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大气污染模板

大气污染控制工程

课

程

设

计

题目：

某燃煤采暖锅炉烟气脱硫、除尘系统设计

专业：

环境科学

班级：

环科071

姓名：

焦菲

学号：

070810110100

日期：

10.1.3

目录

一．《大气污染治理》课程设计任务书································2

二．烟尘和S02浓度的计算··········································4

三．除尘器的选择·················································7

四．除尘器的设计···················································9

五．脱硫装置的选择·················································13

六．管道的设计·····················································18

七．设计小结·······················································20

八.附图·························································21

大气污染控制工程

课

程

设

计

题目：

某燃煤采暖锅炉烟气脱硫、除尘系统设计

专业：

环境科学

班级：

环科071

姓名：

焦菲

学号：

070810110100

日期：

10.1.3

目录

一．《大气污染治理》课程设计任务书••••••••••••••••••••••••••••••••2

二．烟尘和S02浓度的计算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••4

三．除尘器的选择•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••7

四．除尘器的设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9

五．脱硫装置的选择•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13

六．管道的设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••18

七．设计小结•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20

八.附图•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••21

《大气污染治理》课程设计任务书

某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计

1.设计题目：

某燃煤采暖锅炉房烟气脱硫、除尘系统设计

2.设计目的：

进一步消化和巩固本门课程所学内容，并使所学知识系统化，培养运

用所学知识进行工程设计的初步能力。

通过设计，了解工程设计的内容、方法、以及步骤，培养学生确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。

