20th蒸发量燃煤锅炉烟气的除尘脱硫工艺设计

课程设计

题目：20t/h（蒸发量）燃煤锅炉烟气的除尘脱硫工艺设计

专业：环境工程

班级：B080703

 学号：B********

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指导老师：***

前言………………………………………………………………………3

一：设计任务书 ………………………………………………………………5

   1.1课程设计题目……………………………………………………………5

1.2 设计原始材料…………………………………………………………5

二、 除尘设计…………………………………………………………………5

2.1．燃煤锅炉排烟量及烟尘和SO2浓度的计算………………………5

2.2．除尘效果 …………………………………………………………6

2.3．确定除尘器，风机，烟囱的位置及管道布置……………………6

 2.3．1各装置及管道布置的原则  ……………………………………7

2.3．2烟囱直径的计算…………………………………………………7

2.4．确烟气流通管道的计算……………………………………………8

2.5．袋式除尘器相关数据计算  ………………………………………8

2.6．袋式除尘器的压力损失 …………………………………………10

2.7．系统阻力计算 ……………………………………………………12

二、 脱硫设计…………………………………………………………………12

3.1 反应原理……………………………………………………………12

3.2 文丘里洗涤器的几何尺寸…………………………………………12

3.3  文丘里洗涤器的工作状况 ………………………………………13

四、风机的选择：根据整个系统的压降选择风机…………………………14

五.设备布置原则 ……………………………………………………………14

六、小结………………………………………………………………………15

七、参考资料…………………………………………………………………15

附图1 脉冲袋式除尘器结构图     附图2 烟气净化系统图

【前言】

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。随着人们生活水平的日益提高，工农业排放大量的有毒有害物质，由此产生了对环境有危害的固体废物、污水、废气等。大气污染随着产业的兴起，现代工业的发展，城市人口密集，煤炭和石油燃料的迅猛增长产生的，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。而大气污染可以说主要是人类活动造成的，大气污染对人体的舒适、健康的危害包括对人体的正常生活和生理的影响，大气污染已经直接影响到人们的身体健康。

大气污染物主要分为颗粒态污染物和气态污染物。河南省拥有丰富的煤炭资源，因此燃煤在工业与生活中均占有重要的地位。由电厂燃煤、锅炉取暖燃煤、生活取暖燃煤等造成的大气颗粒物污染非常严重。因此对于燃煤烟气除尘系统的优化设计尤为重要。故我们将用科学的方法选用合适的装置设计脱硫除尘系统。

锅炉大气污染物排放按GB13271-2001中的二类区二时段标准执行：

烟尘浓度排放标准（标准状况）≤200mg/m3

SO2浓度排放标准（标准状况）≤900mg/m3

【关键字】大气污染    颗粒物   SO2    袋式除尘器

一.设计任务书

1.1课程设计题目

设计蒸发量为20t/h的燃煤锅炉烟气的除尘脱硫装置

1.2. 设计原始材料

   1.煤的工业分析如下表（质量比，含N量不计）：

3.锅炉热效率：75%

4.空气过剩系数：1.2

5.水的蒸发热：2570.8KJ/Kg

6.烟尘的排放因子：30%

7.烟气温度：473K

8.烟气密度：1.18kg/m3

9.烟气粘度：2.4X10-5 pa·s

10.尘粒密度：2250kg/m3

11.烟气其他性质按空气计算

12.烟气中烟尘颗粒粒径分布：  

   标准状态下烟尘浓度排放标准：≤200mg/m3；

   标准状态下SO2排放标准：≤900mg/m3；

4.脱硫除尘系统布置在锅炉房北侧15米内 

二、 除尘设计

2．1．燃煤锅炉排烟量及烟尘和SO2浓度的计算

 （1）煤成分分析及计算：以1000g为标准

             表一    设计参数值

54.75+0.53+8-0.72=62.56 mol/Kg 

干空气中N2:O2=3.78:1 则标准状态下理论空气量为：

62.56×（1+3.78）=299.0368 m/Kg

 即：Vao=299.0368×22.4/1000=6.6984 m3/Kg

  （3）标准状态下理论烟气量为：        

54.75+0.53+16+5+62.56×3.78=312.7568 mol/Kg

   即：Vfg0=312.7568×22.4/1000=7.01 m3/Kg

（4）标准状态下实际烟气量为：

Vfg=Vfg0+Va0(α-1)= 7.0058+6.6984×(1.2-1)=8.35 m3/Kg

（5）蒸发量为20t/h的锅炉所需热量为

2570.8×20×103 = 51.4×106 KJ/h

需煤量：  51.4×106/20939×75% = 3.3×103 （Kg/h）= 3.3 t/h

（6）标准状态下锅炉烟气流量Q；单位：m3/h

Q=Vfg×设计燃煤量

Q = 8.35×3.3×103  = 27555 m3/h

（7）标准状态下烟气含尘浓度：

   C=m/Vfg    =181×30%×1000/8.35  = 6503 mg/m3

m─飞灰的质量；   Vfg─标准状态下实际烟气量

(8)标准状态下烟气含SO2浓度计算：

  CSO2=mSO2/Vfg   = 0.53××1000/8.35  = 4062  mg/m3

mSO2─烟气中二氧化硫的质量； Vfg─标准状态下实际烟气量

2.2除尘效果：

（1）除尘效率：η颗粒=1-Cs/C  =1-200/6503  =  0.97

脱硫效率：ηSO2=1-900/4062 =0.78

 （2）除尘器工作状况

工况下的烟气流量Q1=QTsP/(TPs)

