dzl213型锅炉低硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计.docx
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dzl213型锅炉低硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计
大气污染控制工程
课
程
设
计
班级：
环境工程
姓名：
王祥斌
学号：
1042814129
日期：
14.3.10
大气污染控制课程设计任务书
一、课程设计的题目
DZL2-13型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计
二、设计原始资料
DZL2—13型锅炉低硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计
锅炉型号：
DZL2—13即：
蒸发量2t/h，出口蒸汽压力13Mpa
设计耗煤量：
350Kg/h
设计煤成分：
CY=65.2%HY=3%OY=4%NY=1%SY=0.8%AY=16%WY=10%；VY=8%，属于低硫烟煤
排烟温度：
160℃
空气过剩系数α=1.3
飞灰率=16%
烟气在锅炉出口前阻力550Pa
污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中二类区新建排污项目执行。
连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度50m，90o弯头10个。
注：
锅炉大气污染排放标准（GB13271—2001）中二类区执行标准
烟气浓度排放标准（标准状况下）：
200mg/m3
二氧化硫排放标准（标准状况下）：
900mg/m3
若烟囱高度达不到GB13271—2001表4锅炉房烟囱最低允许高度（4t锅炉烟囱高度最低35m，6t锅炉烟囱高度最低40m）的要求，其排放标准值按50%执行，即：
烟尘浓度排放标准（标准状态下）：
100mg/m3
二氧化硫排放标准（标准状态下）：
450mg/m3
三、课程教学要求
本课程设计的选题紧紧围绕大气污染控制工程烟气除尘为主题。
学生必须根据教学要求、设计工作量以及实际条件，进行恰当选题。
能按照设计任务书，顺利完成设计任务，培养运用本学科的基础理论和专业知识解决本专业实际问题的能力，提高设计计算、工程制图和使用资料的能力。
四、设计内容与要求
1.根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量，烟尘和二氧化硫浓度。
2．净化系统设计方案的分析，包括净化设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；净化效率的影响因素等。
3．除尘设备结构设计计算
4．脱硫设备结构设计计算
5．烟囱设计计算
6．管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择
7.根据计算结果绘制设计图，系统图要标出设备、管件编号、并附明细表；除尘系统、脱硫设备平面、剖面布置图若干张，以解释清楚为宜，最少4张A4图，并包括系统流程图一张。
前言
在目前，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。
随着国民经济的发展，能源的消耗量逐步上升，大气污染物的排放量相应增加。
而就我国的经济和技术发展就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。
我国的大气污染仍将以煤烟型污染为主。
因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和SO2危害的关键问题。
人类不仅能适应自然环境，而且还能开发利用自然资源，改造自然环境，使环境更加适合于人类生存。