3.设计条件：

锅炉型号：

SZL4－13型，2台

设计耗煤量：

600kg/h（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：

Hy＝4％OY＝5％SY=1%Cy=75%NY=1%AY=14%，其中飞灰占不可燃成分的15%。

烟尘和二氧化硫浓度的计算

设有1kg煤燃烧，则在标准状态下有：

成分含量质量（g）摩尔量（mol）耗氧量（mol）烟气量（mol）

H4%404010H2O，20

O5%503.125-1.5625—

S1%100.31250.3125SO2,0.3125

C75%75062.562.5COx，62.5

N1%100.71430N2，0.3572

A14%140———

总计100%1000—71.25352.4947

理论耗氧量为：

10-1.5625+0.3125+62.5=71.25mol

标况下理论空气量为：

71.25×（3.78+1）=340.575mol/kg

即：

340.575×22.4/1000=7.629m3/kg

因为，空气过剩系数是1.4，

标况下实际空气量为：

7.629×1.4=10.681m3/kg

标况下理论烟气量为：

20+0.3125+62.5+0.3572+71.25×3.78=352.4947mol

即：

352.4947×22.4/1000=7.896m3/kg

因为，空气过剩系数为1.4

根据公式：

Vgf=Vfg0+Va（α-1）

标况下实际烟气量为：

Vfg=7.896+7.629（1.4-1）=10.9476m3/kg

标况下烟气中的二氧化硫的量为：

0.3125mol×64g/mol/=2.0×104mg/kg

煤标况下烟气的含水量为：

20mol×18g/mol÷1000+10.681m3×0.013kg/m3=0.4988kg/kg

即：

0.4988m3/kg

实际排烟过程中，排烟温度为150℃，当地大气压力为98kPa，1kg煤燃烧产生的实际烟气量为：

Vs===17.5304m3/kg

水分为：

0.4988×1.013×105×（273.45+150）÷9.8×104×273.15=0.7987m3/kg

实际过程中，两台耗煤量为600kg/h（台）的SZL4－13型锅炉的排烟量和二氧化硫排放量各为：

烟气量为：

17.5304m3/kg×600kg/h×2=21036.48m3/h

水分为：

0.7987×600×2=958.44m3/h

含水率：

958.44÷21036.48=4.6%

干烟气量=总烟气量-水分量=21036.48-958.44=20078.04m3/h

烟气中二氧化硫量为：

2.0×104mg/kg×600kg/h×2=2.4×107mg/h

烟气中二氧化硫浓度为：

2.4×107mg÷21036.48m3=1140.8753mg/m3

又由，AY=14%，其中飞灰占不可燃成分的15%，则在实际排烟过程中，烟尘的浓度为：

14%×1×106×600×2×15%÷21036.48=1198mg/m3

根据国家一级标准烟气排放最高浓度为：

80mg/kg

得出选择除尘器的除尘效率至少为：

（1198-80）÷1198=93.3%

国家烟气排放中SO2的浓度最高要求浓度为：

900mg/m3

选择脱硫的效率最低为：

（1140.8753-900）÷140.8753=21.1%

除尘器的选择

脉冲喷吹袋式除尘器

工作原理

袋式除尘器是利用多孔过滤介质分离捕集气体中固体或液体粒子的净化装置,分为内部过滤式和外部过滤式。

其除尘机理是依靠过滤介质运行一段时间后形成的粉尘初层为主要过滤层,本身滤料层起到粉尘初层的骨架作用。

袋式除尘器对于粒径为0.5μm的尘粒捕集效率可高达98%～99%,是一种高效过滤式除尘器,对微米或亚微米级的粉尘粒子可达99%或更高99.9%以上。

其应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能影响。

普通滤料最高使用温度为80℃～130℃,经硅油、石墨和聚四氟乙烯处理的滤料可耐温250℃～300℃。

气体温度应在其露点温度之上。

脉冲除尘器是当含尘气体由进风口进入除尘器，首先碰到进出风口中间的斜板及挡板，气流便转向流入灰斗，同时气流速度放慢，由于惯性作用，使气体中粗颗粒粉尘直接流入灰斗。

起预收尘的作用，进入灰斗的气流随后折而向上通过内部装有金属骨架的滤袋粉尘被捕集在滤袋的外表面，净化后的气体进入滤袋室上部清洁室，汇集到出风口排出，含尘气体通过滤袋净化的过程中，随着时间的增加而积附在滤袋上的粉尘越来越多，增加滤袋阻力，致使处理风量逐渐减少，为正常工作，要控制阻力在一定范围内（140--170毫米水柱），必须对滤袋进行清灰，清灰时由脉冲控制仪顺序触发各控制阀开启脉冲阀，气包内的压缩空气由喷吹管各孔经文氏管喷射到各相应的滤袋内，滤袋瞬间急剧膨胀，使积附在滤袋表面的粉尘脱落，滤袋得到再生。

清下粉尘落入灰斗，经排灰系统排出机体。

由此使积附在滤袋上的粉尘周期地脉冲喷吹清灰，使净化气体正常通过，保证除尘系统运行。

除尘器的设计

1.滤袋的选择

滤布必须有合适的空隙，允许空气顺利通过而阻挡细小的粉尘进入滤布内部。

细小颗粒的粉尘一旦进入滤布内部。

就无法将其清除，造成滤布透气性能大大下降，除尘阻力增大，甚至滤袋无法再使用。

这也是为什么除尘器滤袋纤维直径要求较细、滤布教密实的原因。

根据烟气中SO2的浓度和4.6%的含水率，对照各种滤料性能对照表：

选择滤布为：

涤纶（聚腊）

2.过滤面积的计算

2..过滤面积的确定

根据含尘浓度、滤料种类及清灰方式等，即可确定过滤起诉Vf,并计算出总过滤面积：

A==116.87m2

式中：

Q—预处理的烟气体积，m3/h

脉冲喷吹清灰：

VF=2.0——4.0m/min（本设计取4.0m/min）

3.滤袋规格设计

滤袋规格与其长度L、直径D和进入滤袋的烟气入口速度Vi（m/s）有关。

当含尘气体进入每条滤袋时，如入口速度过快，一方面会加速清灰降尘的二次飞扬，另一方面会由于粉尘的摩擦使滤袋的磨损急剧增加。

一般，Vi不能大于2m/s.滤袋的长劲比（L/D）可用过滤速度V和入口速度Vi表示。

当过滤速度V较高时，L/D在一个较小范围内；当过滤速度V较低时，L/D在一个较大范围内；

据此，袋式除尘器的滤袋的长劲比L/D一般为10——35.

因而，滤袋的直径可在150mm—300mm,滤袋长度可在1.5m—10m内选择。

本设计选择滤袋L/D=20、L=3m、D=0.2m

每条滤袋面积：

a=πdl=3.14×0.15×3=1.413

则所需的滤袋量N=116.87÷1.413=83

由烟气量、滤袋面积、滤袋条数，根据下图脉冲喷吹除尘器的性能对照表：

确定本设计采用型号为LDMM225的脉冲喷吹除尘器。

设计机构如下图：

脱硫装置的选择

烟气循环流化床脱硫工艺由吸收剂制备、吸收塔、脱硫灰再循环、除尘器及控制系统等部分组成。

该工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂，也可采用其它对二氧化硫有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。

