大气污染控制技术课程设计21.docx

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大气污染控制技术课程设计21

成绩

XXXX学院

课程设计说明书（论文）

题目旋风离心式除尘装置的设计

课程名称大气污染控制工程

院系

专业环境工程

姓名

学号

设计地点基础实验中心D-201

指导老师

设计起止时间：

2011年6月20日至2011年7月1日

目录

一、绪论4

1.1废气产生来源4

1.2废气方案的去除方法4

二、各种除尘工艺的比较4

2.1除尘系统的选择6

2.2旋风除尘器的工作原理7

2.3旋风除尘器的应用8

2.4旋风除尘器的并联使用8

2.5除尘器并联方法9

2.5.1进气管并联方式9

2.5.2排气管并联方式9

2.5.3排灰口并联方式10

2.5.4并联后的除尘效率和阻力损失11

2.5.5旋风除尘器的特点12

三、锅炉烟气脱硫工艺选择12

3.1锅炉烟气脱硫工艺的论证选择12

3.1.1脱硫工艺及脱硫吸收器比较选择13

3.2工艺特点21

四、设计计算21

4.1原始参数21

4.2设计要求22

4.3计算烟气排放量及烟气中烟尘和SO2的浓度22

4.3.1蒸发量为35t/h的锅炉所需热量22

4.3.2烟气排放量及组成（标态）23

4.4.3在空气中，O2占21%，因此燃烧1kg煤所需要的理论空气量中N2的量23

4.3.4理论烟气量组成（mol）23

4.3.5烟气中烟尘和SO2的浓度24

4.4旋风除尘器的结构设计24

五、结论25

5.1工艺流程简述25

5.2设备参数25

六、参考文献26

前言

近20年来,随着国民经济的迅速发展,我国的SO2排放量连年增长,SO2的排放已导致许多地区出现了严重的酸雨现象,由此引起我国酸雨区不断扩大,造成全国每年经济损失1000亿元以上,接近当年国民生产总值的2%。

据统计,我国目前约有30万台中小型燃煤工业锅炉,耗煤量占全国原煤产量的1/3。

而这些锅炉中,大部分没有安装脱硫设备,致使许多地区酸雨频频发生,严重危害了工农业生产和人体健康。

因此,烟气脱硫是当前环境保护的一项重要工作。

目前,国内外成熟的脱除工艺有十几种,但都需要较高的基建投资和运行费用。

在我国目前的经济状况下,这对于绝大多数企业来说都是难以承受的。

由于工程基建费用是很难缩减的,而运行费用可以通过改良工艺和优化运行参数等得到降低。

我国大气污染严重，污染废气排放总量处于较高水平。

为控制和整治大气污染，“九五”以来，我国在污染排放控制技术等方面开展了大量研究开发工作，取得了许多新的成果，大气污染的防治也取得重要进展。

在“八五”、“九五”期间，国家辟出专款开展全球气候变化预测、影响和对策研究，在温室气体排放和温室效应机理、海洋对全球气候变化的影响、气候变化对社会经济与自然资源的影响等方面取得很大进展。

近年来，我国环境监测能力有了很大提高，初步形成了具有中国特色的环境监测技术和管理体系，环境监测工作的进展明显。

我国国民经济的高速发展推动了我国环保科技研究领域不断拓展，我国早期的环境科学偏重单纯研究污染引起的环境问题，现在扩展到全面研究生态系统、自然资源保护和全球性环境问题；特别是污染防治，由工业“三废”治理技术，扩展到综合防治技术，由点源的治理技术，扩展到区域性综合防治技术，并研究开发了无废少废的清洁生产工艺、废物资源化技术等。

在大气污染防治技术的研究开发方面，近年来我国取得众多成果，与此同时，如表1所列，大气污染的治理也取得了很大进展。

【表1近年我国大气污染治理取得的一些进展】

大气污染防治

1995年

1996年

1997年

1998年

1999年

2000年

工业废气治理率（%）

82.5

84.4

86.3

87.1

85.1

89.8

建成城市烟尘控制区数（个）

3002

2319

2339

2446

2364

2718

烟尘控制区面积

（平方公里）

12532

12961

15791

13796

16000

18000

“九五”期间全国主要污染物排放总量控制计划基本完成。

在国内生产总值年均增长8.3%的情况下，在大气污染防治方面，2000年全国二氧化硫、烟尘、工业粉尘等项主要污染物的排放总量比“八五”末期分别下降了10～15%。

结合经济结构调整，国家取缔、关停了8.4万多家技术落后、浪费资源、质量低劣、污染环境和不符合安全生产条件的污染严重又没有治理前景的小煤矿、小钢铁、小水泥、小玻璃、小炼油、小火电等“十五小”企业，对高硫煤实行限产，有效地削减了污染物排放总量。

