大气污染课程设计Word文档格式.docx
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初步树立正确的设计思想，并通过设计进一步掌握课程内容。
第二章设计原始材料
1、单位生产状况
平顶山十三矿坑口电厂，占地63707m2。
装机容量3×
3MW；
劳动定员：
223人，固定资产：
3194.94万元。
按照“创建煤矿办电样板，创建资源综合利用典范”的发展目标，坑口电厂已形成“求实创新、励精图治、团结拼搏、争创一流”的企业精神，对锅炉的污染进行同步治理。
2、锅炉参数
项目
参数
锅炉（1台）
N6-3.43凝汽机
锅炉蒸发量
20t/h
锅炉燃煤量
洗中煤6.8t/h
烟气温度
130~150℃
3、煤质资料参数
序号
符号
单位
1
工作基碳份
Car%
22~26
2
工作基氢份
Har%
1.9~2.4
3
工作基氧份
Oar%
8~10
4
工作基氮份
Nar%
---
5
工作基硫份
Sar%
0.6~0.8
6
工作基水份
Mar%
1.22~1.93
7
工作基灰份
Aar%
49~59
8
可燃挥发份
Vdaf%
14.5~15.6
9
工作基低位发热量
Qnet，arMJ/kg
10.58
3、灰成分分析
名称
设计煤种
校核煤种
二氧化硅
SiO2
%
52.7
50.98
三氧化二铝
Al2O3
28.36
32.08
三氧化二铁
Fe2O3
3.85
氧化钙
CaO
4.64
4.12
氧化镁
MgO
1.38
1.44
氧化钾
K2O
1.79
1.04
氧化钠
Na2O
0.21
0.14
三氧化硫
SO3
1.51
2.26
五氧化二磷
P2O5
0.22
0.60
10
二氧化钛
TiO2
0.86
0.96
4、气象和地理条件
气象和地理条件
多年平均大气温度
15.6℃
多年极端最高气温
42.3℃
多年极端最低气温
-15.3℃
多年平均相对湿度
67%
多年平均风速
2.4m/s
累年瞬时最大风速
20m/s
最大冻土深度
22cm
最大积雪深度
地基承载力
230kPa
抗震设防烈度
6度
11
设计基本地震加速度值
0.05g
6.排放浓度按国家相关排放标标准
第三章烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算
一、设计时所用参数以及所用煤质资料
1、所用参数
（1）、锅炉型号SHL10-1.3.82-P型
（2）、额定蒸发量20t/h
（3）、锅炉最大耗煤量6800kg/h
（4）、排渣形式固态排渣
（5）、应用基低位发热量10580kJ/kg
2、烟气性质
烟气温度：
144℃
露点温度：
57℃
烟气压力：
2000pa
3、煤质资料
Cy
Hy
Oy
Ny
Sy
Ay
Wy
Vy
24
2.0
0.8
56
1.8
15.0
煤的组成成分
二、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算
1.标准状态下的理论空气量
Ｑａˊ＝4.76（1.867ＣY＋5.56HY＋0.7ＳY－0.7ＯY）（ｍ3／㎏）
=2.39
式中ＣY，ＣY，ＳY，ＯY――分别为煤中各元素所含的质量分数。
2.标准状态下的理论烟气量
Ｑｓˊ＝1.867（ＣY＋0.375SY）＋11.2ＨY＋1.24ＷY＋0.016Ｑａˊ＋0.79Ｑａˊ
=2.83（
）
式中Ｑａˊ--标准状态下的理论空气量，ｍ3／㎏
ＷY—煤中水分所占质量分数，%
NY–N元素在煤中所占质量分数，%
3.标准状态下实际烟气量
Ｑｓ=Ｑｓˊ+1.016（α－1）Ｑａˊ（ｍ3／kg）
标准状态下烟气流量Q应以
计,因此,
=3.80×
6800×
=77520（
式中a-----空气过量系数
------标准状态下理论烟气量,
------标准状态下理论空气量,
4、标准状态下烟气含尘浓度
C=（dsh×
