/石灰－石膏法开发较早，工艺成熟，Ca/S比较低，且在国外应用广泛。（美国脱硫工艺80%是石灰石/石膏法，德国有90%，日本也有75%以上）
2.该工艺在我国有先例：上海闸北电厂曾进行过工业试验，重庆珞璜电厂中FGD占电厂总投资11.5%。
4.2.1 脱硫工艺流程
并流式石灰石/石灰-石膏法工艺流程。锅炉烟气经除尘、冷却后送入吸收塔，吸收塔内用配置好的石灰石或石灰浆液洗涤含SO2烟气，经洗涤净化的烟气经除雾和再热后排放。石灰浆液在吸收SO2后，成为含有亚硫酸和亚硫酸氢钙的混合液，在母液槽中用硫酸将其混合液的pH值调整为4～4.5，用泵送入氧化塔，在氧化塔内60～80。C下被4.9×105Pa的压缩空气氧化。生成的石膏经增稠器使其沉积，上清液返回吸收循环系统，石膏浆经离心机分立得到石膏。
五、网管布置及计算
5.1 各装置及管道布置的原则
根据锅炉运行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，并使安装、操作和检修方便。
5.2管道管径计算
（4-1）
式中——工况下管道内的烟气流量，；
——烟气流速，m/s，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘=10～15m/s）。 取=14m/s，取整
表5-1 焊接钢管壁厚
内径：
由公式可计算出实际烟气流速：

5.3烟囱设计
5.3．1烟囱高度计算
有三台锅炉，每台10t/h, 根据锅炉大气污染物排放标准中的规定确定烟囱的高度。
表 锅炉烟囱高度表
锅炉总额定出力/(t/h)
1
1～2
2～6
6～10
10～20
26～35
烟囱最低高度/m
20
25
30
35
40
45
锅炉总的蒸发量/(t/h)：，则烟囱最低高度 45 m 。
5.3.2烟囱直径计算
表5-3 烟囱出口烟气流速
通风方式
运 行 情 况
全负荷时
最小负荷
机械通风
10~20
4~5
自然通风
6~8
2．5~3
烟囱出口内径可按下式计算：

——通过烟囱的工况总烟气量，
——按表三选取的烟囱出口烟气流速，。根据表5-3取20
求得
取整
3.6烟囱的抽力

式中 H——烟囱高度，m；
——外界空气温度，；
——烟囱内烟气平均温度，；
B——当地大气压，。

5.4 系统阻力计算
5.4.1摩擦压力损失

式中： ——管道长度，；
——管道直径，；
——烟气密度，1.3；
——管中气流平均速率,m/s；
——摩擦阻力系数,是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度K/d的函数。查手册得：实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌或混凝土管道可取0.04。
对于φ1400mm圆管：计算后管道约为75m(包括接出管总长)，经风机加速后烟气流速达到，锅炉出口烟气流速经计算接近（粗略计算，忽略除尘器、脱硫装置的减速）。
5.4.2局部压力损失
(Pa)
在所设计的管路中有12段弯道区，可求得局部的压力损失：
式中：ξ——异形管件的局部阻力系数可查到，取
v——与ξ像对应的断面平均气流速率,m/s
ρ——烟气密度,
5.4.3 系统总阻力
（除尘器的压力损失在1000～1500Pa之间，取1250Pa，不考虑及出口气管及三通管阻力损失）
系统总阻力=1250+118.86+224.64=1593.5Pa
六、泵和风机的选型计算
6.1泵的选择
水泵
其作用是将地下水的水送往循环水冷却塔，于地面安装，提升高度5m，流量90m3/h,查《工业水处理设备手册》，选用型号为IS80-65—160的水泵2台，一用一备，性能参数如下：
表6-1 水泵性能参数
扬程
流量
轴功率
电机功率
效率
转速
质量
排出口径
10m
120m3/h
6.79kw
9.5kw
78﹪
2900r/min
94kg
65mm
循环水泵
其作用是将冷却水从集水池提升到冷却塔，于地面安装，提升高度13.8m，流量90m3/h，查《工业水处理设备手册》，选用型号为IS100-80-125的水泵2台，一用一备，性能参数如下：
表6-2 循环水泵性能参数表
扬程
流量
轴功率
电机功率
效率
转速
质量
排出口径
20m
145m3/h
7.28kw
11kw
74﹪
2900r/min
113kg
80mm
碱液泵
安装在换热器之前，用于将碱液从储罐送往换热器及循环送往吸收塔，选用型号为IS65-50-125的泵2台，一用一备，性能参数如下：
表6-3 碱液泵性能参数
电机功率
电动机转速
流量
扬程
轴功率
1.5kw
2900r/min
12.5m3/h
32m
1.79kw
6.2风机风量计算

