燃煤锅炉房烟气除尘系统设计.docx

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燃煤锅炉房烟气除尘系统设计

燃煤锅炉房烟气除尘系统设计

摘要

现代工业发展很迅速，对大气环境的影响也越来越严重，而燃煤锅炉烟气中由于含尘浓度高且含有二氧化硫等污染物质，对人们的生活环境与健康带来了严重的不良影响，因此，对燃煤锅炉烟气的处理的要求也越来越高，现在社会上运用的烟气除尘设备种类很多，包括过滤式除尘器、湿式除尘器、电除尘器、机械除尘器等。

但这些单一除尘器对二氧化硫的去除效果并不是很理想，均需要另设脱硫设备，这增加了设备的投资与管理费用。

本次设计采用的是CCJ/A-10冲激式除尘器,它是湿式除尘器的一种。

由除尘器本体、通风机、溢流箱、排灰阀等部件组成。

溢流箱解决了普通水箱无法达到均衡、自动控制水位的欠缺。

该除尘装置具有净化粉尘的同时，又能有效的去除烟气中的二氧化硫的特点，且占地面积小，设备投资小因此被广泛应用于工业生产、电厂输煤系统、锅炉采暖等领域中烟尘及粉尘的控制。

关键词：

燃煤锅炉；湿式除尘器；CCJ/A-10冲激式；脱硫；烟囱；管道；水处理。

第1章绪言  4

第2章工艺流程的参数设计  5

2.1设计原始资料：

  5

2.2设计计算  6

2.2.1燃煤锅炉排烟量及烟尘量和二氧化硫浓度的计算  6

2.2.2除尘器的选择  6

2.2.3确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置。

并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。

  8

2.2.4系统阻力的计算  8

2.2.5风机和电动机的参数计算  11

2.2.6系统中的烟气温度的变化  12

2.2.7烟囱的设计  13

第3章结论  14

第1章绪言

目前，越来越多的环境问题出现在了人们的生活中，其中包括水污染、环境污染、大气污染、噪声污染、固体废弃物污染等等，这些污染在有形和无形中对人们的生活和健康产生了影响。

其中危害性最大、范围最广就是大气污染，他是潜移默化的，在人们不知不觉中使人们的健康受到影响，大气污染对人体的的危害是多方面的，主要表现在呼吸道疾病与生理机能障碍，以及眼鼻等粘膜组织受到刺激而患病。

对于植物而言，大气污染物尤其是二氧化硫等对植物的危害是十分严重的。

当污染物浓度高时，会对植物产生急性危害，使植物叶表面产生伤斑，或则直接使叶脱落枯萎；当污染物浓度不高时，会对植物产生慢性危害，使植物叶片退绿，或则表面上看不见什么危害症状，但植物的生理机能受到影响，造成植物产量下降，品质变坏。

因此，社会对大气污染的关注程度越来越高，对大气污染治理的意愿也越来越强烈，在工业生产中，对高效率、低成本、低能耗的除尘脱硫设备的需要与日俱增。

本设计通过综合考虑各种设备与技术的特征与性能，以及对设备的使用效率和综合费用的衡量，选用了CCJ/A冲激式脱硫除尘设备，其处理原理如下：

含尘气体通过进风管道进入除尘器，首先气流向下冲击水面，部分较大的尘粒落入水中。

气流再以一定的速度通过“S”型通道时，激起大量的泡沫和水雾，使含尘、含硫气体与液体充分接触，粉尘被液滴捕获，通过冲激吸收和二次逆向喷淋吸收，取得较高的脱硫除尘效率，捕集的粉尘与液滴一起落回储液沉淀斗，沉淀至斗底，由排灰阀自动排出，以达到除尘脱硫的目的。

处理原理如下：

含尘气体通过进风管道进入除尘器，首先气流向下冲击水面，部分较大的尘粒落入水中。

气流再以一定的速度通过“S”型通道时，激起大量的泡沫和水雾，使含尘、含硫气体与液体充分接触，粉尘被液滴捕获，通过冲激吸收和二次逆向喷淋吸收，取得较高的脱硫除尘效率，捕集的粉尘与液滴一起落回储液沉淀斗，沉淀至斗底，由排灰阀自动排出，以达到除尘脱硫的目的。

