大气污染控制工程工程训练文档格式.docx
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主要涉及内容括根据除尘技术的基本理论选用除尘设备、设计除尘系统，通过对烟气量、粉尘和SO2溶度的计算以及除尘系统和脱硫系统和烟道的设计的计算来完成某厂燃料锅炉烟气除尘脱硫所需的效率。
通过本次课程设计应掌握备旋风除尘器和袋式除尘器的工作原理，其袋式除尘器的工作原理为含尘空气进气口进入除尘箱，因气体突然扩张，流速骤然降低，颗料较粗的粉尘，靠其自重力向下沉降，落入灰斗。
细小粉尘通过各种效应被吸附在滤袋外壁，经滤袋过滤后的净化空气，通过文氏管进入上箱体，从出气口排出，被吸附在滤袋外壁的粉尘，随着时间的增长，越积越厚，除尘器阻力逐渐上升，处理的气体量不断减少，为了使除尘器经常保持有效状态，设备阻力稳定在一定的范围内，就需要清除吸附在滤袋外面的积灰。
设计标准主要参考《大气污染物排放限值》，工艺运行设计达到国家GB13271--91锅炉大气污染物排放标准。
除尘脱硫设计原则
（1）脱硫率>
80%。
除尘效率>
97%;
（2）技术较为成熟,运行费用低;
（3）投资省;
（4）能利用现有设施;
（5）建造工期短,方便;
（6）系统简便,易于操作管理;
（7）主体设备的使用寿命>
8ａ;
（8）烟气脱硫以氧化镁为主要吸收剂,并充分利用锅炉排渣水的脱硫容量,达到以废治废,降低运行成本的目的。
能用于烟气脱硫和除尘的设备很多，但要满足运转稳定可靠、不影响生产同时去除且压力降较小等要求，以袋式除尘器为宜。
二、设计任务书
1.、课程设计题目
2.、原始资料
（1）燃煤量及成分
设计燃煤量80t/h，低位发热量为20800kJ/kg。
煤的成分见表1。
表1煤的组成
成分
Car
Har
Oar
Nar
Sar
Aar
War
Var
比例%
56.2
3.1
7.5
1.0
1.2
22.8
8.2
18
（2）环境温度：
-1℃
（3）除尘器出口排烟温度：
130℃
（4）烟气密度（标准状态）：
1.30
（5）空气过剩系数：
1.3
（6）烟尘排放因子：
80%
（7）烟气在锅炉出口前阻力：
800
（8）当地大气压力：
97.86
（9）空气含水（标准状态下）：
0.01293
（10）按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准执行
烟尘浓度排放标准：
200
排放标准：
900
三、设计方案的选择确定
1.、除尘系统选择的相关计算
（1）、锅炉烟气含尘、含硫量计算
二氧化硫以1kg中硫烟煤燃烧为基础，则：
表二煤工业相关成分的计算
煤工业成分
质量/g
物质的量/mol（分子）
理论需氧量/mol
烟气各组成的含量/mol
C
562
46.83
H
31
7.75
15.5
O
75
4.69
2.34
-
N
10
0.71
0.357
S
12
0.375
A
228
W
82
4.55
V
180
合计
52.615
所以理论需氧量为:
n1=46.83+7.75+0.375-2.34=52.615mol
理论空气量：
V1=n1×
22.4×
4.78×
/1000=5.63m3/kg
实际所需空气量：
V2=1.3×
V1=1.3×
5.63=7.315m3/kg
（2）、烟气量
理论烟气量为：
=46.83+15.5+0.375+3.78×
52.615+4.55）×
22.4/1000=5.97m3/kg
实际烟气量：
V3=V理+（α-1）×
V1=5.97+（1.3-1）×
5.63=7.659m3/kg
130
时烟气量：
V=V3×
P0×
T/PT0=7.659×
（273+130）×
101.325/273×
97.86=11.71m3/kg
Q=11.71m3/kg×
80t/h×
103=9.368×
105m3/h
浓度：
WSO2=0.375×
64/11.71=2.0495g/m3
烟尘浓度：
WA=228×
0.8/11.71=15.5764g/m3
（3）、烟气的除尘效率的计算
按锅炉大气污染物排放标准（GB13217-2001）,可以计算出
烟尘的除尘效率要达到：
≧98.7﹪
（4）、烟气的脱硫效率的计算
SO2的脱硫效率要达到：
≧56.1﹪
（5）、除尘器的选择
实际工况下烟气流量
（m3/h）
式中
——标准状态下烟气流量，m3/h；
——实际工况下烟气温度，K；
T——标准状态下温度，273K。
=17.1（m3/s）
2.、方案确定
根据实际工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘及脱硫效率确定脱硫除尘器：
先用二级除尘系统除尘（一级预除尘用旋风除尘器、二级用袋式除尘器），再用旋流板塔氧化镁法脱硫。
3．、烟囱的设计