全国23万多家有污染的工业企业中，90％以上的企业实现了主要污染物达标排放。

46个考核的环境保护重点城市中，25个城市实现了大气质量按功能分区达标，有19个城市（区）被授予国家环境保护模范城市（区）。

为控制和整治大气污染，“九五”以来，我国在煤炭洁净加工开发技术、煤炭洁净高效燃烧技术、煤炭洁净转化技术、污染排放控制技术等方面开展了大量研究和开发，取得了许多新的成果。

与此同时，我国大气污染的防治也取得重要进展。

酸雨和二氧化硫控制区的污染防治工作已深入展开。

“两控区”内175个地市和电力、煤炭等行业编制了二氧化硫污染防治规划。

关停小火电机组198台（装机容量208万千瓦）。

8个省、自治区、直辖市开始限制燃煤含硫量。

目前，“两控区”年削减二氧化硫排放量近80万吨，93个城市二氧化硫的浓度达到国家环境质量标准。

旋风离心式除尘装置的设计

一、绪论

1.1废气产生来源

锅炉煤的燃烧产生的二氧化硫。

1.2废气方案的去除方法

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），再用旋流板塔氢氧化钠法脱硫。

注：

考虑到压损过大对除尘器的不利影响和对操作的要求高，作为一级预除尘除尘要求不高，因此，确定旋风除尘器型号时要求阻力不大于900Pa。

二、各种除尘工艺的比较

  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。

它们基本性能如表2—1示。

 【表2—1除尘设备的基本性能】

除尘器名称

阻力（Pa）

除尘效率（﹪）

初投资

运行费用

重力沉降室

50~150

40~60

少

少

惯性除尘器

100~500

50~70

少

少

旋风除尘器

400~1300

70~92

少

中

多管旋风除尘器

800~1500

80~95

中

中

喷淋洗涤塔

100~300

75~95

中

中

【表2—2 各种除尘器设备费、耗钢量及能耗量指标】

除尘器名称

所占空间体积［m3/（1000m3/h）］

存储设备费（比值）

耗钢量［kg/（m3/h）］

能耗量（Kj/m3）

重力沉降室

20~40

1.0

惯性除尘器

0.7~1.2

3.0~6.0

0.15~0.3

旋风除尘器

约1.75

1.0~4.0

0.05~0.1

0.8~1.6

多管旋风除尘器

3.9

2.5~5.0

0.07~0.15

1.6~4.0

【表2—3】

除尘器名称

除尘作用力

最佳粒径/μm

投资比较

阻力Pa

温度℃

备注

重力尘降室

重力

>100

低

200~1000

<400

占地面积大，除尘效率低

惯性除尘器

惯性力

>50

低

400~1200

<400

除尘效率较低

旋风除尘器

离心力

5~20

中

400~2000

<400

通过比较，旋风除尘器管理、制作方便，体积小、价格便宜，因此，选用旋风除尘器作为二级除尘系统中的预除尘。

2.1除尘系统的选择

选用XLP/B型旋风除尘器，由于需要处理较大烟气量，则选用14个子旋风除尘器并联。

Y型

图2-1XLP/B型旋风除尘器

2.2旋风除尘器的工作原理

如图2-1所示，普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体、排灰管和排气管等组成。

当含尘气流以12～25m/s速度由进气管进入旋风除尘器时，气流将由直线运动变为圆周运动。

旋转气流的绝大部分沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下，朝锥体运动，通常称此为外旋流。

含尘气体在旋转过程中产生离心力，将密度大于气体的尘粒甩向器壁。

尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性而靠入口速度的动量和向下的重力沿壁面下落，进入排灰管。

旋转下降的外旋气流在到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。

根据“旋转柜”不变原理，其切向速度不断提高。

当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部，由上而下继续做螺旋形运动，即形成内旋流。

净化后的气体经排气管排出，一部分未被捕集的尘粒也由此逃逸。

气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部的压力下降，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后到达排出管下端附近被上升的内涡旋带走，从排出管排出，这股旋转气流称为上旋流。