Q = 8.35×473/273.15×3.3×103  = 47715 m3/h

烟气 流速为Q/3600=47715/3600=13.254 m3/s

选择：脉冲袋式除尘器  阻力选择Pa 981-1170；文丘里洗涤器脱硫

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。

2.3.1各装置及管道布置的原则

   根据锅炉运行情况现场的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。对各装置及管道应力求简单，紧凑，管路短，占地面积小，并使安装使用方便。

2.3.2烟囱：（1）因为资料不足，无法计算。取50m

     （2）烟囱直径的计算

a.烟囱出口直径：

d=0.0188(Q/ω)1/2 

Q ─工作状态下通过烟囱的烟气流量，单位：m3/h

ω ─按表二选取的烟囱出口烟气流速，单位：m/s

表二   烟囱出口烟气流速

 d=0.0188(21335/4)1/2 ≈1.38m

圆整取1.4m

 b.烟囱底部直径

 d1=d+2iH

 d1=1.38+2×0.02×50 =2.76m

d─烟囱出口直径，单位：m H─烟囱高度，单位：m

i─烟囱锥度，取i=0.02

圆整取2.8m

2.4.烟气流通管道的计算：单位：

（1）管径的确定

  d=[4Q/(πv)]1/2 

   = [4×13.254/(π×10)] 1/2  = 1.30m

Q ─工作状态下管道内的烟气流量，单位：m3/s  

v ─取烟气流速=10m/s

圆整并选取管道如下表

              表三    钢管规格选择

内径

（2）烟气流速核算

由  d=[4Q/(πv)]1/2 计算出

    v=4Q/(πd2)  =4×13.254/(3.14×1.32) =9.99 m/s  

2.5.袋式除尘器相关数据计算

（1）过滤面积：A=Q1/(60vf) =47715/(60x3) =265.1 m2

Vf=2.0~4.0m/min

（2）滤袋尺寸：d=120mm；   l=6000mm

（3） 每条滤袋面积：

  a=πdl  =π×120×6000×10-6=2.26m2

（4）滤袋条数：n=A/a

            =265.1/2.26 =117.3   ≈118  条         

（5）滤袋布置：

（A）a.滤袋分组：6；  b.每组20条c.组于组之间的距离：750mm

（B）组内相邻滤袋间距：70mm

（C）滤袋与外壳的间距：210mm

（6）喷吹管上喷吹孔距离：150mm喷吹管直径：140mm

（7）脉冲喷吹耗用压缩空气量：

V=αnV0/T

=1.5×50×0.001/1=0.075/m3

  n─滤袋总数，条；T─脉冲周期，min；α─安全系数；

V0 ─每条滤袋喷吹一次好用的压缩空气量(喷吹压力>6atm)。

注：每次喷吹时间为0.2秒、喷吹气速为50m/s

（8）除尘器尺寸：

长：210×2+70×6+750+120×8=2550mm

 宽：210×2+70×4+750+120×6=2170mm

底面积：2550×2170×10-6=5.5335 ㎡

高：H1+H2 +H3=6+3+0.5=9.5m

 H1─l=6m H2─分灰斗高 H3─附件高度

（9）卸灰斗的设计计算：

（A）煤灰产量：m粉尘=6003×27555×10-6=165.4Kg/h

             V粉尘=m粉尘/0.7=18.1/0.7=25.8 m3/h

粉尘密度：0.7Kg/m3

（B）清灰周期：0.5h

（C）清灰时间：3min

（D）灰斗总体积：V'=25.8×0.5≈12.9m3

 假设灰斗数量：2

灰斗上底面积：2550×1085×10-6=2.8㎡

分灰斗高：3m

下底面积：1.4㎡

 分灰斗的体积：3×(2.82+1.42+2.8×1.4/3=13.72 m3

（E）灰斗数量 ：5.5335/2.8 ≈ 2；验算24.45/13.72 ≈2(数据可取) 

2.5.袋式除尘器的压力损失：数据不足

2.6.系统阻力计算

（1）烟气流通管道

（A）摩擦压力损失

ΔPL=λLcv2/(2d)

L─管道长度，单位：m          λ─摩擦阻力系数

c─烟气密度，单位：Kg/m3       v─管中气流平均速率

d─管道直径，单位：m

对于φ1100圆管

 L=10m

c=cn×273/473 =1.34×273/473 =0.86Kg/m3

ΔPL=0.02×10×0.86×9.992/(2×1.1)=7.80Pa

（B）局部压力损失

     ΔP=ζcv2/2

ζ─管件的局部阻力系数(可查于《化工原理》)

  v─与ζ对应断面平均速率    c─烟气密度，单位：Kg/m3

a.T形合流三通管  ζ=0.55 (查异形管件的局部阻力系数)

