锅炉除尘设计毕业设计说明书 精品.docx
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绪论
大气污染的种类很多，其中由于煤燃烧造成的污染最为普遍。
燃煤主要造成大气中悬浮颗粒物浓度、二氧化硫浓度和氮氧化物浓度的提高。
我国能源构成中煤仍然占有主导地位。
城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标，二氧化硫污染保持在较高水平[1]。
随着我国经济的快速发展，煤炭消耗量不断增加。
全国煤炭消耗量从1990年的9.8亿吨增加到1995年的12.8亿吨再到2005年的21.4吨。
二氧化硫排放总量随着煤炭的消费量的增长而急剧增加。
1995年我国二氧化硫排放总量达到2370万吨，到2005年全国二氧化硫排放总量为2549万吨，超过总量控制目标749万吨，比2000年增加了约27%。
火电行业是二氧化硫排放的主要来源。
2000年，我国火电装机容量2.38亿千瓦，消耗煤炭5.8亿吨，到2005年，火电装机容量达到5.08亿千瓦，超过规划约1亿千瓦，消耗煤炭11.1亿吨，增长了近1倍。
能源消费的超常规增长和火电行业的快速发展是导致二氧化硫排放量增加的主要原因。
随着我国经济的发展，人们越来越关注环境的保护。
并采取了一系列相应的措施来控制及其治理大气的污染：
1、地方政府对环境质量负责，走可持续发展的道路。
各级政府要对本辖区的大气环境质量负责，充分认识走可持续发展道路的重要性。
在研究经济社会发展的重大战略和重大项目时，应充分考虑环境保护的要求。
城市大气环境质量应普遍达到国家二级标准。
采取措施落实跨世纪绿色工程规划和主要污染物排放总量控制计划，根据本辖区大气环境质量控制目标分解总量指标，并从资金、监督管理等方面予以保证。
尤其是大、中、小型新建、扩建、改建和技术改造排放二氧化硫和烟尘的项目，必须采取有效措施控制污染物排放总量，或者由项目建设单位或当地人民政府负责削减区域内其它污染源的排放量，确保大气污染物排放量控制在区域总量控制指标内。
2、发展清洁能源，改善能源消费结构。
逐步减少直接消费煤炭，提高使用燃气、电力等清洁能源的消费比例。
逐步提高车用燃油质量和标号，加速淘汰含铅汽油，使我国的汽油尽快向无铅化、高标号方向发展。
2000年已完成禁止生产、销售和使用含铅汽油。
积极开发各种低污染汽车，如天燃气汽车、液化气汽车、甲醇汽车、电动汽车等。
3、推行煤炭洗选加工，控制高硫份、高灰份煤炭污染。
严格控制高硫高灰份煤炭的开采和推行煤炭洗选是减排二氧化硫的重要措施，规定：
（1）不得再批准开采硫份大于3%的煤矿，对现在硫份大于3%的煤矿实行限产、配采或予以关停；
（2）大力提高原煤入洗率。
对新建硫份大于1.5%的煤矿要求配套建设煤炭洗选设施。
对现有硫份大于2%、无机硫含量占总硫分大于50%的煤矿，在2005年内配套建设煤炭洗选设施；（3）对于煤炭洗选后没有回收硫铁矿的煤研石，不能作为燃料用于发电；
4、淘汰落后生产工艺，防治工业废气污染淘汰严重污染环境的落后工艺和设备，采用技术起点高的清洁工艺，最大限度地减少能源和资源的浪费，从根本上减少污染物的产生和排放，减少末端污染治理所需的资金投入。
5、加强大气污染防治实用技术的椎广从国情出发，尽快开发推广技术可靠、经济合理、配套设备过关的大气污染防治实用技术，重点领域包括煤炭洗选脱除有机硫、工业型煤、循环流化床锅炉、煤的气化和液化、烟气脱硫、转炉炼钢收尘、焦炉烟气治理、陶瓷砖瓦窑黑烟治理等。
1概况
1.1某厂简介
