大气污染课程设计.doc

1、目录前言4一、设计原始资料4二、设计计算52.1烟气量、烟气和二氧化硫浓度的计算52.1.1准状态下理论空气量2.1.2标准状态下理论烟气量2.1.3标准状态下实际烟气量2.1.4标准状态下烟气含尘浓度2.1.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算2.2除尘脱硫设备的比较与选择72.2.1除尘器的比较2.2.2除尘器型号的确定2.2.3脱硫设备的选择2.2.4脱硫技术的比较和选择2.3管网布置计算112.3.1管网布置原则2.3.2管段的管径，长度的计算2.4烟囱的设计132.4.1烟囱高度的确定2.4.2烟囱直径的确定2.4.3烟囱底部直径的确定2.5系统阻力的计算152.5.1摩擦阻力及局部

2、阻力损失的计算2.5.2脱硫设备处阻力损失计算2.5.3除尘器与金属管相接处阻力损失的计算2.6需要说明的其他问题18三、小结19四、参考文献19五、附图20 前言：目前，大气污染已经变成一个全球性的问题，它主要有温室效应，臭氧层破坏和酸雨。他已经直接影响人类的身体健康。通过本次课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用大气污染控制设计课程与生产实际知识来分析和解决大气污染控制设计问题的能力。关键词：大气污染 袋式除尘器 课程设计正文： 一、设计原始资料1.锅炉设备的主要参数（共两台锅炉）表一 锅炉设备的主要参数额定蒸发量主蒸汽压力主蒸汽温度燃煤量排烟量排烟温度thMpathm3h2501

3、0.055038.04500001502.烟气密度（标准状况下）:1.35 Kg/m3空气含水（标准状况下）:0.01296 Kg/m3，烟气在锅炉出口的压力：850Pa，烟气中飞灰占煤中不可燃成分的比例：18%，当地大气压：97.86Kpa，冬季室外温度：-1，空气过剩系数：a=1.4。3.煤的工业值分析：C=68% H=4% S=1% O=5% N=1% W=6% A=15% W=13%4.应用基水分：13.38%，应用基灰分：16.32%, 可燃基挥发份:41.98%,应用基低位发热量：16768Kj/Kg（由于煤质波动较大，要求除尘器适应性较好）5.按锅炉大气污染排放标准（GB1327

4、1-2001）中二类区标准执行，烟尘浓度排放标准（标准状况下）:200mg/m3；二氧化硫排放标准（标准状况下）：900 mg/m3；净化系统布置在锅炉房北侧15米以内。二、设计计算(一). 标准状况下理论空气量固体燃料的可燃物质为C,H,S 他们的燃烧反应为 C+O2 =CO2 H2+1/2O2 =H2O S+O2 =SO2按化学反应计量可知: 标准状况下1Kg碳完全燃烧需氧量为22.4/12=1.867，并生成CO2 :1.867m3 ，1Kg氢完全燃烧需氧量为22.4/（2*2）=5.56, 生成水蒸气5.56*2=11.2 m3 ，1Kg硫完全燃烧需氧量为22.4/32=0.7， 生成

5、SO2:0.7 m3若燃料收到基元素分析数据以质量频率Car Har Sar Oar Nar 表示。则1Kg碳完全燃烧的理论需氧量为（标准状况下）Qo2 =1.867*Car+5.56*Har+0.7*Sar-0.7*Oar =1.867*0.68+5.5*0.04+0.7*0.01-0.7*0.05 =1.464 m3/Kg又因为，在燃烧计算中假定；空气仅由N2 O2组成，两者的体积比为79.1/20.9=3.78所以1Kg碳完全燃烧的理论空气量为（标准状况下）Q=(1+3.78)Qo2 =4.78*1.464 =6.99 m3/Kg2.理论烟气量：理论烟气量是指单位质量燃料与空气完全燃烧时

6、所产生的最少烟气量，这时烟气中只含CO2 ,SO2 , H2O,三种产物，以及有空气带入的水蒸气和氮气。Q fo=1.867*Car+11.2Har +0.7*Sar+0.80Nar + 0.79Q+1.24(Qo2*da+ War) =1.867*0.68+11.2+0.04+0.7*0.01+0.80*0.01+0.79*6.99+1.24（1.464*0.01296+0.06） =7.42 m3/Kg式中Nar，War，da分别表示收到基中氮和水分的质量分数及空气中的含湿量。3. 标准状况下实际烟气量：Qf=Qfo +(a-1)（1+1.24da）Qo2 =7.42+2.84=10.26