在人为活动影响下形成的环境，称为次生环境。
工农业生产排放大量有毒有害污染物，严重污染大气、水、土壤等自然环境，破坏生态平衡，使人类生活环境的质量急剧恶化，人类生产和生活活动排入环境各种污染物，特别是生产过程排放的污染物种类极多，而且随着科学技术和工业的发展，环境中污染物的种类和数量还在与日俱增。
这些污染物随同空气、饮水和食物进入人体后，对人体健康产生各种有害影响。
大气污染是随着产业革命的兴起，现代工业的发展，城市人口的密集，煤炭和石油燃料的迅猛增长而产生的。
近百年来，西欧，美国，日本等工业发达国家大气污染事件日趋增多，本世纪50-60年代成为公害的泛滥时期，世界上由大气污染引起的公害事件接连发生，例如：
英国伦敦烟雾事件，日本四日市哮喘事件，美国洛杉矶烟雾事件，印度博帕尔毒气泄漏事件等等，不仅严重地危害居民健康，甚至造成数百人，数千人的死亡。
我国随着经济的快速发展，因燃煤排放的二氧化硫、颗粒物等有毒有害的污染物质急剧增多。
空气污染以煤烟型为主，主要污染物是二氧化硫和烟尘。
据统计，1990年全国煤炭消耗量10.52亿吨，到1995年煤炭消耗量增至12.8亿吨，二氧化硫排放量达2232万吨。
超过欧洲和美国，居世界首位。
由于我国部分地区燃用高硫煤，燃煤设备未能采取脱硫措施，致使二氧化硫排放量不断增加，造成严重的环境污染。
如不严格控制，到2010年我国煤炭消耗量增长到15亿吨时，二氧化硫排放量将达2730万吨。
因而已经到了我们不得不面对的时候，我们这里我们将用科学的态度去面对去防治。
1.工艺流程的选择及说明
脱硫除尘工艺设计说明：
双碱法烟气脱硫工艺主要包括吸收剂制备和补充系统，烟气系统，SO2吸收系统，脱硫产物处理系统四部分组成。
1.吸收剂制备和补充系统
脱硫装置启动时用氢氧化钠作为吸收剂，氢氧化钠干粉料加入碱液罐中，加水配制成氢氧化钠碱液，在碱液罐中可以定期进行氢氧化钠的补充，以保证整个脱硫系统的正常运行及烟气的达标排放。
为避免再生生成的亚硫酸钙、硫酸钙也被打入脱硫塔内容易造成管道及塔内发生结垢、堵塞现象，可以加装瀑气装置进行强制氧化或特将水池做大，再生后的脱硫剂溶液经三级沉淀池充分沉淀保证大的颗粒物不被打回塔体。
另外，还可在循环泵前加装过滤器，过滤掉大颗粒物质和液体杂质。
2.烟气系统
锅炉烟气经烟道进入除尘器进行除尘后进入脱硫塔，洗涤脱硫后的低温烟气经两级除雾器除去雾滴后进入主烟道，经过烟气再热后由烟囱排入大气。
当脱硫系统出现故障或检修停运时，系统关闭进出口挡板门，烟气经锅炉原烟道旁路进入烟囱排放。
3.SO2吸收系统
锅炉烟气从烟道切向进入主塔底部，在塔内螺旋上升中与沿塔下流的脱硫液接触，进行脱硫除尘，经脱水板除雾后，由引风机抽出排空。
脱硫液从螺旋板塔上部进入，在旋流板上被气流吹散，进行气叶两相的接触，完成脱硫除尘后从塔底流出，通过明渠流到综合循环池。
4.脱硫产物处理系统
脱硫系统的最终脱硫产物仍然是石膏浆，从曝气池底部排浆管排出，由排浆泵送入水力旋流器。
由于固体产物中掺杂有各种灰分及NaSO4，严重影响了石膏品质，所以一般以抛弃为主。
在水力旋流器内，石膏浆被浓缩（固体含量约40％）之后用泵打到渣处理场，溢流液回流入再生池内。
2.除尘器的设计及计算
2.1燃煤锅炉烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算
Qa'=4.76×（1.867C+5.56H+0.7S-0.7O）
式中：
C、H、S、O--分别为煤中各元素所含的质量分数
Qa＇=4.76×（1.867×0.652+5.56×0.03+0.7×0.008-0.7×0.04）
=1.36×4.76
=6.482（m3/㎏）
2.1.2标准状态下理论烟气量
Qs'=1.867×（C+0.375S）+11.2H+1.24W+0.016Qa¹+0.79Qa¹+0.8N
式中：
Qa′——标准状态下理论空气量m3/kg；
W——煤中水分的的质量分数；
N——N元素在煤中的质量分数。