SO2的去除是采用碱性液体吸收法。

将CaO或Ca（OH）2配制成碱液，当气体进入除尘器时采用喷淋脱硫，烟气和碱液充分混合接触，SO2与液体中的碱性成分及水分发生化学反应，从而SO2被去除，以Ca（OH）2为例反应式如下：

2Ca（OH）2+SO2=CaSO3·1/2H2O+1/2H2O

由于烟气中含有氧气，因此会发生如下氧化反应：

2CaSO3·1/2H2O+O2=2CaSO4·1/2H2O

以上反应的生成物，随粉尘一起沉降至灰斗，同灰渣一起用除灰机排出，达到净化的目的。

净化后的气体由气水分离器脱水后从除尘器出口经引风机排至大气。

第2章工艺流程的参数设计

2.1设计原始资料：

锅炉型号：

SZL4－13－AⅢ型，2台

设计耗煤量：

500kg/h（1台）

排烟温度：

150℃

标准状态下烟气密度：

1.34kg/m3；

空气过剩系数：

α＝1.4

飞灰占煤中不可燃成分比例：

15％

当地大气压力：

98kPa

烟气在锅炉出口前阻力：

799Pa

空气含水0.013kg/m3；

煤的工业及元素分析值：

H＝4％、O＝4％、S=2%、C=75%、N=1%、A=14%，其中飞灰占不可燃成分的15%。

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（标准状态下）：

200kg/m3 

二氧化硫排放浓度（标准状态下）：

900kg/m3 

2.2设计计算

2.2.1燃煤锅炉排烟量及烟尘量和二氧化硫浓度的计算

建立煤燃烧的假定：

1.煤中固定氧可用于燃烧；

2.煤中硫主要被氧化为SO2；

3.不考虑NOX的生成；

4.煤中的N在燃烧时转化为N2

（1）标准状态下理论空气量

Qa‘=4.76（1.867CY+5.56HY+0.7Sy-0.7Oy）（m3/kg）

式中，CY，HY ，Sy，Oy——分别是煤中各元素所含的质量分数。

Qa‘=4.76x（1.867x0.75+5.56x0.04+0.7x0.02-0.7x0.04）=7.657（m3/kg）

（2）标准状况下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）

Qs‘=1.867（CY+0.375Sy）+11.2HY+1.24Wy+0.016Qa‘+0.79Qa‘+0.8Ny

=1.867（0.75+0.375x0.02）+11.2x0.04+1.24x0.00 +0.016x7.657+0.79x7.657+0.8x0.01

=8.042（m3/kg）

式中，Qa‘——标准状况下理论烟气量，m3/kg；

Wy——煤中水分的质量分数；

Ny——N元素在煤中的质量分数。

（3）标准状况下实际烟气量

QS=Qs‘+1.106（＠-1）Qa‘

=8.042+1.106x（1.4-1）x7.657=11.4295m3/kg

标准状态下烟气流量Q应以m3/h计，因此，Q总=QSx设计耗煤量

Q总=11.4295x500x2=11429.5m3/h

一台锅炉的标况下的烟气量QN=5714.7m3/h

工况下总的烟气量Q’=QT’/T

=11429.5x423/273

=17709.4m3/h

=4.92m3/s

每个锅炉的烟气流量是4.92/2=2.46m3/s

（4）标况下烟气含尘浓度

C=dsh.Ay/QS=0.15x0.14/11.4295=0.001837kg/m3 

式中：

 dsh–排烟中飞灰占煤中灰分（不可燃成分）的质量分数，排放因子，%

Ay—煤中灰分（不可燃成分）的含量，%

QS—标准状况下实际烟气量，m3/kg

（5）标况下二氧化硫浓度

CSO2=2Sy/QSx106 =2x0.02/11.4295x106=3500mg/m3

式中：

Sy—煤中含可燃硫的质量分数；

QS—标准状况下燃煤产生的实际烟气量，m3/kg.

