设计20th蒸发量燃煤锅炉烟气的除尘脱硫工艺设计Word文档格式.docx
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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):
低位发热量KJ/Kg
C
H
S
灰分
水分
20939
65.7%
3.2%
1.7%
2.3%
18.1%
9.0%
2.锅炉型号:
FG-35/3.82-M型
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:
2.4X10-5pa·
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:
平均粒径/μm
0.5
3
7.5
15
25
35
45
55
>
60
粒径分布/%
20
16
10
6
7
13.按锅炉大气污染物排放标准(GB13217-2001)中二类区标准执行:
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
成分
质量/g
物质的量/mol
产物物质的量/mol
消耗O2物质的量
657
54.75
CO254.75
17
0.53
SO20.53
32
H2O16
8
O
23
1.44
0.72
-0.72
181
--
H2O
90
H2O5
(2)标准状态下理论需氧量为:
54.75+0.53+8-0.72=62.56mol/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)=299.0368m/Kg
即:
Vao=299.0368×
22.4/1000=6.6984m3/Kg
(3)标准状态下理论烟气量为:
54.75+0.53+16+5+62.56×
3.78=312.7568mol/Kg
Vfg0=312.7568×
22.4/1000=7.01m3/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)=8.35m3/Kg
(5)蒸发量为20t/h的锅炉所需热量为
2570.8×
20×
103=51.4×
106KJ/h
需煤量:
51.4×
106/20939×
75%=3.3×
103(Kg/h)=3.3t/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=27555m3/h
(7)标准状态下烟气含尘浓度:
C=m/Vfg=181×
30%×
1000/8.35=6503mg/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×
64×
1000/8.35=4062mg/m3
mSO2─烟气中二氧化硫的质量;
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)
473/273.15×
103=47715m3/h
烟气流速为Q/3600=47715/3600=13.254m3/s
选择:
脉冲袋式除尘器阻力选择Pa981-1170;
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。
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。
,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:
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
通风方式
运行情况
全负荷m/m
最小负荷m/s
机械通风
10~20
4~5
自然通风
6~8
2.5~3
选定ω=4m/s
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:
mH─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:
(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
D/mm
钢制板风管
外径允许偏差/mm
壁厚/mm
1300
±
1
100
内径=d=1300-2*100=1100(mm)
(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)=9.99m/s
2.5.袋式除尘器相关数据计算
(1)过滤面积:
A=Q1/(60vf)=47715/(60x3)=265.1m2
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:
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=6mH2─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=25.8m3/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:
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=13.72m3
(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:
mλ─摩擦阻力系数
c─烟气密度,单位:
Kg/m3v─管中气流平均速率
d─管道直径,单位:
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×
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=450v=9.99m/s
ΔP=0.1×
9.992/2=4.3Pa
450弯头的计算ζ=0.35
ΔP=0.35×
9.982/2=15.0Pa
渐扩管的计算α=300ζ=0.19
ΔP=0.19×
9.992/2=8.15Pa
c.除尘器出气管
渐扩管的计算
α=300ζ=0.19
两个900弯头的计算
ζ=0.75
ΔP=0.75×
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)2SO42NH4HSO3+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:
2DT=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×
4.70/64
=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×
(DT/2)2
=9.99×
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×
10-3/2)2]0.133×
9.982×
(4.26×
10-6/1.452)0.78
=1.32×
10-2Pa
文丘里型号
外形尺寸、mm
入口尺度/mm
出口尺度、mm
设备质量、Kg
入口气体温度
除尘效率%
测定风速、m3/h
WCG-1.0
2100×
860×
3700
580×
860
850
1306
<
160
98
10000
根据整个系统的压降选择风机
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。
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
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- 设计 20 th 蒸发量 燃煤 锅炉 烟气 除尘 脱硫 工艺