灰斗中外旋流转换为内旋流的区域称为回流区。

对旋风除尘器内气流运动的测定发现，实际的气流运动是很复杂的，除了切向和轴向运动外，还有径向运动。

如，在外旋流，少量气体沿径向运动到中心区域，在内旋流，也存在着离心的径向运动。

图2-2旋风除尘器的工作原理

1-筒体2-锥体3-排气管4-灰斗

2.3旋风除尘器的应用

旋风除尘器作为一种中效除尘装置，由于其具有结构简单，制造、安装和维护管理容易，投资少，体型和占地面积小等特点，广泛地应用了各种工业部门中。

旋风除尘器一般只适用于净化非粘结性和非纤维性粉尘，温度在400℃以下的非腐蚀性气体。

如果用在高温气体净化上，则需采取冷却措施，或内壁衬隔热材科。

用于净化腐蚀性气体时，则应采用防腐材料制作，或内壁喷涂防腐材料。

旋风除尘器内的旋转气流速度很高，粉尘对壁面的磨损，特别是对锥体部分的磨损较快，所以在设计和运行时应充分注意，采取一定的耐磨措施。

旋风除尘器的除尘效率，除了与其结构型式有直接关系外，还与其卸灰装置I包括灰斗和卸灰阀）好坏克直接关系。

如果卸灰装置的设计或管理不当，造成决斗漏风，破坏了除尘器内的气流运动，将会使已沉降的粉尘再次悬浮飞扬，除尘效率大大降低，或造成排灰口堵塞，使除尘系统瘫痪。

因此，必须对卸灰装置的设计和管理给予高度重视。

旋风除尘器是应用广泛的除尘器之一。

在应用中可以单独供用，也可以单独使用，也可以并联或串联供用。

串联中既有旋风除尘器自身进行串联，也有旋风除尘器与其他类型除尘器的串联使用，在应用中对旋风除尘器采用防磨损措施也很重要。

2.4旋风除尘器的并联使用

旋风除尘器并联使用主要有以下几种原因。

①理论上，两个以上并联使用的小尺寸旋风除尘器比用一台大尺寸同类旋风除尘器，如果入口气流速度保持不变，则除尘效率就会提高。

这时，为了满足必须处理的气体量，就得把若干小直径的除尘器并联使用，否则压力损失会太大。

②在气体负荷变化过大的情况下，当负荷减少时切断部分除尘器，可保持较高除尘。

③有时需要增加处理气体量，采取增添除尘器的办法，和原有除尘器并联使用，以保持效率阻力不变。

④需要维护检修时把并联使用的一部分除拿器切断不影响系统的运行。

2.5除尘器并联方法

当除尘器数目不多时（一般不超过8个）可以采用单管并联，这时，每个除尘器有其自己的进气管和排气管，各自与进气干管和排气干管相连，或者各自单独向大气排气；每个除鉴器可以有单独的灰斗，也可以合用一个灰斗。

2.5.1进气管并联方式

单个旋风除尘器并联，进气几乎都是切向的。

进气管和排气管不同并联方式如下。

图2-3（a）是最简单的入口并联方式，在进气管中气体和灰尘的流动是对称的，两个除尘器中的工作情况相同的，效率和阻力相同的。

图3（b）所示的连接，难使所有文管入口压力相同，但安装比较方便。

图3（c）是另一种连接方式，每经过一个除尘器的入口以后，主管道就会缩小一些，进入并联的除尘器气流可以自我补偿，达到气流基本平衡；这是因为最大的气流产生的最大压力降，从而使流量减少。

图2-3旋风除尘器进气并联方式

2.5.2排气管并联方式

并联除尘器与排气干管连接时，往往为了回收压力而采用蜗卷式出口。

因为这种出口的方向可以随意安排，故可根据具体情况采用不同的连接方式，图2-4是几个例子，其中，图2-4（a）为对称并联，图4（b）、（c）、（d）、（e）为不对称并联。

图2-4除尘器出口并联方式

图2-5与排气干管简单的并联

图2-5是另一种与排气干管连接的方式。

它是把各个除尘器的排气口简单地直接与除尘器上面的排气干管连接。

2.5.3排灰口并联方式

并联的旋风除尘器共用一个灰斗比各自有一个灰斗的优点是可以减轻清除积灰时的麻烦。

缺点是一旦漏风将严重破除尘器正常工作。

图五是共用灰斗示意。

灰尘从旋风除尘器C1和C2经过El和E2进入灰斗D。

如果两个除尘器相同，则它们从入口到出口的压力降是一样的，灰斗D中的气体是静止的。

如果由于某种原因，例如其中一个除尘器被灰尘堵塞，气流受到限制，以致在El点的压力大于E2点的，则气体就从El带着一些灰尘经过D流到E2，而从除尘器C2的排气管流出去。