2.2.2除尘器的选择

（1）除尘效率  η=1-CS/C

式中，C——标准状况下烟气含尘浓度，mg/m3；

Cs——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m3。

η=（1-200/1837）x100%=89.11%

（2）除尘器的脱硫效率：

η=1-CS/C=1-900/3500=74.29%

式中，C——标准状况下烟气SO2浓度，mg/m3；

Cs——标准状态下锅炉SO2排放标准中规定值，mg/m3。

（3）根据工况下的烟气量2.46m3/s、烟气温度150℃及要求的除尘

效率η=89.11%，脱硫效率η=74.29%确定除尘脱硫器：

选用CCJ/A-10冲击式除尘器。

型号  风量（m3/h） 设备阻力（Pa） 除尘效率

CCJ/A-10 8000-12000   1000-1600   >99%

脱硫率 设备净重（Kg）    蒸发（Kg/h）35

>80%   2292     耗水量溢流（Kg/h）300

排灰（Kg/h）860

型号4-72No5A

通风机 全压（Pa）3240-2240 电动机Y160M2-2

风量（m3/h）7950-14720

2．2.3确定除尘器、风机、烟囱的位置及管道布置。

并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。

（1）各装置及管道布置的原则 根据锅炉运行情况及锅炉现场实际情况确定各装置的位置。

一旦确定各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了。

对各装置及管道的布置应力求简单、紧凑、管道短、占地面积小，并使安装、操作和检修方便。

（2）管径的确定  d==0.46m

表一风管规格

外径D/mm

钢制板风管

外径允许偏差/mm

壁厚/mm

500

±1

0.75

圆整后取d=500mm

取钢制板风管壁厚§=0.75mm

内径d1=500-0.75x2=498.5mm

实际烟气流速u=4Q/πd2=4x2.34/3.14x0.49852=12m/s

2．2.4系统阻力的计算

（1）摩擦阻力损失

对于圆管 △PL=λ               

式中：

L-管道长度，m；

d-管道直径，m；

--烟气密度，Kg/m3

v-管道中气流平均速率，m/s；

-摩擦阻力系数。

（实际中对金属管道

值可取0.02，对砖砌或混凝土管道

值可取0.04）

a.对于直径为500m的圆管

△Pl=0.02××=24.8Pa

b．对于砖砌拱形烟道

图一砖砌拱形烟道

A=2x（π/4）D2=B2+π/2x（B/2）2

D=500mm

故B=450mm

R==0.122m x=1.413+1.8=3.213

△Pl=λ=0.04x=101.4Pa

（2）局部阻力损失

式中：

-异型管件的局部阻力系数；

v-与

对应的断面平均气流速度，m/s

--烟气密度，Kg/m3

图二除尘器入口前管道示意图

d为突然缩小管 A2/A1=（3.14x0.482/4）/（3.14x0.49852/4）=0.93

取

=0.09

=（0.09x0.86x12x12）/2=5.57Pa

b、c均为90°弯管R=1.5mr=1m则r/R=2取

=0.15

则

=（0.15x0.86x122）/2=9.3Pa  两个弯头总压 9.3x2=18.6Pa

a为突然缩小管 A2/A1=（3.14x0.49852/4）/（3.14x0.62/4）=0.70

取

=0.2 

=0.2x0.86x122/2=12.384Pa

图三 除尘器出口至烟道：

图中a为突然扩大管 取

=0.01 

=0.01x0.86x122/2=0.62Pa

图中b,c为90°弯管。

则同理两弯头阻力损失为18.6Pa。

（3）对于T形三通

对于T形合流三通，取

=0.55，

则

=0.55x0.86x122/2=34.056Pa

系统总阻力损失：

（其中锅炉出口前阻力损失为800Pa，除尘器阻力损失1400Pa）

∑△h=24.8+101.4+5.57+12.384+18-6+0.62+18.6+34.056

+800+1400=2416.03Pa

2.2.5风机和电动机的参数计算

（1）标准状态下风机风量的计算

Qy=1.1Qx

（m3/h）

=1.1x5342.35x

=9427.88（m3/h）

式中:

 1.1-风量备用系数；

Q-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，可近视取锅炉排烟温度；

B-当地大气压，KPa。

（2）风机风压的计算η

Hy=1.2（∑△h-Sy）x

x（1.293/

y）（Pa）

式中：

1.2-风压备用系数；

∑△h-系统总阻力，Pa;