某洗煤厂系国有大二型企业，为我国最大的煤炭加工基地之一。
为适应市场经济发展的需要，该厂于1996年被国家确定为全国四家洁净动力煤生产示范基地，先后开发出12个适合电力、窑炉和民用锅炉使用的环保型洁净动力煤品种，满足了用户对燃煤要求“经济、环保”的双重标准。
该厂生产的洁净动力煤产品，是对不同品质的原煤，利用计算机调优方案，经过洗选、掺配、添加固硫剂等生产过程后得到的全新品种。
其最大特点是按用户燃煤锅炉或工业窑炉的燃烧特性调整新产品物理参数，具有煤质均一，清洁燃烧，提高锅炉热效率5-10%，降低SO2排放20-40%等优点，并以质量稳定、品种齐全、价格适宜而受到用户的普遍欢迎和国家的高度重视。
该洗煤厂锐意改革，转换经营机制，经济效益显著提高，上交利润逐年增加。
为了改善职工的生活福利条件，减轻生活区的冬季取暖小火炉煤烟对环境的污染程度和改善广大职工的生活条件，工厂决定设生活区集中供热工程。
其内容为对原锅炉房进行增容扩建。
安装两台郴州温泉采暖设备厂生产的6t/hWWNW360-0/95-AⅡ型无压热水锅炉。
据设计部门资料:
WWNW360-0/95-AⅡ型锅炉的初始排尘浓度为2200mg/m3；
SO2出口浓度：
482.51mg/m3；
锅炉功率：
2×4200KW（2×6t/h）；
最大耗煤量：
1350kg/h；
烟气量：
20873m3；
烟气温度：
363K；
1.2我国目前大气状况
据统计1998年我国有监测数据的城市的TSP浓度平均值为289μm/m3，年年超过国家城市的《环境空气质量标准》Ⅱ级标准。
颗粒物污染是造成我国大多城市空气污染严重的首要因素。
1998年，全国统计的322个城市中67.8%的城市TSP浓度值超过国家Ⅱ级标准。
有308个城市TSP平均浓度高于世界卫生组织（WHO）的空气质量标准指南值（90μm/m3）占统计城市的95.7%。
据2001年环境状况公报，我国城市空气质量恶化的趋势有所减缓，部分城市空气质量有所改善，总悬浮颗粒物浓度（TSP）和可吸入颗粒物（PM10）仍是影响城市空气质量的主要污染物。
64.1%的城市颗粒物年平均浓度超过国家空气质量一级标准。
其中101个城市颗粒物平均浓度超过三级标准，占统计城市数量的29.2%。
在今天，我国仍有7个城市名列全球10名污染最严重的城市之列。
全国500多座城市大气质量符合世界卫生组织标准的不到10%。
2003年烟尘及工业粉尘排放情况，烟尘排放量为1049万吨，比上年增加3.6%，其中工业烟尘排放量为846万吨，比上年增加5.2%，工业烟尘排放量占全国烟尘排放量的80.7%；生活烟尘排放量为203万吨，比上年减少2.9%，生活烟尘排放量占全国烟尘排放量的19.3%。
颗粒物仍是影响城市空气质量的主要污染物，在343个有监测的城市中，60%城市颗粒物浓度超标，重点城市中64.6%的城市超标。
北方城市颗粒物污染总体上重于南方城市，颗粒物污染较重的城市主要分布在西北、华北地区，山西、陕西、河南、河北、宁夏、甘肃、新疆、内蒙古等省区的颗粒物污染比较突出。
颗粒物对人体的危害取决于颗粒物的浓度和其中暴露的时间。
研究表明，因上呼吸道感染、心脏病、支气管炎、气喘、肺炎、肺气肿等疾病而到医院就诊的人数与大气中颗粒物浓度的增加是相关的。
患呼吸道疾病和心脏病的老人死亡原因也表明，在颗粒物浓度一连几天异常高的时期内就有所增加。
颗粒物的粒径大小是危害人体健康的一个重要因素。
它主要表现在两个方面：
（1）粒径越小越不易沉积，长时间漂浮在大气中容易被人体吸入人体内，且容易深入肺部。
一般，粒径在100μm以上的尘粒会很快在大气中沉降：