Qs'=1.867×（0.652+0.375×0.008）+11.2×0.03+1.24×0.1+0.016.482+0.8×0.01
=1.795（m3/㎏）
Qs=Qs'+1.016×（α-1）×Qa'
式中：
a——空气过剩系数；
Qa′——标准状态下理论空气量m3/kg；
Qs′——标准状态下理论烟气量m3/kg。
Qs=1.795+1.016×（1.3-1）×6.482
=3.77（m3/㎏）
注意：
标准状态下烟气流量Q应以m3/h计，因此，Q=Qs×设计耗煤量
Q=Qs×设计耗煤量=3.77×350=1319.5m3/h=0.366m3/s
C=
×A（m3/㎏）
式dsh–排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数
A–煤中不可燃成分的含量
Qs—标准状态下实际烟气量，m3/kg。
C=0.042×0.15=0.0064（g/m3）
2.1.5标准状态下烟气中二氧化硫的浓度的计算
Cso2=
×106（㎎/m3）
式S–煤中硫的质量分数；
Qs–标准状态下燃煤产生的实际烟气量m3/㎏
Cso2=
×106=4.24×1000=4240（㎎/m3）
2.2除尘器的选择
2.2.1除尘效率
η=1-
=1-0.0472=95.28%
2.2.3工况下烟气流量
=2092.8（m3/h）
则烟气的流速为0.58（m3/s）
2.2.4除尘器的选择及计算
根据工况下烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率来确定除尘器（袋式除尘器）
袋式除尘器是使含尘气体通过滤袋滤去其中离子的分离捕集装置，是过滤式袋式除尘器中一种，其结构形式多种多样，按不同特点可分为圆筒形和扁形；上进气和下进气，内滤式和外滤式，密闭式和敞开式；简易，机械振动，逆气流反吹，气环反吹，脉冲喷吹与联合清灰等不同种类,其性能比较如下表：
除尘种类
除尘效率%
净化程度
特点
简易袋式
30
中净化
机械振动袋式
90
中净化
要求滤料薄而光滑，质地柔软，再过滤面上生成足够的振动力。
脉冲喷吹袋式
99
细净化
清灰方式作用强度很大，而且其强度和频率都可以调节，清灰效果好
气环式袋式
99
细净化
适用高湿度、高浓度的含尘气体，造价较低，气环箱上下移动时紧贴滤袋，使滤袋磨损加快，故障率较高
通过我组比较最终决定选用袋式除尘器，根据处理烟气性质及不同型式的袋式除尘器的优缺点，最终决定选用MC6—I型系列逆喷脉冲袋式除尘器。
脉冲袋式除尘器是一种周期性的向滤袋内或滤袋外喷吹压缩空气来达到清除滤袋上积尘的袋式除尘器，它具有处理风量大，除尘效率高的优点，而且清灰机构设有运动部件，滤袋不受机械力作用，损伤较小，滤袋使用周期长的特点。
用《除尘器手册》中选取MC系列逆喷脉冲袋式除尘
结构特点:
主要由上箱体，中箱体，下箱体，排灰系统与喷嘴系统等几个主要部分组成。
上箱体内设有多孔板，滤袋，滤袋框架；下箱体包括进气口、灰斗、检查门；排灰系统由减速装置和排灰装置组成；控制仪、控制阀、脉冲阀、喷嘴管与气包等组成喷吹系统。
工作原理：
含尘气体由下箱体的进风口进入除尘器内经过滤袋过滤。
粉尘被阻留在袋外，净化气体进入袋内经过文氏管，由排风口排出机外，阻留在滤袋上的粉尘通过用电控（D）、机控（J）或气控（Q）中的一种方式，控制开启脉冲阀定时分排，对滤袋进行清灰，其主要性能与主要结构尺寸见下表：
型号
过滤面积m2
滤袋数量/条
处理风量m3/h
脉冲阀个数/个
外形尺寸/长×高×宽
MC36—I
27
36
3250～6480
6
1425×1678×3600
设备质量/kg
滤袋尺寸/mm
设备阻力/Pa
除尘效率
入口含尘浓度g/m3
过滤风速/m/min
1116.80
Φ120×2000
1200～1500
＞99%
2～14
2～4
主要结构尺寸：
型号
A
A1
B
B1
H
MC36—I
1678
1150
1340
1100
3660
影响因素：