7、 m3/Kg =10.26*38.0*1000 =389880 m3/h4.烟气含尘浓度 C= (Dsh*A)/Q =0.18*0.15/10.26 =2.63*103（mg/ m3）式中：Dsh表示飞灰占煤中不可燃成分的质量分数5. 标准状况下烟气中二氧化硫浓度的计算 在含硫量为0.5%5%的煤中包含了可燃硫和非可燃硫，可、可燃硫只占80%90%，由于可燃性硫中有1%5%转化为SO2 ，因此在计算时硫的排放系数一般取0.850.90。在本次设计中取0.90所以 Cso2 =(2*S*0.90*106)/10.26 =2*0.01*0.90*106/10.26 =1.75*103（二） 除尘脱

8、硫设备的比较与选择1.除尘效率N=1-Ci/C =1-200/（2.63*103） =92.40%式中C.标准状态下烟气含尘浓度，mg/ m3Ci.标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/ m32.除尘器的比较与选择（1）机械式除尘器结构简单，造价低，维护方便，一般在一些对除尘效率不高的地方使用（2）湿式除尘器用水做介质，除尘效率高，但会产生污水，必须配备污水处理设施，而且在寒冷地区，要采取防冻措施（3）电除尘器可处理高温高湿烟气除尘效率高，但其结构复杂，占地面积大，对操作维护管理要求较高。（4）袋式除尘器除尘效率高且性能稳定，对于细小而干燥的粉尘，用袋式除尘器效果很好，而且其与电除尘器相比

9、，附属设备少，投资省，技术要求不高，对符合变化适应性好。 考虑到本次设计的相关要求，综合比较以上四种除尘器的优缺点，本次设计中选用袋式除尘器。 在袋式除尘器中，脉冲袋式除尘器自五十年代问世以来，经国内外广泛使用，不断改进，在净化含尘气体方面取得了很大发展，由于清灰技术先进，气布比大幅度提高，故具有处理风量大、占地面积小、净化效率高、工作可靠、结构简单、维修量小等特点。除尘效率可以达到99%以上。是一种成熟的比较完善的高效除尘设备。脉冲袋式除尘器技术特点(1)无需预除尘设备，能一次性处理高达1000mg/ m3浓度的烟尘，排放小于50mg/ m3，工艺流程简单; (2)袋室内无需喷吹管，机外换袋

10、方便; (3)嵌入式弹性袋口，密封性能好; (4)脉冲阀数量小，清灰强度大，动作迅速; (5)整机采用微机自动控制，各参数易于调节，可实现无岗位工作; (6)滤袋使用寿命二年以上; (7)易实现隔离检修。所以本次设计中选用脉冲喷吹袋式除尘器。3.除尘器型号的确定工作状况下烟气流量Q=QT/T =389880*(273+150)/273 =604100(m3/h)式中：Q. 标准状态下烟气流量.( m3/h) T.工作时烟气温度.K T标准状态下温度. 273K由于流量太大，我设计把一个锅炉的流量分成六个管道排出。 每次脉冲喷吹中除尘器处理风量： Q=604100*(1+K)/6 =604100

11、*1.10/6 =110750 (m3/h)式中：K处理装置中的漏风率，本次设计中取k=10%除尘器比负荷q的确定初始含尘浓度c（g/ m3）1511853比负荷/m3/(m2 h）120150180210240注:本表摘自周敬宣的环保设备及课程设计易知本次设计中比负荷q为240 m3/（m2h） 所以：过滤面积A=Q/q=110750/240=461 m2除尘器型号：LCM-D/G 410-1350型长袋离线脉冲袋式除尘器。 优点：采用国际上先进的离线三清灰结构，解决了粉尘的二次飞扬，工作可靠，清灰彻底。处理风量大（3.69万m2/h133.2万m2/h）、清灰效果好、除尘效率高、运行可靠、