10μm以下的尘粒可以滞留在呼吸道中，5～10μm的尘粒大部分会在呼吸道中沉积，被分泌的黏液吸附，可以随痰排出；小于5μm的微粒能深入肺部；0.01～0.1μm的尘粒，50%以上将沉积在肺腔中，引起各种尘肺病。
（2）粒径越小，粉尘比表面积就越大物理化学活性越高，加剧了生理效应的发生与发展。
此外尘粒表面可以吸附空气中的各种有害气体和其他污染物，而成为他们的载体，如可以承载强致癌物质苯并［a］芘及细菌等[2]。
SO2在空气中的浓度达到（0.3～1.0）×10-6时，人们就会感到一种气味。
包括人类在内的各种动物对SO2的反应都会表现为支气管收缩，这可以从气管阻力稍有增加判断出来。
一般认为空气中的SO2浓度在0.5×10-6以上，对人体的健康已有某种潜在的影响。
（0.3～1.0）×10-6时多数人开始受到刺激。
10×10-6时刺激加剧个别人还会出现严重的支气管痉挛。
与颗粒物和水分结合的硫氧化物是对人类健康影响非常严重的公害。
此外由于SO2在空气中经过氧化形成酸雨，酸雨主要有以下危害：
直接破坏农作物、森林和草原，使土壤酸性增强；使湖泊酸化，造成鱼类死亡；加速建筑物、桥梁、工业设备，以及电信电缆的腐蚀．当大气中的SO2的1/10，其刺激和危害也将更加显著。
据动物实验表明；硫酸烟雾引起的生理反应比单一的SO2气体强4～20倍。
二氧化硫排放量（万吨）
合计
工业
生活
1998年
2091.4
1594.4
497.0
1999年
1857.5
1460.1
397.4
2000年
1995.1
1612.5
382.6
2001年
1947.8
1566.6
381.2
2002年
1926.6
1562.0
364.6
2003年
2158.7
1791.4
367.3
2004年
2254.9
1891.4
363.5
表1.1我国二氧化硫排放情况
表1.2我国烟尘排放情况
烟尘排放量（万吨）
工业粉尘
排放量
合计
工业
生活
1998年
1455.1
1178.5
276.6
1321.2
1999年
1159.0
953.4
205.6
1175.3
2000年
1165.4
953.3
212.1
1092.0
2001年
1069.8
851.9
217.9
990.6
2002年
1012.7
804.2
208.5
941.0
2003年
1048.7
846.2
202.5
1021.0
2004年
1095.0
866.5
208.5
904.8
2设计原则、范围与依据
锅炉大气污染物排放标准（GB13271—2001）依据标准中表2.1、表2.2、表2.3关于燃煤锅炉中的有关要求，下面的表中只截取本设计所需类别。
对照可知，次锅炉房实施国家二类区，二级标准即：
烟尘限值200mg/m3；浓度限值为900mg/m3。
下面为部分摘录：
本标准分年限规定了锅炉烟气中烟尘、二氧化硫和氮氧化物的最高允许排放浓度和烟气黑度的排放限值。
锅炉烟尘最高允许排放浓度和烟气黑度限值，按表2.1的时段规定执行。
表2.1锅炉烟尘最高允许排放浓度和烟气黑度限值
锅炉类别
适用区域
烟尘排放浓度（mg/m3）
烟气黑度
（林格曼黑度,级）
Ｉ时段
Ⅱ时段
燃煤锅炉
自然通风锅炉
（〈0.7MW1t/h）
一类区
100
80
1
二、三类区
150
120
其它锅炉
一类区
100
80
1
二类区
250
200
三类区
350
250
燃油锅炉
轻柴油、煤油
一类区
80
80
1
二、三类区
100
100
其它燃料油
一类区
100
80
1
二、三类区