（1）、烟囱高度的确定
首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（下表）确定烟囱的高度。
表三锅炉烟囱高度表
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
（2）、烟囱直径的计算
烟囱出口内径可按下式计算
（m）
——通过烟囱的总烟气量，m3/h，即为4台锅炉实际工况下烟气量的总和；
υ——按下表选取的烟囱出口烟气流速，m/s。
表四烟囱出口烟气流速/（m/s）
通风方式
运行情况
全负荷时
最小负荷
机械通风
4~5
自然通风
2.5~3
烟囱底部直径
d1=d2+2·
i·
H（m）
式中d2——烟囱出口直径，m；
H——烟囱高度，m；
i——烟囱锥度，通常取i＝0.02~0.03。
（3）、烟囱的抽力
（Pa）
式中H——烟囱高度，m；
tK——外界空气温度，℃；
ty——烟囱内烟气平均温度，℃；
——标准状态下空气密度，kg/m3；
——标准状态下烟气密度，kg/m3。
（4）、系统阻力的计算
1）.摩擦压力损失
对于圆管
式中L——管道长度，m；
d——管道直径，m；
ρ——烟气密度，kg/m3；
υ——管中气流平均流速，m/s；
λ——摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度
的函数。
可以查手
册得到（实际中对金属管道λ值可取0.02，对砖砌或混凝土管道λ值可取0.04）。
2）.局部压力损失
式中ξ——异形管件得局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过实验获得；
υ——与ξ相对应的断面平均气流速率，m/s；
ρ——烟气密度，kg/m3。
4.、风机和电动机选择及计算
（1）、风机风量的计算
式中1.1——风量备用系数；
——标准状态下风机前风量，m3/h；
tp——风机前烟气温度，℃，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度；
B——当地大气压力，kPa。
（2）、风机风压的计算
式中1.2——风压备用系数；
——系统总阻力，Pa；
Sy——烟囱抽力，Pa；
tp——风机前烟气温度，℃；
ty——风机性能表中给出的试验气体温度，℃；
ρy——标准状态下烟气密度，1.34kg/m3。
计算出风机风量Qy和风机风压Hy后，可按风机产品样本给出的性能曲线或表格选择所需风机的型号。
3.、电动机功率的计算
（kW）
式中Qy——风机风量，m3/h；
Hy——风机风压，Pa；
——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）；
——机械传动效率，当风机与电机直联传动时
＝1，用联轴器连接时
＝0.95~0.98，用V形带传动时
＝0.95；
β——电动机备用系数，对引风机，β＝1.3。
根据电动机效率，风机的转速，传动方式选择电动机型号。
四、除尘系统的设定
旋风除尘和袋式除尘二级除尘系统
2.、旋风除尘器的工作原理、应用及特点
（1）、旋风除尘器的应用及特点
旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心力将尘粒从合尘气流中分离出来的除尘装置。
它具有结构简单，体积较小，不需特殊的附属设备，造价较低．阻力中等，器内无运动部件，操作维修方便等优点。
旋风除尘器一般用于捕集5-15微米以上的颗粒．除尘效率可达80％以上，近年来经改进后的特制旋风除尘器．其除尘效率可达95％以上。
旋风除尘器的缺点是捕集微粒小于5微米的效率不高,
（2）、旋风除尘器的工作原理
旋风除尘器内气流与尘粒的运动概况：
旋转气流的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，形成下降的外旋含尘气流，在强烈旋转过程中所产生的离心力将密度远远大于气体的尘粒甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和自身的重力沿壁面下落进入集灰斗。
旋转下降的气流在到达圆锥体底部后．沿除尘器的轴心部位转而向上．形成上升的内旋气流，并由除尘器的排气管排出。
自进气口流人的另一小部分气流，则向旋风除尘器顶盖处流动，然后沿排气管外侧向下流动，当达到排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流一同从诽气管排出，分散在其中的尘粒也随同被带走。
3.、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=936800（m3/h）
2）初步选用XLP/B-10.6型旋风除尘器，处理烟气量大，将选用10个并联