从锅炉空气预热器出来的温度为120～180℃左右的烟气，从底部通过文丘里管进入循环流化床吸收塔内。

在文丘里管出口扩管段设一套喷水装置，创造了良好的脱硫反应温度。

吸收塔的流化床中巨大表面积的、激烈湍动的颗粒，为注水的快速汽化和快速可控的降温提供了根本保证，从而创造了良好的化学反应温度条件（露点以上20~30°C），使二氧化硫与氢氧化钙的反应转化为瞬间完成离子型反应。

在自然界垂直的气固两相流体系中，在循环流化床状态（气速4~6m/s）下可获得相当于单颗粒滑落速度数十至上百倍的气固滑落速度。

由于SO2与氢氧化钙的颗粒在循环流化床中的反应过程，是一个外扩散控制的化学反应过程，通过气固间大的滑落速度，强化了气固间的传质、传热速率和气固混合，从而满足了二氧化硫与氢氧化钙高效反应的条件要求。

技术特点

　　1、脱硫效率高，达95％以上；

　　2、工艺简单，操作方便，系统可靠性高；

　　3、烟气无需再加热；

　　4、能同时脱除SO3，烟囱无需防腐；

　　5、脱硫副产物为干态，无废水产生；

6、占地面积小、投资省、维护费用低。

其工艺流程图如下：

1.本设计采用干态的消石灰粉为吸收剂

2.烟囱的参数计算：

①.高度

SZL4-13型锅炉的装机容量为2.8MW，2台锅炉的装机总容量为5.6MW，查阅下表：

锅炉房装机总容量/MW<0.70.7~1.41.4~2.82.8~77~1414~28

烟囱最低高度/m202530354045

得烟囱的高度不小于35m

②.烟囱直径

1）.出口直径：

可按下公式计算

d=0.0188（m）

Q——烟气总量，m3/h

ν——烟气出口速度，m/s

烟囱出口气流速度可查下表:

通风方式运行情况

全负荷时最小负荷

机械通风m/s10~204~5

自然通风m/s6~102.5~3

本设计采用的是机械通风全负荷时的速度：

15m/s

则出口直径d=0.0188m=0.7m

2）.底部直径

D=d+2•I•H（m）

d——出口直径;m

I——烟囱锥度;（一般取I=0.02~0.03,本设计采取0.03）

H——烟囱高度;m

底部直径D=0.7+2×0.03×35=2.8m

3）.抽力的计算

Sy=0.0342H•（）•P（Pa）

H——烟囱高度

tk——外界空气温度；℃

tp——烟囱内烟气的平均温度；℃

P——当地大气压；Pa

则抽力Sy=0.0342

3.风机的参数计算

1）风机通风量的计算

Qf=K1K2Q

Q——系统设计风量；m3/h

K1——管网漏风附加系数，可按10%—15%取值（本设计取10%）

K2——设备漏风附加系数，可按有关设备样本选取，或取5%—10%（本设计取8%）

即通风量Qf=1.10×1.10×21036.48=25454.1408m3/h

2）.风机风压计算

Pf=（Pα1+Ps）α2

P——管网的总压力损失；Pa（由下计算得出）

Ps——设备压力损失；Pa，按有关设别样本选取（本设计取1000Pa）

α1——管网的压力损失附加系数，可按15%—20%取值（本设计取18%）

α2——风机全压负差系数，一般可取1.05（国内风机行业标准）

则风机风压Pf=（183.1144×1.18+1000）×1.05=1276.8787Pa

3）.风机的机型和电动机的类型选择

根据全压P=1276.8787、风量Q=21036.48对照下表：

选择的风机型号为：

NO-8D

搭配的电动机型号为：

Y180M-4

电动机的功率W=18.5kw

管道设计

管道材质为钢材

1）.烟气进口管道设计：

（管厚取为30mm）

一般烟气进口速度不超过18m/s,取烟气进口速度为10m/s，

D1=[4Q/（3600πν1）]1/2=[4×21036.48÷π÷10÷3600]1/2=0.8628m

取D1=0.8628m代入下式：

ν1=4Q/（π×D12×3600）=4×21036.48÷（3.14×0.86282×3600）

=9.9996m/s

2）.烟气出口管道设计：

取烟气出口速度为15m/s，则：

D2=[4Q/（πν3）]1/2=[4×21036.48÷π÷15÷3600]1/2=0.7045m

取D2=0.7045代入下式：

ν3=4Q/（π×D22×3600）=4×21036.48÷（3.14×0.70452×3600）

=14.9982m/s

3）.管道阻力损失的计算

①.锅炉到脱硫装置的直管阻力损失的计算：

实际状况下的烟气密度为：

ρ=ρ0×PS÷P0×T0÷TS

则烟气密度ρ=1.34×98÷101.33×273.15÷（273.15+150）

=0.8366kg/m3

取锅炉到除硫装置的直管管长为L1=4m，则：

ΔP1=4λL1/（4R）×ν22ρ/2

λ——摩檫系数，钢管取为λ=0.1

ν2——烟气在管道中的速度，m/s

L1——直管管长，m

R——水利半径，m，对圆形管道R=Dn/4（Dn为圆形管道内径）

ΔP1=（0.1×4×4）/（0.8628×4）×14.99822×0.8366/2

=43.6232Pa

两台锅炉，则ΔP2=2ΔP1=2×43.6232=87.2464Pa

②.从除硫装置到除尘器气直管阻力损失计的计算：

取管长为6m，则：

ΔP3=4λL2/（4R）×ν12ρ/2

=（0.1×6×4）/（4×0.8628）×9.9996×0.8366÷2

=29.0868Pa

③.从除尘器出口到烟囱的直管阻力损失计的计算：

管长取为5m，则：

ΔP4=4λL3/（4R）×ν32ρ/2

=（0.1×5×4）/（4×0.7045）×14.99822×0.8366÷2

=66.7812Pa

则管网的总压损失P=P2+P3+P4

=87.2464+29.0868+66.7812

=183.1144Pa

除尘器的选择

脉冲喷吹袋式除尘器

工作原理

袋式除尘器是利用多孔过滤介质分离捕集气体中固体或液体粒子的净化装置,分为内部过滤式和外部过滤式。

其除尘机理是依靠过滤介质运行一段时间后形成的粉尘初层为主要过滤层,本身滤料层起到粉尘初层的骨架作用。

袋式除尘器对于粒径为0.5μm的尘粒捕集效率可高达98%～99%,是一种高效过滤式除尘器,对微米或亚微米级的粉尘粒子可达99%或更高99.9%以上。

其应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能影响。

普通滤料最高使用温度为80℃～130℃,经硅油、石墨和聚四氟乙烯处理的滤料可耐温250℃～300℃。

气体温度应在其露点温度之上。

脉冲除尘器是当含尘气体由进风口进入除尘器，首先碰到进出风口中间的斜板及挡板，气流便转向流入灰斗，同时气流速度放慢，由于惯性作用，使气体中粗颗粒粉尘直接流入灰斗。

起预收尘的作用，进入灰斗的气流随后折而向上通过内部装有金属骨架的滤袋粉尘被捕集在滤袋的外表面，净化后的气体进入滤袋室上部清洁室，汇集到出风口排出，含尘气体通过滤袋净化的过程中，随着时间的增加而积附在滤袋上的粉尘越来越多，增加滤袋阻力，致使处理风量逐渐减少，为正常工作，要控制阻力在一定范围内（140--170毫米水柱），必须对滤袋进行清灰，清灰时由脉冲控制仪顺序触发各控制阀开启脉冲阀，气包内的压缩空气由喷吹管各孔经文氏管喷射到各相应的滤袋内，滤袋瞬间急剧膨胀，使积附在滤袋表面的粉尘脱落，滤袋得到再生。