过滤风速、滤料风速、滤料种类、清灰方式、入口含尘浓度、处理气体性质、净化物料种类等。
2.2.5管道布置及各管段的管径
1.各装置及管道布置原则
根据锅炉运行情况和锅炉房现场的实际情况确定各装置的位置，一旦确定了各装置的位置，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，管路短，占地面积小，并使安装，操作和检修方便。
2.管径的确定
式中：
v—烟气流速m/s（对于锅炉烟尘v=10～15m/s）
取v=10m/s则
d=0.41（m）
圆整并选取风值：
钢制板风管
外径D/mm
外径允许偏差/mm
壁厚/mm
400
±1
0.06
内径d1=400-2×0.6=398.8m
由公式
得
烟气流速v=4Q/πd²=9.996（
）
由此可知，除尘器中的管径设计合理
2.2.6烟囱的设计
1.烟囱高度的计算
根据锅炉的蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定表确定烟囱高度
锅炉烟囱高度
锅炉总额蒸发量（t/h）
<1
1～2
2～6
6～10
10～20
20～35
烟囱的最低高度（m）
20
25
30
35
40
45
由于给定锅炉型号DZL2—13蒸发量为2t/h，故选定烟囱高度为30m
烟囱抬升高度：
Qh=CpVo（Ts-Ta）
=1.38×0.366×（160-20）
=70.81KW
Qh—烟囱的热排放率
Cp—标况下的烟气平均比定压热容，取Cp=1.38kg/m3K
Vo—标准状态下的烟气排放量m3/s
Ts—烟气出口温度
Ta—当地最近5年平均气温值K=273+20=293K
由于70.81KW<2100KW，则
Vs—烟率出口速度m/s
D—烟囱出口内径m
Qh—烟囱的热排放率
u—烟囱出口的环境平均风速m/s，取2.5m/s
烟囱总高度H为：
H=Hs+Δh=33.76m
2.烟囱直径的计算
烟囱出口内径按如下公式：
圆整取d=0.4m
Q—通过烟囱的总烟量m3/h
W—按下表选取的烟囱出口烟气流速m/s，选W=4m/s，
烟囱出口烟气流速
通风方式
运行情况
全负荷
最小负荷
机械通风
10~20
4~5
自然通风
6~8
2．5~3
烟囱底部直径：
d1=d+2ih=0.40+2×0.02×30=1.50m
d—烟囱出口直径m
H—烟囱高度m
i—烟囱锥度，取I=0.02
烟囱的抽力：
H—烟囱高度m
tk—外界空气温度℃
tp—烟囱内烟气平均温度℃
B—当地大气压Pa
烟囱的阻力损失计算
采用砖砌烟囱,阻力可按下式计算
-摩擦阻力系数,0.04
-管道长度,m
-管道直径,0.9m
-烟气密度Kg/m3
-管内烟气平均流速
则最大地面浓度
可见地面最大浓度小于国家规定,烟囱高度设计合理
1、摩擦阻力损失
L—管道长度，md—管道直径，m
ρ—烟气密度，Kg/m3v—管中烟气流速，m/s
λ—摩擦阻力系数，是气体雷诺数和管道相对粗糙度的函数，可以查手册得到。
（实际中金属管取0.02，砖砌或混凝土管道取0.04。
）
对于Ф400圆，L=50m
ρ=
ΔPL=
=150.65Pa
2、局部压力损失
=
=6.026Pa
ε—异形管件的局部阻力系数，可以在有关手册中查到或通过实验求得。
v—与ε相对应的断面平均气流速度，m/s
ρ—烟气密度，Kg/m3
L1o=0.12m
a、除尘器进气管的阻力损失计算
渐缩管的计算
α≤45o时ε=0.1
取α=45ov=12.05m/s
=6.026Pa
设两个均为90o弯头
D=400mm 取R=1.5D 则ε=0.175
=21.09Pa
渐扩管的计算
=0.50
查《化工原理》附表则ε=0.25
=15.06Pa
L3=
=0.12m
b、除尘器出气管的阻力损失的计算
渐扩管的计算
α≤45o时ε=0.1
取α=30ov=12.05m/s
=6.026Pa
L4=
=0.12m
两个90o弯头
D=400mm， 取Ｒ＝１.５Ｄ 则ε=0.175
=21.09Pa