12、维护方便、占地面积小的大型除尘设备。合理的采用进风集合管和灰倒斗技术，保证分室合流均匀分配，大容量得脉冲阀和储气包结构，满足用户提供高压（G型）和低压（D型）气源的不同的喷吹需求。滤袋装配方便，密封性好，实现了机外换袋等一系列优点。广泛应用于冶金行业炼钢高炉，原料喷煤制备等工厂、建材行业、电力、化工行业、碳黑、沥青混凝土搅拌、锅炉、烟气除尘等行业的粉尘治理和物料回收4.脱硫设备的比较与选择脱硫效率： N=1-Ci/C =1-900/1750 =48.6%按吸收剂及脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态可将脱硫技术分为湿法、干法和半干（半湿）法。湿法FGD技术：用含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处

13、理脱硫产物。优点：该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高。缺点：普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。干法FGD技术：其脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行。优点：具有无污水废酸排出、设备腐蚀程度较轻，烟气在净化过程中无明显降温、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散、二次污染少等优点。缺点：存在脱硫效率低，反应速度较慢、设备庞大等问题。半干法FGD技术：是指脱硫剂在干燥状态下脱硫、在湿状态下再生（如水洗活性炭再生流程），或者在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物（如喷雾干燥法）的烟气脱硫技术。优点：其既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易

14、于处理的优势而受到人们广泛的关注。适合用于低硫煤的脱硫。且工程投资低，脱硫运行维护成本低，工程所占场地小缺点：脱硫效率不高，为70%90%。所以：根据本厂的实际需求及长远发展来看，选用半干法FGD技术。（三） 管网布置及计算1.管道布置原则：1符合生产工艺流程的要求,并能满足生产要求;2道布置应统筹规划，做到安全可靠、经济合理、满足施工、操作、 维修方面的要求，并力求整齐美观；w: d, uM& yR- A5 O7 e! 3要求整齐美观,并尽量节约材料和投资4管道布置应使管道系统具有必要的柔性。在保证管道柔性及管道对设备、机泵管口作用力和力矩不超过允许值的情况下，应使管道最短，组成件最少5布置

15、固体物料或含固体物料的管道时，应使管道尽可能短、少拐弯和不出现死角；(1) 固体物料支管与主管的连接应顺介质流向斜接，夹角不宜大于45；(2) 固体物料管道上的弯管的弯曲半径不应小于管道公称直径的六倍；(3) 含有大量固体物料的浆液管道和高粘度体管道应有坡度。; 6管道穿过建筑物的楼板、屋顶或墙面时，应加套管，套管与管道间的空隙应密封。套管的直径应大于管道隔热层的外经，并不得影响管道的热位移。管道上的焊缝不应在套管内，并距离套管端部不应小于150mm。2.管段的管径，长度的计算管道管径的确定： D=(4Q/3600V)1/2 =(4*110750/3600*3.14*10)1/2 =1980m

16、m选用D=2000mm的圆管式中：D管道直径 Q每个管道的烟气体积流量 110750 m3/h V烟气流速 由下图选取 取10m/s则实际流速为V=4*110750/(3600*3.14*22) =9.8m/s 图一2.烟囱设计1.烟囱高度的确定1)每个新建锅炉房只允许设一个烟囱，烟囱高度可按下表规定执行。燃煤、燃油锅炉房烟囱最低允许高度(GB 13271-2001)锅炉房装机容量t/h12244101028MW(40t/h)时，其烟囱高度应按批准的环境影响报告书（表）要求确定，且不得低于45m。新建烟囱周围半径200m距离内有建筑物时，其烟囱应高出最高建筑物3m以上。燃气、燃油（轻柴油、煤油

17、）锅炉烟囱高度应按批准的环境影响报告书（表）要求确定，且不得低于8m。 根据上表及本设计的相关数据 选定烟囱高度H为45m 2.烟囱直径的确定 1 ） 烟囱出口直径可按下式计算：| D=0.0188*(Q/W)1/2 Q通过烟气的总烟气量 m3/h W按表三选取的烟气出口流速 m/s烟囱出口内径应保证在锅炉房最高负荷时，烟气流速不致过高，以免阻力过大；在锅炉房最低负荷时，烟囱出口流速不低于2.53m/s，以防止空气倒灌。烟囱出口烟气流速参见表三 表三通风方式 运行情况全负荷时最小负荷时机械通风102045自然通风682.53选定w=4 m/s d=0.0188*604100*(1+k)/41/