200
150
燃气锅炉
全部区域
50
50
1
锅炉二氧化硫和氮氧化物最高允许排放浓度，按表2.2的时段规定执行
表2.2 锅炉二氧化硫和氮氧化物最高允许排放浓度
锅炉类别
适用区域
SO2排放浓度（mg/m3）
NOx排放浓度（mg/m3）
Ｉ时段
Ⅱ时段
Ｉ时段
Ⅱ时段
燃煤锅炉
全部区域
1200
900
/
/
燃轻柴油、煤油锅炉
全部区域
700
500
/
400
其它燃料油锅炉
全部区域
1200
900
/
400
燃气锅炉
全部区域
100
100
/
400
燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值，根据锅炉销售出厂时间，按表2.3的时段规定执行。
表2.3燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱最低允许高度
锅炉房装
机总容量
MW
<0.7
0.7-<1.4
1.4-<2.8
2.8-<7
7-<14
14-<28
t/h
<1
1-<2
2-<4
4-<10
10-<20
20-≤40
烟囱最低允许高度m
20
25
30
35
40
45
同时还依据的原始资料有：
生活区锅炉房平面示意图；《锅炉放改扩建工程环境影响报告表及补充说明书》；《锅炉房设计手册》、《环境工程设计手册》。
本着经济、节约、高效、节约的原则。
3锅炉烟气参数的确定
依据原始资料《锅炉房改扩建工程环境影响报告表及补充说明书》可知：
此锅炉为WWNW360-0/95-AⅡ型
功率：
2×4200KW（6t/h）
设计用煤:
山西太原煤厂，其全硫分1%灰分为17%
低位发热量：
27196KJ/kg
最大耗煤量：
1350kg/h
烟气量：
20873m3/h
排烟温度：
363K
排SO2浓度：
482.51mg/m3
含尘浓度：
2200mg/m3
4处理工艺流程
4.1烟气治理方案及原理
由煤烟型污染特性可知锅炉组要大气污染物为SO2和烟尘。
对照GB13271-2001可知最主要应当去除含烟尘颗粒物。
而对于烟气治理主要是对于除尘器的选择。
除尘器的性能对比主要从技术指标和经济指标两个方面来进行。
技术指标主要包括处理气体流量，除尘效率，压力损失，漏风率等。
而经济指标主要包括设备费、运行费、维护费、占地面积、占地空间体积、使用寿命等。
低阻（阻力）高效（除尘效率）是目前评价除尘效率的主要指标[3]。
不同除尘器的分级效率见下表
表4.1不同除尘器的分级效率表
除尘器名称
全效率
（%）
不同粒径（μm）时的分级效率（%）
0～5
5～10
10～20
20～40
＞40
带挡板的沉降室
58.6
7.5
22
43
80
90
普通的旋风除尘器
65.3
12
33
57
82
91
长锥体旋风除尘器
84.2
40
79
92
99.5
100
喷淋塔
94.5
72
96
98
100
100
电除尘器
97.0
90
94.5
97
99．5
100
文丘里除尘器
99.5
99
99.5
100
100
100
袋式除尘器
99.7
99.5
100
100
100
100
*注表中实验用的粉尘是二氧化硅尘，ρ=2-7g/cm3，粒径分布：
0～5μm占20%。
，5～10μm占10%，10～20μm占15%，
20～40μm占22%，＜40μm占35%。
表4.2常用除尘器的性能及费用比较表
除尘器名称
适用的粒径范围
μm
效率%
阻力pa
设备费
运行费
重力沉降池
＞50
＜50
50～130
少
少
惯性除尘器
20～50
50～70
