燃煤锅炉房除尘脱硫系统设计Word格式文档下载.docx
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1.304kg/m3空气过剩系数:
1.40飞灰占煤中不燃分分比例:
19%
2、煤质分析
CY=65.5%,HY=5.5%,OY=4.5%,NY=1%,
SY=1%,AY=15.5%,WY=6%,VY=1%
3、粉尘粒径分布
粒径(μm)15~258~155~83~51~3≤1
含量(%)3.64.849.237.14.21.1
4、气象资料
当地气象资料显示:
该地区年平均气压97.86kPa;
空气中含水(标态):
0.0129kg/m3;
年平均气温18.6℃;
极端最高气温38.5℃;
极端最低气温-1℃。
出口烟气按锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2014)中二类标准执行。
烟尘浓度排放标准(标准状态下):
50mg/m3
二氧化硫排放标准(标准状态下):
300mg/m3
1.3设计内容
1、基本物料衡算:
计算燃煤锅炉排烟量、烟尘浓度、二氧化硫浓度及净化效率的计算;
2、净化系统工艺方案的确定;
3、主要设备尺寸的计算;
4、管网布置及计算:
确定各装置的位置及管道的布置,并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径及系统总阻力。
5、风机及电机的选择设计:
根据净化系统处理的烟气量、烟气温度及系统总阻力等的计算,选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。
6、编写设计说明书,约1~1.5万字。
7、图纸要求:
(1)除尘系统图一张(推荐图幅A2)。
系统图应按比例绘制、标出设备、管件编号,并附明细表。
(2)除尘系统平面图一张(推荐图幅A2)。
2燃煤锅炉排烟量、烟尘和二氧化硫浓度的计算
2.1标准状态下理论空气量建立煤燃烧的假定:
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。
标准状态下理论空气量:
Qa4.671.867CY5.56HY0.7SY0.7OYm3/kg式中
CY=65.5%,HY=5.5%,SY=1%,OY=4.5%——分别为煤中各元素所含的质量分数。
结果为
Qa=7.02m3/kg
2.2标准状态下理论烟气量标准状态下理论烟气量:
Qs1.867CY0.375SY11.2HY1.24WY0.016Qa0.79Qa0.8NYm3/kg式中
Qa——标准状态下理论空气量,m3/kg;
WY——煤中水分所占质量分数,6%;
NY——N元素在煤中所占质量分数,1%。
3
Qs=7.59m3/kg
2.3标准状态下实际烟气量
标准状态下实际烟气量:
QsQs1.0161Qam3/kg
式中
——空气过量系数;
1.40
Qs——标准状态下理论烟气量,m3/kg;
Qa——标准状态下理论空气量,m3/kg;
标准状态下烟气流量Q应以m3/h计,因此,
QQs设计耗煤量
Qs=10.44m3/kg
QQs设计耗煤量10.44119612486.24m3/h
2.4标准状态下烟气含尘浓度
标准状态下烟气含尘浓度:
dshAY
CdshAkg/m3
Qs
dsh——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数,
19%;
AY——煤中不可燃成分的含量;
15.5%
Qs——标准状态下实际烟气量,m3/kg。
C=0.00282kg/m3=2820mg/m3
2.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算
m3/kg。
SY——煤中含可燃硫的质量分数;
1%
Qs——标准状态下燃煤产生的实际烟气量
CSO2=1915.7mg/m3
3除尘器的选择
3.1除尘器应该达到的除尘效率
1CS
C
C——标准状态下烟气含尘浓度,mg/m3;
Cs——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值,mg/m3。
=98.2%脱硫效率计算:
1-Cso284.3%
Cso2
式中:
Cso2—标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中规定值为300mg/m3
Cso2—标准状态下二氧化硫浓度1915.7mg/m3;
3.2除尘器的选择
工况下烟气流量:
QTQQTm3/hT式中
Q——标准状态下的烟气流量,m3/h
T——工况下烟气温度,K
T——标准状态下温度,273K
12486.24273160=
273
19804m3/h
19804
5.5
3600
根据工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定除尘
器:
选择LDB-70脉冲袋式除尘器,产品性能规格见表3.1
表3.1LDB-70脉冲袋式除尘器产品性能规格
型号
过滤面积/㎡
袋数量/条
滤袋规格/(φ×
L)
设备阻力/Pa
过滤效率(%)
入口含尘浓度/
(g/m3)
过滤风速/(m/min)
LDB-70
132
90
120×
5000
<
1200
99.50%
15
1~3
外形尺寸(长×
宽×
高)/mm
设备质量/kg
喷吹压力
处理风量/(m3/h)
脉冲数量/个
脉冲控制仪
2000×
2200×
8000
2700
(20~40)×
104
8000~23700