清下粉尘落入灰斗，经排灰系统排出机体。

由此使积附在滤袋上的粉尘周期地脉冲喷吹清灰，使净化气体正常通过，保证除尘系统运行。

除尘器的设计

1.滤袋的选择

滤布必须有合适的空隙，允许空气顺利通过而阻挡细小的粉尘进入滤布内部。

细小颗粒的粉尘一旦进入滤布内部。

就无法将其清除，造成滤布透气性能大大下降，除尘阻力增大，甚至滤袋无法再使用。

这也是为什么除尘器滤袋纤维直径要求较细、滤布教密实的原因。

根据烟气中SO2的浓度和4.6%的含水率，对照各种滤料性能对照表：

选择滤布为：

涤纶（聚腊）

2.过滤面积的计算

2..过滤面积的确定

根据含尘浓度、滤料种类及清灰方式等，即可确定过滤起诉Vf,并计算出总过滤面积：

A=

=116.87m2

式中：

Q—预处理的烟气体积，m3/h

脉冲喷吹清灰：

VF=2.0——4.0m/min（本设计取4.0m/min）

3.滤袋规格设计

滤袋规格与其长度L、直径D和进入滤袋的烟气入口速度Vi（m/s）有关。

当含尘气体进入每条滤袋时，如入口速度过快，一方面会加速清灰降尘的二次飞扬，另一方面会由于粉尘的摩擦使滤袋的磨损急剧增加。

一般，Vi不能大于2m/s.滤袋的长劲比（L/D）可用过滤速度V和入口速度Vi表示。

当过滤速度V较高时，L/D在一个较小范围内；当过滤速度V较低时，L/D在一个较大范围内；

据此，袋式除尘器的滤袋的长劲比L/D一般为10——35.

因而，滤袋的直径可在150mm—300mm,滤袋长度可在1.5m—10m内选择。

本设计选择滤袋L/D=20、L=3m、D=0.2m

每条滤袋面积：

a=πdl=3.14×0.15×3=1.413

则所需的滤袋量N=116.87÷1.413=83

由烟气量、滤袋面积、滤袋条数，根据下图脉冲喷吹除尘器的性能对照表：

确定本设计采用型号为LDMM225的脉冲喷吹除尘器。

设计机构如下图：

脱硫装置的选择

烟气循环流化床脱硫工艺由吸收剂制备、吸收塔、脱硫灰再循环、除尘器及控制系统等部分组成。

该工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂，也可采用其它对二氧化硫有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。

从锅炉空气预热器出来的温度为120～180℃左右的烟气，从底部通过文丘里管进入循环流化床吸收塔内。

在文丘里管出口扩管段设一套喷水装置，创造了良好的脱硫反应温度。

吸收塔的流化床中巨大表面积的、激烈湍动的颗粒，为注水的快速汽化和快速可控的降温提供了根本保证，从而创造了良好的化学反应温度条件（露点以上20~30°C），使二氧化硫与氢氧化钙的反应转化为瞬间完成离子型反应。

在自然界垂直的气固两相流体系中，在循环流化床状态（气速4~6m/s）下可获得相当于单颗粒滑落速度数十至上百倍的气固滑落速度。

由于SO2与氢氧化钙的颗粒在循环流化床中的反应过程，是一个外扩散控制的化学反应过程，通过气固间大的滑落速度，强化了气固间的传质、传热速率和气固混合，从而满足了二氧化硫与氢氧化钙高效反应的条件要求。

技术特点

　　1、脱硫效率高，达95％以上；

　　2、工艺简单，操作方便，系统可靠性高；

　　3、烟气无需再加热；

　　4、能同时脱除SO3，烟囱无需防腐；

　　5、脱硫副产物为干态，无废水产生；

6、占地面积小、投资省、维护费用低。

其工艺流程图如下：

1.本设计采用干态的消石灰粉为吸收剂

2.烟囱的参数计算：

①.高度

SZL4-13型锅炉的装机容量为2.8MW，2台锅炉的装机总容量为5.6MW，查阅下表：

锅炉烟囱高度表

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

烟囱最低高度/m

20

25

30

35

40

45

得烟囱的高度不小于35m

②.烟囱直径

1）.出口直径：

可按下公式计算

d=0.0188

（m）

Q——烟气总量，m3/h

ν——烟气出口速度，m/s

烟囱出口气流速度可查下表:

通风方式

运行情况

全负荷时

最小负荷

机械通风m/s

10~20

4~5

自然通风m/s

6~10

2.5~3

本设计采用的是机械通风全负荷时的速度：

15m/s

则出口直径d=0.0188

m=0.7m

2）.底部直径

D=d+2·I·H（m）

d——出口直径;m

I——烟囱锥度;（一般取I=0.02~0.03,本设计采取0.03）

H——烟囱高度;m

底部直径D=0.7+2×0.03×35=2.8m

3）.抽力的计算

Sy=0.0342H·（

）·P（Pa）

H——烟囱高度

tk——外界空气温度；℃

tp——烟囱内烟气的平均温度；℃

P——当地大气压；Pa

则抽力Sy=0.0342

3.风机的参数计算

1）风机通风量的计算

Qf=K1K2Q

Q——系统设计风量；m3/h

K1——管网漏风附加系数，可按10%—15%取值（本