AY）/Ｑｓ（㎏/ｍ3）
=30000（mg/
式中
-------排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数
AY--煤中不可燃成分的含量
------标准状态下实际烟气量,（
5、标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算
Cso2=（2SY）/Ｑｓ×
106（mg/ｍ3）
式中SY--煤中可燃硫的质量分数
------标准状态下燃煤产生的实际烟气量,（
第四章工艺流程的确定以及相关设备的计算
通过对坑口电厂锅炉燃煤过程中产生的烟气量、烟尘浓度、二氧化硫浓度的计算可知，实际操作条件下，烟气量77520（m3/h），烟尘浓度为30000（mg/m3），二氧化硫浓度为4210.5（mg/m3）。
按《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）中二类区标准执行。
标准状态下烟尘浓度排放标准：
200mg/m3，标准状态下二氧化硫浓度排放标准：
900mg/m3。
要求达到国家行业的排放标准，则设计时要求除尘器的除尘效率达到（1-200／30000）×
100%=99.3%,脱硫设备要求达到的脱硫效率为（1-900／4210.5）×
100%=78.6%,
第一节除尘器的选择
1、除尘器选用要点
确定除尘器的种类，型式和流量时，应考虑以下要点：
（1）、粉尘的分散度
选择除尘器的型式时，首先要确切掌握粉尘的分散度，例如，粒径在10um以上时应选离心力除尘器，在粒径为数微米以下粒径占大部分时，应选择电除尘器、过滤式除尘器或洗涤器。
（2）、按粉尘密度
粉尘密度对除尘器的除尘性能影响很大，这种影响表现最为明显的是重力、惯性力和离心力除尘器。
所有除尘器的一个共同点是堆积密度越小，尘粒分离捕集就越困难，粉尘的二次飞扬也越严重，所有在操作上与设备结构上应采取特别措施。
（3）、按含尘浓度
①、在重力、惯性力和离心力除尘器中，一般说来，进口浓度越大，除尘效率越高，可是这样一般又会增加出口含尘浓度，所以不能仅从除尘效率高，就笼统的认为粉尘处理的好。
②、在文氏洗涤器、喷射洗涤器等除尘器中，考虑到喉管段的摩擦损耗和喷嘴堵塞等因素，希望初始浓度不要太高。
③、在过滤式除尘器中，初始浓度越低，整体的除尘性能越好。
在高初始浓度时，希望采用压力损失变化小的连续清灰方式。
④、电除尘器，一般初始浓度为30mg/m3（标）以下的范围内使用。
（4）、烟气温度的影响
对于高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器，如果烟气中含有SO2、NO等气态污染物时，可以考虑采用湿式除尘器，但是必须注意腐蚀问题。
2、经以上分析，初步可选择的除尘器有文丘里管除尘器和袋式除尘器。
下面对这两种除尘器进行比较：
文丘里管除尘器
文丘里管除尘器是湿式除尘器中除尘效率最高的一种除尘器，它的优点是除尘效率高，可达99.9%以上，又能消耗1um以下的细尘粒，结构简单，造价低廉，维护管理简单。
它不仅可用作除尘（包括净化含微米和亚微米粉尘粒子），还能用于除雾、降温和吸收有害气体、蒸发等。
文丘里除尘器由文氏管和脱水装置除沫器组成，除沫器一般选立式旋风水膜除尘器。
文氏管由三个异型管（即收缩管、喉管和扩散管组成一根长管）及喷水装置所组成。
文丘里管实际上是整个装置的预处理部分，它使烟尘微粒凝聚而使其有效尺寸增大，易于捕集，而真正将烟气与夹带的烟尘微粒的水滴的分离过程是在除雾器中进行的。
文丘里洗涤器的主要工作原理是惯性碰撞，当含尘烟气进入收缩管之后，气流的速度随着界面的缩小而骤增，这股高速气流冲击从喷水装置喷出的液体，使其泡沫化。
然后，气、液、固多相流进喉管，使流速达到最大值。
在喉管中由于气液两相充分碰撞接触和由于压力的的降低，烟气便成饱和状态；