式中: 风量备用系数；
工状态下风机前标态下风量，
风机前烟气温度，150，
当地大气压力，。

6.3 风机风压计算
对于除尘器后装的风机风压计算：

式中：风压备用系数；
系统总阻力，；
烟囱抽力，；
风机前烟气温度；
风机性能表中给出的试验用气体温度；
标准状况下烟气密度，。

根据以上计算，对照常用风机性能表选定Y5-50-12.6C型号的风机，其性能规格如下表6-4所示。
表6-4 Y6-41-7.1C型锅炉离心引风机风机性能表
型号
转速(r/min)
流量(m3/h)
全压(Pa)
有效功率(KW)
Y6-41-7.1C
2200
15819~8171
2454~3483
18.5~4

6.4 电机功率计算

式中 风机风量，；
风机风压，
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，取0.8）；
机械传动效率，当风机与电机直联传动时，用联轴器连接时，用V形带传动时；
电动机备有系数，对引风机，

根据电动机的功率Ne，选定与Y280M-2型电动机。其性能表如表6-5所示。
表6-5 Y280M-2型电动机的性能表
电动机
转速(r/min)
功率(KW)
Y280M-2
2970
90
七、总结
7.1方案的优势
1.最终排放烟气中污染物浓度预计为: SO2≤500mg/m3，烟尘≤100mg/m3。不仅低于排放标准，而且在以后10年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，对后面的二级除尘起了很大的作用。除尘效果更好，对二级除尘器的损害，有 很好的保护，从而降低对仪器的维修费用，提高仪器的使用寿命。
3.经过二级除尘，降低压损，减少对滤袋、除尘仪器都有不利的影响，降低仪器的操作要求和运行耗能。
4.废气经过二级除尘系统后，已达到烟尘排放标准（≦200mg/m3），再经过后面的旋流板塔氧化镁湿法脱硫工艺，预计可以达到99﹪，使用本方案烟尘排放不会超标。
7.2方案的可持型：
1.经过二级除尘，设计总除尘效率达到96﹪，降低压损，减少对滤袋、除尘仪器都有不利的影响，降低仪器的操作要求和运行耗能。同时也为以后的排放标准更为严格留了很大的空间。
2.除尘系统过于复杂庞大，总体站的面积大，维护维修量大，一次性投资大，又加上投资的周转回报慢，对一般中小型的生产单位难于承受。
3.脱硫产物的利用和回收，在传统上大多是采用抛弃法，现在这方面的市场有待开发，根据本地区盛产甘蔗、香蕉，可以在作肥料这方面开发。
4.因此可以考虑，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，提高风速，使除尘效率达到85﹪），直接进入脱硫工艺，加强旋流板塔氧化镁湿法脱硫的除尘效率，使除尘脱硫都可以达标，产物可以直接作肥料。这样可以省去本方案中的二级处理的投资费用，减少仪器的维护维修费用，也降低能耗。从而达到既可以达标排放，又可以节省成本，提高企业的盈利。
5.改进的要点
1）一级初处理使用旋风除尘器，使用大功率风机，提高入口风速，使除尘效率达到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，使气液更充分接触。
八、参考文献
①郝吉明、马广大主编 ，《大气污染控制工程》第三版，高等教育出版社
②周敬宣主编，《环保设备及课程设计》，北京：化学工业出版社
③柴晓利、冯沧、党小庆等编著，《环境工程专业毕业设计指南》，北京：化学工业出版社
④ 马广大 主编，《大气污染控制技术手册》，北京：化学工业出版社
⑤童华主编，环境工程设计，北京：化学工业出版社