         ΔP=0.55×0.86×9.992/2  =23.6Pa

 b. 除尘器进气管

  渐缩管的计算： α«450时，ζ=0.1 

     取 α= 450       v=9.99 m/s

           ΔP=0.1×0.86×9.992/2  =4.3Pa    

450弯头的计算  ζ=0.35

    ΔP=0.35×0.86×9.982/2  =15.0Pa

  渐扩管的计算 α=300    ζ=0.19

   ΔP=0.19×0.86×9.992/2  =8.15Pa

  c. 除尘器出气管

渐扩管的计算

    α=300    ζ=0.19

   ΔP=0.19×0.86×9.992/2   =8.15Pa

 两个 900弯头的计算  

        ζ= 0.75

   ΔP=0.75×0.86×9.992/2  =32.19Pa

系统总阻力(其中烟气在锅炉出口前阻力若：800Pa，除尘器阻力1100Pa)

ΣΔP=7.80+23.6+4.3+15.0+8.15+8.15+32.19+800×2+1100

     =3099Pa

三、   脱硫设计

由于烟气含硫量较低，去除效率要求不高，所以选择文丘里洗涤器作为脱硫设备，洗涤液为一定浓度的氨水，如此，脱硫产物可以回用。

3.1 反应原理： 

  a.主反应：

  2NH3+SO2+H2O→(NH4)2SO3    (NH4)2SO3+SO2+H2O→NH4HSO3

      b.副反应：

  2(NH4)2SO3+O2→ 2(NH4)2SO4   2NH4HSO3+O2→2NH4HSO4

    2NH3+CO2+H2O→(NH4)2CO3

3.2 文丘里洗涤器的几何尺寸：

  a.进口管直径：  D1=870mm

  b. 出口管直径：D2=870mm

  c. 收缩管收缩角：  α1=25o

   d. 扩散管扩散角： α2=5o

   e.喉管直径：DT

喉管截面积/进口管面积=1:4

   DT/D1=1:2       DT =D1 /2  =870/2 =435mm

f.收缩管长度： 

  L1= [(D1-DT)/2]ctg( α1/2)

    =[(870mm-435mm)/2]ctg( 25o/2)   =981mm

  g.扩散管长度：

   L2= [(D2-DT)/2]ctg( α2/2)

  =[(870mm-435mm)/2]ctg( 5o/2) =4981.6mm

 h.喉管长度：   LT =1.2DT   =1.2×435 =522mm

 3.3  文丘里洗涤器的工作状况:以1s计

    mSO2 =Qg×CSO2

              =9.99×π×(435×10-3/2)2×4.062 =6.03g

    去除的MSO2 =6.03×ηSO2

                            =6.03×0.78

              =4.70g

     依据反应方程式计算

      mNH3 =2×17×4.70/ 

         =2.497g

考虑到副反应和吸收效率：

      MNH3 =3mNH3

                 =3×2.497

         =7.49g              

      NH4的质量浓度：CNH3 =0.5g/cm3

      管道中的气体速度：vT=9.98m/s

      管道中的气体流量：Qg=9.99×π×(DT/2)2

                                                   =9.99×π×(435×10-3/2)2

                                                   =1.452m3/s

      喷嘴中液体的流量：Ql=(2.130/0.5)×10-6

                                        =4.26×10-6m3/s

      文丘里洗涤器的压力损失：

      ΔP=0.863CSO2(A)0.133vT2(Ql/Qg)0.78 =0.863×4.062×[π×(435×10-3/2)2]0.133×9.982×(4.26×10-6/1.452)0.78

                            =1.32×10-2Pa

五.设备布置原则

根据锅炉运行情况现场的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，管路短，占地面积，并使安装，操作方便。各装置安装顺序见工艺流程图。

六、小结 

 这次大气污染控制工程课程设计主要设计一燃煤锅炉烟气除尘系统，通过这次课程设计我们进一步消化和巩固课本中所学的内容, 这次课题让我们可以综合利用所学到的大气污染控制工程的知识，分析各种设备的优缺点来确定其选择。尽管已经利用各种渠道搜集了一些资料，但仍然稍嫌不足，而且能够利用的资料也比较少，所以在计算和设计时可能会出现很多的错误，还望老师多多指导。

七、参考资料

《大气污染控制工程》（第二版）  郝吉明，马广大主编    高等教育出版社

《除尘设备设计》      化工设备设计全书编辑委员会编著  上海科学技术出版社   

《锅炉及锅炉房设备》   同济大学等编   中国建筑工业出版社  

《大气污染控制工程》   吴忠标主编         科学出版社

《除尘装置系统及设备设计选用手册》唐敬麟  张禄虎主编    化学工业出版社