进入扩散管后，烟气流速逐渐降低，静压得到一定的回复，于是，蒸汽便以烟尘微粒为核心，开始逐渐凝聚，由于截面的变化，引起气流速度的重新分布，在气、液、固三相间由于惯性力的不同，存在着相对运动，于是产生了固体烟尘大小颗粒间、液体和固体间以及液体不同直径水滴间的相对碰撞，其结果是出现了大颗粒捕集小颗粒、小颗粒挂于大颗粒等的凝并现象，使烟尘的有效尺寸增大。
经文丘里洗涤器预处理后的烟气以切向速度进入除雾器，在离心力的作用下，除雾器将烟尘和水流抛向除雾器的器壁，烟尘被壁面上流下的水膜所黏附，随含尘废水经下部灰斗排至沉淀池，净化后烟气从除尘器上部排除。
袋式除尘器
袋式除尘器，又称空气过滤器，是利用多孔纤维材料制成的滤袋，将含尘气流中的粉尘捕集下来的一种高效除尘装置。
由于其具有除尘效率高，尤其对微米或亚微米级粉尘颗粒具有较高的捕集效率，除尘效率可达到99.9%以上，且不受粉尘比电阻的影响；
运行稳定，对气体流量及含尘浓度适用性强；
处理流量大，性能可靠等优点，因此广泛使用于工业含尘废气净化工程。
但目前存在的主要问题是：
普通滤料不耐高温，若采用特殊滤料，则成本很高，另外不适宜净化黏性及吸湿性强的气体，否则气体温度低于露点温度时，会产生“糊袋”现象，使除尘器不能正常运行。
袋式除尘器的工作原理是，含尘气体从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体由排出口排出。
沉积在滤料的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中。
常用滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成，滤料本身网孔较大，一般为20um~50um，因而新鲜滤料的除尘效率较低。
颗粒因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，逐渐在滤料表面形成粉尘层，常称为粉尘初层。
初层形成后，它成为袋式除尘器分主要过滤层，提高了除尘效率。
滤布只不过起着形成颗粒初层和支撑它的骨架作用，但随着颗粒在滤布上的积聚，滤袋两侧的压力差增大，会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降。
另外，若除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，影响生产系统的排风效率。
因此，除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰。
清灰不能过分，即不应破坏颗粒初层，否则会引起除尘效率显著下降。
对于粒径0.1um~0.5um的粒子，清灰后滤料的除尘效率在90%以下；
对于1以下的效率在98%以下。
当形成颗粒层后，对所有粒子效率都在95%以上；
对于1um以上的粒子，效率高于99.6%。
根据清灰方法的不同，可分为机械振动类、分室反吹类、喷咀反吹类、脉冲喷吹类、机械回转反吹类5种类型。
脉冲喷吹式布袋除尘器由于其脉冲喷吹强度和频率可进行调节，清灰效果好，是目前世界应用最为广泛的除尘装置。
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。
（1）机械振打袋式除尘器:
是利用机械装置使滤袋产生振动而清灰的袋式除尘器。
此类除尘器的特点是施加于粉尘层的动能较少而次数较多，因此要求滤料薄而光滑，质地柔软，有利于传递振动，在过滤面上生成足够的振动力。
结构及工作原理：
中部振打袋式除尘器，又称ZX型袋式除尘器。
基本部件由滤袋、箱体、灰斗、振打清灰装置、进出风管及螺旋输送机等部分组成。
含尘气体由灰斗上部进入，然后向上进入滤袋，粉尘积于滤袋内表面，净气经滤料由阀箱向外排出。
箱体由隔板分成相等滤袋数目的多个仓，袋底开口，并固定于底板的短管上，袋顶由帽盖封闭，并悬吊在振打机构的吊架上。
箱体的顶盖上装有阀箱及振打机构。