因此，必须控制压力和流动状况。

把旋风除尘器做的完全一样，并且注意这个问题使并联的除尘器的差异尽量减少，也防止各个除尘器中的流动状况变的不同。

针对这一情况在工程应用中按组合除尘器数量将灰斗分格如图六所示

图2-6共用灰斗

图2-7灰斗分格

1-旋风除尘器；2-集灰斗；3-隔板；4-排灰口

2.5.4并联后的除尘效率和阻力损失

若干旋风除尘器并联使用的除尘效率理论上讲应当不变。

但在实际上并联旋风除尘器相同条件下和单独使用所获得的除尘效率相比较，往往前者要低一些，效率的下降趋势是随着并联数量的增多而加大，以小直径旋风子并联使用，和相似的大直径旋风除尘器在同样流量条件下单独使用相比较，除尘效率也往往不能提高到理论上的程度。

在除尘效率80%～85%的范围内，小直径除尘器的除尘效率可以比几何相似的大直径除尘器理论上提高约10%，但把小直径并联起来，可能只提高5%。

并联旋风除尘器的阻力损失比单独使用时大，这是因为除尘器并联后出口、入口及排灰口都有所变化造成的。

一般估算，并联阻力损失为单独使用时的1.1倍。

2.5.5旋风除尘器的特点

旋风除尘器结构简单，造价便宜，体积小，除尘效率比重力沉降室和惯性除尘器高，且无运动部件，运行管理舱。

因此它的应用较为广泛。

高效旋风除尘器可除去粒径小于5um的粉尘，效率可达50%~80%。

普通旋风除尘器不能除粒径小于5um的粉尘，其压力损失一般为400~1300Pa。

旋风除尘器有以下特点：

（1）结构简单，器身无运动部件，不需要特殊的附属设备，占地面积小，制造、安装投

资较少。

（2）操作、维护简便，压力损失中等，动力消耗不大，运转、维护费用较低，对于大于10um的粉尘有较高的分离率。

（3）操作弹性较大，性能稳定，不受含尘气体的浓度、温度限制。

对于粉尘的物理性质无特殊要求，同时可根据生产工艺的不同要求，选用不同材料制作，或内衬各种不同的耐磨、耐热材料，以提高使用寿命。

（4）采用干式旋风除尘器，可以捕集干灰，便于综合利用。

（5）对捕集微细粉尘（小于5um）的效率不高。

（6）由于除尘效率随筒体直径增加而降低，因而单个除尘器的处理风量有一定的局限。

（7）处理风量大时，要采用多个旋风子并联。

三、锅炉烟气脱硫工艺选择

3.1锅炉烟气脱硫工艺的论证选择

  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。

3.1.1脱硫工艺及脱硫吸收器比较选择

（1）脱硫除尘工艺比较选择（见表3—1）

 【表3—1 】

项目

石灰石/石膏湿法脱硫工艺

双碱法脱硫工艺

氧化镁脱硫工艺

喷雾干燥法脱硫工艺

氨法脱硫工艺

循环流化床脱硫工艺

工艺形式

湿法

湿法

湿法

半干法

干法

干法

脱硫剂

石灰石

镁基和钠基石灰

氧化镁

石灰

氨

石灰石

副产物状态

湿态

湿态

湿态

干态 

干态 

干态 

烟煤含硫量

无限制

可适用高硫煤 1%左右

无限制

中、低硫煤

高硫煤

中、低硫煤

脱硫率

高

高

高 

一般 

高

一般 

适用范围

大容量

最大装机容量1000MW

大容量

试验 中等容量

最大200MW机组

中、小容量

投资

中

中

低

中

低

中

运行费

中

低

低

高 

低 

中

【表3—2】

脱硫工艺

湿法

 半干法

干法

石灰石/石膏湿法

钠法

双碱法

氧化镁

氨法

海水法

喷雾干燥法

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

吸收剂

CaCO3

NaOH

NaCO3

NaOH

Mg（OH）2

CaO

MgO

NH3

海水

CaO

CaO

CaO

NH3

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

易结垢

易结垢

不结垢

堵塞

堵塞

不堵塞

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

小

大

（2）下列将最成熟工艺石灰（石）/石膏湿法脱硫工艺和氧化镁脱硫法的特点作对比。