，取ξ=5.8
每个烟气处理量936800/10=93680（m3/h）
u=（2△P/ρξ）0.5=（2×
900/（1.30×
5.8）0.5=15.4m/s
在这里取u=15m/s
△P=848﹤900
进口面积A=Q/u=93680/15/3600=1.735m2
根据XLP-B-10.6型旋风除尘器尺寸比例
入口宽度b=（A/2）0.5=0.9314m
筒体直径D=3.33b=3.102m
参考XLP/B型旋风除尘器产品系列，取D=3102mm,
3）选型论证
a×
b=0.0882m2
u=Q/A=15.4m/s
△P=ξu2ρ/2=116.1
因为采用的是并联，所以要乘一个压力系数变化116.1×
1.1=128Pa﹤900Pa符合要求。
4）XLP/B型旋风除尘器外形尺寸由：
表五XLP/B型旋风除尘器外形尺寸
型号
外形尺寸/mm
D
De
L
b
D3
质量/kg
XLP/B
3102
1861
7134
5273
931
1334
578
排出管直径De=0.6D；
锥体长度H=2.3D；
筒体长度L=1.7D；
排灰口直径D3=0.43D
（2）、XLP/B型旋风除尘器的分割粒径、分级效率和总效率的计算
表六XLP/B型旋风除尘器
平均粒径/μm
0.5
3
15
55
>
60
粒径分布/％
16
6
7
分级效率/％
13.3
35.9
54.9
70.9
81.9
87.9
91.6
94
100
总效率/％
67.2
bc50=0.27（μD/3.14（ρp-ρ）u=6（μm）
经过预除尘后（一级处理），烟尘浓度是15.5764×
（1-67.2﹪）=5.109g/m3
二级除尘的效率将要达到：
（5.190-0.2）/5.190=96.15﹪
4.、脉冲袋式除尘器的工作原理、应用及特点
（1）、袋式除尘器的分类
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。
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、环隙喷吹、回转清灰脉冲袋式除尘器等多种形式。
（2）、脉冲袋式除尘器的工作原理
含尘空气进气口进入除尘箱，因气体突然扩张，流速骤然降低，颗料较粗的粉尘，靠其自重力向下沉降，落入灰斗。
（3）、脉冲袋式除尘器的应用
消灰过程是由控制仪按规定要求对各个电磁脉冲阀发出指令，依次打开阀门，顺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的孔眼穿过文氏管进入滤袋（称为一次风）。
而当喷吹的高速气流通过文氏管——引射器的一刹那，数位于一次的周围空气被诱导同时进入袋内（称二次风）。
由于这一、二次风形成一股与过滤气流相反的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，以及气流反向作用，逐将吸附在袋壁外面的粉尘清除下来。
由于清灰时向袋内喷吹高压空气是在几组滤袋间依次进行的，并不切断需要处理的含尘空气。
所以在清灰过程中，除尘器的压力损失和被处理的含尘气体量都几何不变。
这一点就是脉冲袋式除尘器的先进性之一。
（4）、脉冲袋式除尘器的特点:
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。
5.、袋式除尘器的结构设计及选型
（1）、含尘气流的温度T=130℃，进气流量Q=936800m3/h,含尘浓度
=5.109g/m3，
（2）、根据原始材料及锅炉含尘气体的性质条件，滤料选用玻璃纤维滤料。
其具有过滤性能好、阻力低、化学性能好，价格便宜等优点；
其清灰方式选用逆气流清灰法清灰；
（3）、参考《大气污染控制工程》，逆气流反吹清灰的过滤气速
=0.5～2.0m/min；
选取
=2.0m/min。
（4）、参考《大气污染控制工程》，袋式除尘器的压力损失
，通过清洁滤袋的压力损失
一般为100～130Pa，当压力损失
接近1000Pa时一般需要对滤袋进行清灰。
此处选取
为100Pa。
（5）、参考《除尘设备》，锅炉中颗粒的比阻系数
=1.50min/（g·
m）
（6）、参看《环境工程设计手册》，锅炉的堆积密度
=1500Kg/m3，含尘气流达到国家标准的排放浓度
=200mg/m3
（7）、参看《袋式除尘器的设计与应用》，相邻两滤袋安装的中心距为210～250mm，滤袋与花板边界距离为200mm，单元间隔大于相邻两滤袋的间隔。
（8）、含尘气体进气流速
为18m/s，净气出口流速
为3～8m/s。
6.、过滤面积、滤袋数目的确定
袋式除尘器的过滤面积A=
根据《袋式除尘器的设计与应用》所述，滤袋长度L与直径D的比L/D的取值范围5～40，及滤袋尺寸的参考数据选取：
L=1500mm,d=160mm.