18、2 （ k: 装置漏风率，取10%） =0.0188*（166127.5）1/2 =7.66取整取d=7.7m3.烟囱底部直径烟囱根部的直径D可根据顶部直径d和来确定。即4 jD=d2H=7.7+2*0.02*45=9.5式中烟囱锥度，取=0.02H烟囱高度5.系统阻力的计算 （1）摩擦阻力的计算 PL =（ *L*v2 ）/2*d 式中 L管道长度，m d管道直径，m 烟气密度，kg/ m3 V管中气流平均速度，m/s 摩擦阻力系数 对于直径2000mm的圆管 L=10m =0 *273/（273*150） =1.35*273/423 =0.87 kg/ m3 PL=3*(0.02*10/2

19、.0*0.87*9.82/2)=12.6Pa 注：两台锅炉，共用两台除尘器和一套脱硫设备，设其管道长均为10m。（2）局部阻力损失 1. P1 = *v2 /2 式中：异形管的局部阻力系数（通常通过实验确定） V.断面平均气体流速，m/s 烟气密度，kg/ m32.脱硫设备与金属管相接处阻力损失计算P2 = *v2 /2 =0.11*9.82*0.87/2 =4.6Pa 局部阻力系数，取 =0.113.除尘器与金属管相接处阻力损失计算脱硫设备出气管进入两台并联的除尘器及除尘器出气进入烟囱通道均为T形三通管，对进气三通管 =0.8 P3 = *v2 /2=0.8*0.87*9.82/2 =32P

20、a 对出气合流三通， =0.6 P4 = *v2 /2=0.6*0.87*9.82/2 =25 Pa4.90度弯头损失 =0.23 P5 = *v2 /2=0.23*9.82*0.87/2 =9.6 Pa5.风机进口与出口和金属管相接处阻力损失计算 =0.11 （进出口各计算一次） P6= *v2 /2=2*0.11*9.82*0.87/2 =9.2 Pa6.风机后的金属管和烟囱相接处阻力损失计算 =1 P7= *v2 /2=1*0.87*9.82/2 =41.8 Pa 所以系统总阻力（锅炉出口前阻力为850Pa，除尘器阻力为1400*2 Pa，脱硫设备阻力1600 Pa） P总=（12.6+

21、4.6+32+25+9.6+9.2+41.8+850+1400*2+1600） =5384.8 Pa6.需要说明的其他问题1.袋式除尘器的维护要经常检查控制阀、脉冲阀以及定时器等的动作情况。防止结露，使用中要防止气体在袋室内冷却到露点以下，特别是在负压下使用袋式除尘器更应注意。防止除尘效率降低： 堵住漏风，特别要堵住除尘器排灰口的漏风。因为在除尘器的灰斗中有大量缓慢下落的粉尘，逆流向上的漏风气流又造成下落粉尘的二次飞扬，多次循环，因而排灰口漏风可使除尘器内的含尘浓度成倍地高于进气的含尘浓度，这样就恶化了袋式除尘器的工作条件，影响了袋式除尘器的除尘效率。 防止除尘器内部气流短路。因为尘源气体含尘

22、浓度高，(如20gm3)，即使只有1%短路逸出，也将超过排放标准。含尘气体不经过滤袋直接从某些缝隙逸出，这种情况不允许发生，所以，在设计、安装、检修时都要注意。2.注意全面观察和记录在线监测数，不仅仅只关注二氧化硫和粉尘的排放。3.根据除尘系统的吸尘量确定脱硫设备的收尘量，确定排灰周期。4.定期检查和维修设备5.半干法脱硫设备通常安装在除尘设备之前。三、小结这次大气污染控制工程课程设计我们主要设计一燃煤电厂的燃煤锅炉的烟气除尘脱硫系统，通过这次课程设计我们进一步理解和巩固了所学的知识，并且进一步的扩展了我们的视野，了解到了更多关于大气污染控制的知识。在这次设计中，我们分析了各种除尘脱硫设备的优缺点并根据实际来确定除尘器的选择，进一步了解了管网布置原则和烟囱高度的确定。尽管本次设计已经利用了各种渠道来搜集资料，进行归纳总结，但仍然存在一些漏洞，而且有些资料不能搜集到，所以在计算设计中可能存在一些不足之处，还望老师谅解。四、参考文献大气污染控制工程 郝吉明，马广大主编 高等教育出版社大气污染控制工程 王丽萍主编 煤炭出版社环保设备及课程设计 周敬轩主编 化学工业出版社 环境工程设计 童华主编 化学工业出版社环境工程设计基础 金毓荃主编 科学出版社3 u5 n; n5 G5 e1 .- 19 -