C、对于T型三通
ε=0.55
=33.14Pa
则系统总阻力[其中锅炉出口前阻力550Pa，除尘器阻力1400Pa（一般为1200~1500Pa）]
∑h=150.65+6.026+6.026+21.09+15.06+6.026+21.09+33.14+550+1300
=2106.70Pa
1、标准状态下风机风量的计算
Q1=
=5961.47m3/h
1.1—风量备用系数B—当地大气压KPa
Q—标准状态下风机前的风量，m3/h
tp—风机前烟气温度OC，若管道不长，可以近似取锅炉排烟温度
2、风机风压的计算
=2154.79Pa
1.2—风压备用系数∑Δh—系统总阻力，Pa
tp—风机前烟气温度OCty—风机性能表中给出的实验用气体温度，OC
Py—标准状态下烟气密度1.36Kg/m3Sy—烟囱产生的抽力，Pa
根据Hy和Qy选定Y8-39的引风机，性能表如下
型号
全压/（Pa）
风量/（m3/h）
功率/Kw
转速/（r/min）
Y8-39
2136~5762
2500~26000
3~37
2850
3、电动机功率的计算
Qy—风机风量，Hy—风机风压
Y1—风机在全头时的效率（一般为0.6）
y2—机械传动功率（用V形带动传动时=0.95）
—电动机备用系数，对引风机=1.3
根据电动机的功率，风机转速，传动方式，选定Y160L-6型电动机（功率是11Kw）
性能参数如下:
Y160L-6型电动机性能表
功率（Kw）
型号
转速r/min
效率（%）
功率因数cos
11
Y160L-6
970
87
0.78
4.课程设计总结
经过两周的努力，本次课程设计顺利完成。
设计中首先对锅炉用煤进行耗空气量，烟气流量，烟气灰分及二氧化硫浓度的计算。
第二部分主要介绍了袋式除尘器的原理，性能影响因素，以及为运行选定参数。
第三部分主要是填料塔的设计。
在计算过程中涉及到管道的布置和烟囱的设计。
通过本次课程设计提高了我的逻辑思维能力以及对材料的整合和筛选能力，这对于我今后的研究和学习有很大的帮助，通过了整个课程设计方案的描述，让我更加全面的拓宽自己的思考能力。
通过此次课程设计，让我更加重视对实际工作的关注，有利于提高我的理论联系实际能力。
通过这次学习，我知道了如何去自觉学习，如何去体验实践的成果，如何在实践中享受胜利的喜悦。
通过此次设计，我对袋式除尘器的工作原理，性能影响因素有了一个全面的认识，对其各部分尺寸的设计也有了一定的了解。
对于我来说，独自完成课程设计是相当困难的，它的完成与老师和同学的合作是密不可分的，在共同的努力中我感受到了团队的合作力量，团队的温暖，工作的同时也增进了我们的友谊，我想我们每个人都会为我们共同努力的汗水所骄傲和自豪。
两周的努力结果可能不尽人意，但是我们付出了。
这两周虽然很辛苦，但很充实，遗忘的知识又重新在头脑中熟悉，通过对此次课程的设计准备，学到了更多新知识。
付出了许多，但是收获的更多。
感谢老师在此次设计中给予我的帮助。
参考文献
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2.熊振湖、费学宁、池勇志等，《大气污染防治技术及工程应用》
3.马广大，《大气污染控制工程》
4.胡洪营，《环境工程原理》，高等教育出版社
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6.余国琮，《化工机械工程手册》，化学工业出版社，2003
7.路秀林等，《化工设备设计全书—塔设备》，化学工业出版社，2004
8.《化学工程手册－第三卷》，化学工业出版社
9.《化工工艺设计手册》，化学工业出版社
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11.王志魁 《化工原理》 化学工业出版社
左宗义等 《画法几何与机械制图》 华南理工大学出版社
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