计划所需滤袋总数n=
故分十个单元，每个单元安装100条滤袋，按33*32布置，总计10560条滤袋。
7.、滤袋清灰时间的确定
袋式除尘器的压力损失：
—（※）
式中
—通过清洁滤袋的压力损失，Pa；
—通过颗粒层的压力损失，Pa。
据：
=
t
式中
—颗粒比阻力系数，min/（g·
—过滤风速，m/min
—含尘浓度，g/m3
t—清灰时间，min
设
达到1000Pa时清灰一次，将已知数据代入（※）式：
1000=100+1.50×
2.02×
5.109×
t
解得：
t=30min=0.5h
故滤袋运行0.5h清灰一次。
8.、灰斗的计算
为达到二级除尘所需的除尘率：
则灰堆积速度：
q=
取相邻两滤袋距离为60mm，即相邻两滤袋中心距为220mm。
单元间距取100mm。
每单元的截面为正方形，截面边长：
a=10×
0.16＋9×
0.06＋2×
0.2=2.54m=2540mm，截面积：
S=a2=2.542=6.45m2
取灰斗倾斜角为50°
，排灰口边长a0取0.3m，排灰斗高度：
H=
a·
tan50°
a0·
=
×
2.54×
0.3×
=1.33m
积灰高度h取6m,估算积灰体积：
V=
=60.40m3
排灰时间
0.367h，故可知每0.367小时排灰斗排灰一次。
9.、辅助结构计算
便于进气管与灰斗连接，采用方形断面管，断面边长：
L1=
=1.2m
净气出流速度
取8m/s，出口管道选圆截面管道，截面直径：
D=
=0.654m=654mm，圆整到700mm。
10.、选型设计一览表
表七除尘器选型
项目
内容
除尘器形式
分室反吹脉冲袋式除尘器
清灰方式
逆气流反吹清灰
滤袋
过滤风速
2min/（m2·
s）
过滤面积
7806.7m2
滤袋尺寸
长L=1500mm,直径d=160mm.
滤袋总数
10560条
清灰时间
0.5h
灰斗
排灰体积
329m3
积灰高度
6000mm
0.367h
灰斗高度
1330mm
进气口
气流速度
18m/s
边长
300m
出气口
8m/s
直径
700mm
故建议选用HMC-96型号HMC型气箱脉冲袋式除尘器。
五、除尘系统效果分析
经过二级除尘，总除尘效率达到98.7﹪，完全达到排放要求.一般经过二级除尘，效率都可以达到99.5%，同时压损也会很大，对滤袋、除尘仪器都有不利的影响，仪器的操作要求也会很高，运行耗能也会很大，实例说明在高效率时每降低一个百分点就会减少很大的压损，也考虑到后面要用湿法脱硫，对除尘也有一定的效率，所以降低除尘效率，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。
为企业创造更多的收益。
但选用型号除尘器后，要进行必要的改装，才可以达到要求。
六、锅炉烟气脱硫工艺的选择
目前,世界上烟气脱硫工艺有上百种,但具有实用价值的工艺仅十几种。
根据脱硫反应物和脱硫产物的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,占世界总量的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,具有投资少,占地面积小,运行费用低等优点,非常适合我国的国情。
采用湿法脱硫工艺,要考虑吸收器的性能,其性能的优劣直接影响烟气的脱硫效率、系统的运行费用等。
旋流板塔吸收器具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点,可以快速吸收烟尘,具有很高的脱硫效率。
氧化镁脱硫技术是利用氢氧化镁作为脱硫剂吸收烟气中的二氧化硫，生成亚硫酸镁，并通入空气将亚硫酸镁生成溶解度更大的硫酸镁。
氢氧化镁作脱硫剂具有反应活性大、脱硫效率高、液气比小等优点，因此具有综合投资低，运行费用低等特点。
氧化镁吸收SO2的湿法脱硫方式是目前适合于中、小型锅炉烟气脱硫技术最为成熟的脱硫方式之一。
如果MgO法脱硫工艺产物，不经氧化曝气则可以把浆液脱水湿渣，其组成MgSO360~70MgSO420~30溶解状，杂质10，湿渣可以作为农用肥料。
可直接作基肥，追肥和叶面肥。
植物正常发育的所需镁量，一般为干重5g/kg左右。
施用镁肥不仅可增加作物产量，还可改善产品品质，如镁肥对甘蔗、香蕉、烟叶产量和品质都有良好作用。
1.、脱硫吸收器比较选择
脱硫吸收器的选择原则,主要是看其液气接触条件、设备阻力以及吸收液循量。
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虽然较大,但易结垢堵塞,阻力较大。
相比之下,旋流板塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点,适用于快速吸收过程,且具有很高的脱硫效率。
因此,选用旋流板塔脱硫吸收器。
（1）、氧化镁法脱硫原理
在洗涤中采用含有MgO的浆液作脱硫剂,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如下特点:
A、氧化镁法脱硫工艺成熟,目前日本、中国台湾应用较多,国内近年有一些项目也开始应用。
B、脱硫效率在90.0%～95.0%之间。
C、脱除等量的SO2,MgO的消耗量仅为CaCO3的40.0%。
D、要达到90.0%的脱硫效率,液气比在3～5L/m3之间,而石灰石-石膏工艺一般要在10～15L/m3之间。
E、我国MgO储量约80亿t,居世界首位,生产量居世界第一。
（2）、旋流板塔吸收器脱硫原理
旋流板塔工作时，烟气由塔底从切向高速进入，在塔板叶片的
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