300～800
少
少
旋风除尘器
5～30
60～70
800～1500
少
中
冲击水浴除尘器
1～10
80～95
600～1200
少
中下
卧式旋风除尘器
≥5
95～98
800～1200
中
中
冲击式除尘器
≥5
95
1000～1600
中
中上
文丘里除尘器
0.5～1
90～98
4000～10000
少
大
电除尘器
0.5～1
90～98
50～130
大
中上
袋式除尘器
0.5～1
95～99
1000～1500
中上
大
由于设计所须对烟尘,其粒径一般小于1μm去除率应达到92%以上，且运行、管理、维护费用要低，故选用冲击式除尘器。
4.2冲击式除尘器的结构及除尘原理
除尘器的结构：
主要部件有进气管、排气管、自动供水系统、“S”型精净化室、挡水板、溢流箱、泥浆机械耙等。
除尘过程：
含尘气体进入器内转向下冲击水面，粗尘粒随气流以18～35m/s的速度进入两叶片间的“S”型精净化室。
由于高速气流冲击水面激起的水滴的碰撞及离心力的作用，使细尘粒被捕获。
净化后的气体通过液气分离室和挡水板，去除水滴后排出。
被捕集的粗、细尘粒在水中由于重力的作用，沉积与器内底部形成泥浆，在有机械耙耙出。
除尘器内的水位由溢流箱控制，在溢流箱上没有水位控制装置，以保证除尘器的水位恒定，从而保证除尘器的效率稳定。
如果除尘器较小，可以用简单的浮漂来控制水位。
这种除尘器随着入口含尘浓度的增大，除尘效率有所提高，处理气量变化在±20%时。
对除尘器的除尘效率几乎没有影响。
4.3设计工艺流程
锅炉
→
冲击式除尘器
→
风机及配备电机
↓
烟囱
↑
锅炉
→
冲击式除尘器
→
风机及配备电机
图4.1设计工艺流程
以上各部件均以管道连接，实际连接方位、管道布置详见平面布置
5除尘的技术特性
5.1系统设计参数的计算
5.1.1管道的计算
由于设计时两套2×6t/h锅炉通常为一用一备，故管道气体流向为:
锅炉→①→一号除尘气→③→⑤或锅炉→①→二号除尘气→④→⑤
再由烟囱排出。
①②管的计算:
除尘器进口规格560×560mm，Q=20873m3/h，T=363K。
设v=18.5m/s，查《环境工程设计手册》表1.4.9可得
D=630mm，实际流速18.8m/sλ/d=0.0244，
动压
=212.4（Pa）
Rm′=
=0.0244×212.4
=5.2（Pa）
此时管内空气的温度t=90℃，与制表条件不同，要进行修正，由《环境工程设计手册》，查得修正值公式。
Rm′=
式中:
εt——温度修正系数；
εh——高度修正系数；
t′——风管内气流实际温度℃；
B′——实际大气压力KPa；
设εh＝1即高度为标准高度,查图或计算得：
εt=0.845：
则有摩擦压损
=0.845×5.2×2
=8.8（Pa）
易知该段进入除尘器断面突然扩大
F0=
=0.312，
F1≈2.108×1.5=3.15
0.1查表得：
ε=1.0
则有其局部压损为：
=1.0×212.4
=212.4（Pa）
则总压损△P=△PL+△Pm
=8.8+212.4=221.2（Pa）
③管的计算:
由于烟气经过湿式除尘器温度下降，出口大约为60℃。
为计算简便：
设经过除尘器后气体的温度达到标准温度20℃。
即标况下由气体状态方程
进行近似计算有：
=20873×293/363
=16848（m3/h）
设v=18m/s
查表可得：
D=600mm；实际风速v=16.8m/s；λ/d=0.026；
动压
=169.6（Pa）
此处管长大约为L=2+4=6（m）
则摩擦压损为：
=6×0.0261×169.