①石灰（石）/石膏湿法脱硫工艺

 石灰（石）/石膏湿法脱硫工艺是采用石灰石（CaCO3）或石灰（CaO）作脱硫吸收剂原料，经消化处理后加水搅拌制成氢氧化钙（Ca（OH）2）作为脱硫吸收浆。

石灰或吸收剂浆液喷入吸收塔，吸附其中的SO2气体，产生亚硫酸钙，进而氧化为硫酸钙（石膏）副产品。

该工艺的优点主要是：

A、脱硫效率高，在Ca/S比小于1.1的时候，脱硫效率可高达90％以上；

B、吸收剂利用率高，可达到90％；

C、吸收剂资源广泛，价格低廉；

D、适用于高硫燃料，尤其适用于大容量电站锅炉的烟气处理；

E、副产品为石膏，高品位石膏可用于建筑材料。

该工艺的缺点是：

A、系统复杂，占地面积大；

B、造价高，一次性投资大；（在美国，单位一般造价在$150—200/kW；在中国，重庆珞璜电厂一期烟气脱硫工程2×360MW脱硫装置占电厂总投资的11.15%，太原第一热电厂高速平流简易湿式300MW机组的600000m3/h脱硫装置的单位造价约RMB650元/kW，杭州半山电厂2×125MW和北京第一热电厂2×410t/h锅炉脱硫装置单位造价更高达RMB1600/KW）；

C、运行问题较多——由于副产品CaSO4易沉积和粘结，所以，容易造成系统积垢，堵塞和磨损；

D、运行费用高，高液/气比所带来的电、水循环和耗量非常大；

E、副产品处理问题——目前，世界上对该副产品处理，主要采用抛弃和再利用两种方法：

西欧和日本因缺乏石膏资源，所以用此副产品做建筑用石膏板，与此同时，当地建筑规范也为该产品的推广使用提供了方便。

但对副产品石膏的成分要求严格（CaSO4>96%）。

在美国，因天然石膏资源丰富，空地较多，过去一般采用抛弃处理。

在中国，天然石膏资源丰富，而石灰石的成分却很难保证，因此脱硫石膏的成分不稳定，建筑行业很难采用；对于建在城市近郊或工业区的需要脱硫的电厂，又很难容纳大量石膏渣液的抛弃，即使有空闲场地抛弃，从长远来讲，仍然可能造成固体废弃物的二次污染。

因而副产物处理存在问题。

F、由于该工艺技术成熟，运用广泛，目前国家有相应技术规范，但国家环保总局在脱硫技术指导文件中明确指出该种方法适用于大型电站锅炉的脱硫，中小锅炉运用存在规模不经济等问题。

G、为适应国内中小型锅炉的烟气脱硫，对该工艺进行了改造运用，减少脱硫剂制备和石膏生成系统尚可，但其他部分的或缺带来诸多问题，因此要谨慎用之。

②氧化镁脱硫法

 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。

综合氢氧化镁脱硫法具有以下四个特点:

A、氧化镁原料取得容易。

目前包括在日本、首尔、东南亚地区、台湾地区等均有普遍使用的实绩和经验，而所使用的的氧化镁大部分均来自大陆地区。

我国拥有丰富的氧化镁资源，储量约为160亿吨，占全世界的80%左右，环渤海湾的山东、辽宁地区以及山西都有丰富的产量。

由于广泛地运用，使该技术相对于其他脱硫技术更加成熟。

B、MgO工艺也是技术成熟的脱硫工艺，该工艺在日本已应用了100多个项目，台湾的电厂约95﹪是.MgO法，美国波士顿的Mgstic电厂150Mw机组.MgO湿法脱硫1982年投产。

在中国深圳X玻璃厂，500T/D熔化炉排烟；珠海X集团90t/h燃油锅炉；湛江x公司320t/h锅炉；无锡X热电厂100t/h锅炉。

均采用湿式MgO法。

尚有更多MgO法脱硫工程在建设中。

C、MgO法脱硫效率达到90﹪~98﹪，因为MgO活性强，实例表明在相同操作条件下，MgO作为吸收剂比用CaCO3作为吸收剂时吸附效率高。

D、脱除等量的SO2消耗的MgO量仅为CaCO3的40﹪.

E、MgO法脱硫循环液呈溶液状，不易结垢，不会堵塞。

氧化镁湿法的脱硫产物硫酸镁是一种溶解度很大的物质，因此在吸收塔脱硫的反应过程中，不似石灰石（石灰）/石膏法会产生结垢或堵塞的问题。

F、脱硫后溶液，处理后可直接排放，无二次污染。

G、脱硫设备简单，操作简单，成本低。

脱硫系统包括熟化系统、吸收系统、废液处理系统，系统简单明了，现场布置简洁紧凑，系统运行安全可靠。

L、脱硫产物的用途。

如果把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