特点：
具有较高、稳定的除尘效率和较低的阻力，构造简单，滤袋装卸方便，维护容易，应用范围较广，适用于常温气体的过滤。
（2）脉冲袋式除尘器：
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。
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。
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。
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。
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。
第二节脱硫工艺的选择：
对烟气进行脱硫技术有三种技术，即湿式烟气脱硫技术、半干法烟气脱硫技术、干法烟气脱硫技术。
其中湿式烟气脱硫技术应用比较广泛，且方法较多，技术成熟。
湿式烟气脱硫技术有以下几种方法：
石灰/石灰石-石膏法
该法的脱硫原理是用石灰或石灰石浆液吸收烟气中的二氧化硫，先生成亚硫酸钙，然后将亚硫酸钙氧化为硫酸钙。
副产品石膏可回收利用。
传统的石灰/石灰石-石膏法的工艺流程如下，
1,8,10—泵；
2—循环槽；
3—吸收塔；
4—母液槽；
5—氧化塔；
6—稠厚器；
7—中间槽；
9—离心机
将配置好的石灰浆液用泵送入吸收塔顶部，经过冷凝塔冷却并除去90%以上的烟尘。
含SO2的烟气从塔底进入吸收塔，在吸收塔内部烟气与来自循环槽的浆液逆向流动，经洗涤净化后的烟气经过在加热装置通过烟囱排空，石灰浆液在吸收SO2后，成为含有亚硫酸钙和亚硫酸氢钙的混合液，将此混合液在母液槽中用硫酸调整pH值至4左右，送入氧化塔，并向塔内送入490kPa的压缩空气进行氧化，生成色石膏经稠厚器使其沉积，上层清夜返回循环槽，石膏将经离心机分离得到成品石膏。
现代石灰/石灰石-石膏法工艺流程主要有原料运输系统、石灰石浆液的制备系统、烟气脱硫系统、石膏制备系统和污水处理系统。
脱硫系统的结垢和阻塞是石灰/石灰石-石膏法工艺中最常见的问题，造成结垢阻塞的固体沉积主要以三种方式出现，即因溶液或浆液中的水分蒸发而使固体沉积。
Ca（OH）2或CaCO3沉积或结晶析出；
CaCO3被氧化成CaCO4从溶液中结晶析出，其中后者是导致脱硫塔发生结垢的主要原因，特别是脱硫钙结垢坚硬，一旦结垢难以去除，影响到所有与脱硫液接触的阀门、水泵、控制仪器和管道等。
为防止固体沉积，特别是CaCO4的结垢，除使吸收器应满足持液量大，气液两相相对速度高、有较大气液接触表面积、内部构件少、压力降小等条件外，还可采用控制吸收液过饱和和使用添加剂等方法。
3.2.2双碱法——碱式硫酸铝-石膏法
双碱法——碱式硫酸铝-石膏法是先用碱性清夜做吸收剂，然后将吸收SO2后的吸收液用石灰石或石灰进行再生，再生后的吸收液可循环使用。
由于在吸收和吸收液的再生处理中得到不同的碱，故称为双碱法。
双碱法具有明显的优点，由于采用清夜吸收，从而克服了湿式石灰/石灰石-石膏法中结垢的缺点，不存在结垢和料浆堵塞等问题；
另外，副产品石膏的纯度较高，应用范围也更广泛。
碱式硫酸铝-石膏法工艺流程图如下所示:
碱式硫酸铝-石膏法工艺流程图
1—吸收塔；
2—氧化塔；
3—除镁中和槽；
4—沉淀池；
5—中和槽；
6—增稠器；
7—离心机
（1）、反应原理：
首先是吸收剂的制备，碱式硫酸铝水溶液的制备可用粉末硫酸铝，即Al2SO4.（16~18）H2O溶于水，添加石灰石或石灰粉中和，沉淀出石膏，即得所需碱度的碱式硫酸铝。
其中主要反应式如下：
2Al2（SO4）3+3CaCO3+6H2O==
Al2（SO4）3.Al2O3+3CaSO4.2H2O+3CO2
碱式硫酸铝中能吸收SO2的有效成分是Al2O3，它在溶液中的含量常用碱度表示，碱式硫酸铝可用
Al2（SO4）3.