=26.6（Pa）
各管件局部压损系数，查手册得
两个30°弯头：
由
（α为角度，取30°；
）
取R=1.5D由表可知ε=0.081
上图为管③④⑤连接处，则有：
（F为管截面积，L为流量，
=30°）
0.5
0.5
查表得：
吸入式直流三通ε3=0.53
风机与除尘器连接处90°弯头：
取R=D，查表则有ε=0.23
由上可知总压损系数：
0.081×2+0.53+0.23
=0.922
局部压损：
=0.922×169.6
=156.4（Pa）
则总压损：
△P=△PL+△Pm
=26.6+156.4
=183.0（Pa）
④管段大致同③管可知:
D=600mm；实际风速v=16.8m/s；λ/d=0.026；
动压
=169.6（Pa）
设计本段管道长度
2m；
则该管段摩擦压损：
=2×0.026×169.6
=8.9（Pa）
各管件局部压损系数：
风机与除尘器连接处90°弯头：
取R=D，查表则有ε=0.23；
30°弯头（取R=1.5D）压损系数：
ε=0.081；
由③管中的吸入式直流三通管的计算可得知：
30直流三通管的压损系数：
ε4=0.14
则总压损系数
0.23+0.081+0.14
=0.451
故局部压损：
=0.451×169.6
=76.5（Pa）
则总压损：
△P=△PL+△Pm
=8.9+76.5
=85.4（Pa）
⑤管的计算：
取L=5m；Q=16848×2=33696m3/h；设计流速为18m/s；
查表得：
D=800mm；实际风速v=18.7m/s；Rm=3.839（R/m）；
动压
=210.513（Pa）
则摩擦压损为：
=5×3.839
=19.2（Pa）
进入烟囱突扩管有：
ε=1.0
则局部压力损失为：
=1.0×210.513
=210.5（Pa）
则总压损
=19.2+210.5=229.7（Pa）
表5.1管道压力计算表
编号
①②管
③管
④管
⑤管
流量Qm3h-1
20873
16848
16848
33696
管长L（m）
2
6
2
5
管径d（D）mm
630
600
600
800
流速vm·s-1
18.8
16.8
16.8
18.7
λ/dm-1
0.0244
0.0261
0.0261
0.182
动压
Pa
212.4
169.6
169.6
210.5
摩擦压损△PLPa
8.8
26.6
8.9
19.2
局部压损系数
1.0
0.922
0.45
1.0
局部压损PmPa
212.4
156.4
76.5
210.5
总压损△PPa
221.2
183.0
85.4
229.7
5.1.2烟囱高度的计算
烟囱高度的计算方法有很多。
此处用保证污染物的地面最大浓度不超过国家标准规定的浓度限值的方法来确定烟囱高度[6]：
若设ρ0为国家标准规定的浓度限值，ρb为环境本底浓度。
既按保证ρmax≤ρ0-ρb的方法：
参考《大气污染控制工程》第二版烟囱高度的计算式则有：
式中：
Pa——大气压力，hPa，最临近气象站年平均值；
Qv——烟气流量，m3/s；
——烟气温度与环境温度的差值，K；
Ts——烟气出口温度，K；
（Pa取813hPa，）
=220.1（KW）
查《大气污染控制工程》可知QH≤1700KW
则：
式中：
△H——烟气抬升高度，m；
vs——烟气出口流速，m/s；
D——烟囱出口直径，m；
——烟囱出口处平均风速，m/s；
计算得△H=2×（1.5×12×1+0.01×220.1）/3.85
=8.3（m）
式中：
Hs——烟囱高度，m；
Q——烟囱烟尘排放强度，mg/s；
——烟囱出口高度环境平均风速，m/s；
△H——烟气抬升高度，m；
——为常数取0.5～1；此处取0.5：
则有：
计算上式得：
Hs≥43.7-8.3=
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