Sy-烟囱抽力，Pa;

tp-风机前烟气温度，℃

ty—风机性能表中标出的实验用气体温度，℃

y—标准状态下烟气密度（r=1.34Kg/m3）。

Hy=2654.5x419.59/523=2129.65（Pa）

（3）电动机功率的确定

Ne=

=12.72KW

式中：

η1—风机在全压头时的效率（一般风机为0.6）；

η2—机械传动效率，用V形带传动（一般为0.95）；

β—电动机备用系数（1.3）。

根据Qy，Hy，Ne，则可确定所选除尘器完全符合标准。

2.2.6系统中的烟气温度的变化

（1）烟气在管道中的温度降

查相关数据可知

q1=4178KJ（m2.h） （室内单位面积散热损失）         

q2=5443KJ（m2.h）（室外单位面积散热损失）

室内l1=2.18-0.6-0.12=1.46m F1=πd1l1=3.14x0.5x1.46=2.29m2

室外l2=10-1.46=8.54m

F2=πd2l2=3.14x0.5x8.54=13.41m2

△t1=（q1F1+q2F2）/QNCV=（4178x2.29+5342.35x13.41）/（5342.35x1.355）=20.6℃

（2） 烟气在烟道中温降

△t2=

=（40x0.4）/=4℃

（其中A为烟囱温降系数：

H<50m,取A=0.4）

∴ △t=△t1+△t2=20.6℃+4℃=24.6℃

2.2.7烟囱的设计

烟囱的高度的确定 

表二 锅炉烟囱的高度

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

锅炉总额定出力2.8x4=11.2

∴确定的烟囱高度为H=40m

（1）烟囱直径的计算

表三 烟囱出口烟气流速

通风方式

运行情况

全负荷的

最小负荷的

机械通风

10-20

4-5

自然通风

6-10

2.5-3

烟囱出口内径d=

=0.0188=1.72m

（烟囱出口流速w=4m/s，自然通风，全负荷时）

∴d圆整后取d=1.8m

烟囱底部直径d1=d+2.i.H=1.72+2x0.04x40=3.32m

（i为烟囱锥度，i=0.02～0.03,取为0.02）

（2）烟囱的抽力

Sy=0.0342H（

）xB

=0.0342x40x（

 ） x97.86x103

=182.07Pa

第3章结论

本次课程设计采用的是CCJ/A-10冲激式除尘器，由除尘器本体、通风机、溢流箱、排灰阀等部件组成。

将脱硫除尘与通风一体化处理，虽然减少了设备的投资与管理费用，但是一旦设备出现问题，其维修将会十分复杂，对整个处理工艺的影响也会很大。

且由于小组成员知识能力与工程实践经验有限，时间紧迫，涉及的内容与要求也较多，所以，设计的成果存在很多不足之处，譬如说：

烟囱的设计、污泥，废水的处理与污水回流管道的敷设以及设计计算都存在考虑不周全的问题。

本次设计中，小组六人发挥了团队合作精神，分工明确，从最开始的设计计算分歧，到最后流程统一，都经过小组每个成员的细心讨论，通过本次设计，我了解到了工业上烟气脱硫除尘设计的一般步骤与方法，为以后参加工程设计奠定了坚实的基础，同时，我学会了在图书和网络搜寻相关知识的技能，同时，还了解到了当今工业烟气污染的概况。

在设备搜寻过程中，还和相关厂家进行了交流。

了解到了当今除尘设备的情况。

总的来说，这次设计让我们从理论向实践跨进了一步。

但是终究不是真正的工业设计，了解的工业概况不够全面，如果能有机会到真正工厂区参观下烟气处理设备，相信我会有更深刻的认识的。

谢 辞

在本次设计实验中，我要特别感谢我们的指导教师XX老师，她从最开始的课程计划，租借教室及图板到我们最开始方案的确定和最后的绘图，给予了我们很大的指导和帮助。

随时为我们答疑，帮助我们确定正确的方案计划，全力支持我们的自主设计。

同时，也要感谢我们小组的成员，大家都尽心的去完成自己的任务，充分发挥了团队精神。

在设计的时候给予了我最大的帮助。

最后要感谢学习委员XXX同学，每天来的最早走得最晚的为我们保管绘图室的钥匙，他非常负责，为大家做事是尽心尽力。

参考文献

[1]郝吉明，马广大主编，大气污染控制工程。

北京：

高等教育出版社，2002

[2]钢铁企业采暖通风设计手册。

北京：

冶金工业出版社，2002

[3]同济人学等编。

锅炉及锅炉房设备。

北京：

中国建筑工业出版社，1986

[4]黄学敏，张承中主编，大气污染控制工程实践教程。

北京：

化学工业出版社，     2003.

[5]风机样本。

各类风机生产厂家。