Al2O3表示。
（2）、吸收：
在吸收塔内，碱式硫酸铝溶液吸收SO2的反应式为：
Al2（SO4）3.Al2O3+3SO2==Al2（SO4）3.Al2（SO3）3
（3）、氧化：
在氧化塔中，利用压缩空气将SO2吸收后生成的浆液Al2（SO4）3.Al2（SO3）3氧化，反应式如下：
Al2（SO4）3.Al2（SO3）3+3／2O2==2Al2（SO4）3
（4）、中和：
在中和槽中，加入石灰石作为中和剂，再生出碱式硫酸铝吸收剂，同时沉淀出石膏，其反应式如下：
2Al2（SO4）3+3CaCO3+6H2O==Al2（SO4）3.Al2O3+3CaSO4.2H2O+3CO2
（5）、工艺流程：
碱式硫酸铝-石膏法工艺过程主要由吸收剂的制备系统、吸收系统、氧化系统、中和再生系统组成。
吸收SO2后的吸收液送入氧化塔，塔底鼓入压缩空气，使Al2（SO3）3氧化，氧化后的吸收液大部分返回吸收塔循环使用，只引出小部分送至中和槽，加入石灰石再生，并产生副产品石膏。
主要设备为吸收塔和氧化塔，吸收塔选用喷淋塔，顶部安装除沫器。
氧化塔为空塔，在塔底装置特殊设计的喷嘴，压缩空气和吸收液同事经过该喷嘴进入塔内。
碱式硫酸铝-石膏法的优点是处理效率高，液气比比较小，氧化塔的空气利用率较高，设备材料较易解决。
碱式硫酸铝-石膏法的影响因素
（1）、吸收液碱度一般来说吸收液碱度越高，吸收效率越高，但碱度在50%以上时容易生成絮状物，将妨碍吸收操作，碱度过低则会降低吸收液的吸收能力。
因此工业生产中常将碱度控制在20%~30%，中和后吸收液的碱度在25%~35%。
（2）、操作液气比由于溶液对有SO2很好的吸收能力，即使液气比较小，也可取得较好的吸收效果。
但液气比的大小与吸收温度、烟气中的SO2和O2浓度有关，当吸收温度较高时，SO2浓度较大或O2浓度较低时，均需增大液气比值。
工业生产中，吸收段液气比值控制为10L/m3，增湿段则为3L/m3。
（3）、氧化催化剂在工业生产中，为了减少操作的液气比值，可在吸收液中加入氧化催化剂强化氧化反应，一般选用MnSO4做催化剂，用量为0.2~0.4g/L，但由于锰离子随反应时间的延长浓度减少，所以一般加入量为1~2g/L。
钠式吸收法
钠碱法就是用NaOH或Na2CO3水溶液吸收废气中的SO2后，不用石灰或石灰石再生，而直接将吸收液处理成副产品。
与石灰/石灰石相比，该法具有吸收速度快，不存在阻塞、结垢问题等优点。
根据钠碱液的循环使用与否，分为循环钠碱法和亚硫酸钠法。
一些中小型化工厂和冶炼厂常用该法处理硫酸尾气的SO2，但因Na2CO3的有限，限制了该法的推广。
第三节工艺流程的确定
经实际进行的调查和收集相关的资料，开始选择两套工艺流
程。
第一套工艺流程图如下：
第二套流程图如下所示：
、
已知烟气的露点温度为57℃，则经处理后的烟气可直接排到大气中，不需要换热器进行换热。
第四节除尘器的确定及其相关计算
1、除尘效率
=99.3%
式中C------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规定值,
2、除尘器的选择
工作状况下烟气流量
式中Q-----标准状态下烟气流量,
-----工况下烟气温度,K
T------标准状态下温度,273K
则烟气流速为
根据提供的原始资料以及计算工况下的烟气量可知，若用文丘里除尘器，由于文丘里除尘器的处理量比较小，需并联若干个一起使用，计算复杂且耗资大，故选用脉冲喷吹袋式除尘器。
所选除尘器参数如下表
处理风量
过滤面积（㎡）
过滤风速（m/s）
设备阻力（mm
长×
宽×
高
（单位为m）
CDY
165000
1018
2~2.7
125
8840×
5960×
16895
总过滤有效面积：
A=Q/60v=116100/（60×
2.5）=774
取v=2.5m/min
第五节脱硫工艺的确定以及喷
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