20
电控
根据资料得滤袋规格为直径×
高:
120×
5000mm,外形尺寸为长×
高:
2000×
8000mm。
4)袋径及长径比
袋径取d=0.12m,滤袋的长度取L=5m,则长径L/D=5/0.12=41.6
5).工艺中袋式除尘器中滤料面积的计算
qv
60vF
602
2
165(m2)
6)确定滤袋尺寸:
直径d=0.12m,高度l=5m,则每条滤袋面积a:
aπdl3.140.1251.88m
滤袋条数:
过滤面积为A'
=88×
1.88=165.4m2
7)核算过滤气速
在2-5m/min的范围内,符合要求。
除尘器入口烟气高度设为3m,出口烟气高度为7m
3.3脱硫设备的设计与计算
1.石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理
将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙,硫酸钙达到一定饱和度后,结晶形成二水石膏。
经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水,使其含水量小于10%,
然后用输送机送至石膏贮仓堆放,脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴,再经过换热器加热升温后,由烟囱排入大气。
由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触,吸收剂利用率很高,钙硫比较低,脱硫效率可大于95%[3]。
采用石灰/石灰石浆液吸收烟气中的SO2,分为吸收和氧化两个阶段。
先吸收生成的亚硫酸钙,然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙(即石膏)。
该方法的实际反应机理是很复杂的,目前还不能完全了解清楚。
这个过程发生的反应如下。
吸收:
CaOH2OCa(OH)2
11
Ca(OH)2SO2CaSO3H2OH2O
22
CaCO3SO2H2OCaSO3H2OCO2↑
CaSO4H2OSO2H2OCa(HSO3)2
由于烟气中含有O2,因此吸收过程中会有氧化副反应发生。
氧化:
在氧化过程中,主要是将吸收过程中所生成的CaSO31H2O氧2化称为CaSO42H2O:
1
2CaSO4H2OO23H2O2CaSO42H2O
4222242
由于在吸收过程中生成了部分Ca(HSO3)2,在氧化过程中,亚硫酸氢钙
也被氧化,分解出少量的SO2:
Ca(HSO3)2O2H2OCaSO42H2OSO2
设备运行过程中的问题及出现这种问题的原因:
(1)设备腐蚀:
化石燃料燃烧的排烟中含多种微量的化学成分。
在酸性条件下,对金属的腐蚀性相当强,包括吸收塔、言其后续设备。
(2)结垢和堵塞:
固体沉积主要以三种方式出现:
湿干结垢,即因溶液水分蒸发而使固体沉积;
Ca(OH)2或CaCO3沉积或结晶析出;
CaSO3或
CaSO4从溶液中结晶析出。
其后是导致脱硫塔内发生结构的主要原因。
(3)除雾器的堵塞:
液体中的小液滴,颗粒物进入除雾器,引起堵塞。
解决方法:
定期(每小时数次)用高速喷嘴喷清水进行冲洗。
石灰石/石灰法湿式烟气脱硫技术的工艺流程。
锅炉烟气经除尘、冷却后送入吸收塔,吸收塔内用调配好的石灰石或石灰浆液洗涤含SO2的烟气,洗涤净化后的烟气经除雾和再热后排放。
吸收塔内排出的吸收液流入循环槽,加入新鲜的石灰石或石灰浆液进行再生。
3.吸收塔内流量计算
假设吸收塔内平均温度为
80C,压力为120KPa,则吸收塔内烟气流量
为:
273t101.325
QVQ
V273P
27380101.3253
10.411.35m3/s
273120
QV—吸收塔内烟气流量,m3/s;
Q—标况下烟气流量,m3/s;
4.吸收塔径计算
5.
依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数,可选择吸收塔内烟气流速
取塔径D02200mm
6.吸收塔高度计算
吸收塔可看做由三部分组成,分成为吸收区、除雾区和浆池。
1)吸收区高度:
依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得,设吸收
12/28
塔喷气液反应时间t=3s,则吸收塔的吸收区高度为:
H1vt339m吸收区一般设置3~6个喷淋层,每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴,本设计中设置4个喷淋层,喷淋层间距为2m,入口烟道到第一层喷淋层的距离为2m,最后一层喷淋层到除雾器的距离1m。
(2)除雾区高度:
除雾器用来分离烟气所携带的液滴,在吸收塔中,
由上下两极除雾器(水平或菱形)及冲水系统(包括管道、阀门和喷嘴等)构成。
每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。
最后一层喷淋层到除雾器的距离1m,除雾器的高度为2.5m,除雾器到吸收烟道出口的距离为0.5m。
则取除雾区高度为:
H24m
3)浆池高度:
浆池容量V1按液气比浆液停留时间t1确定:
V1LQt1
1G11553
3744046.8m3
100060
L—液气比,一般为15~25L/m3,取16L/m3;
G
—标况下烟气量,
s,一般t1为4min~8min,本设计中取值为
选取浆池直径等于吸收塔
5min;
D0,本设计中选取的浆池直径D1为2000mm,
然后再根据V1计算浆池高度:
H3—浆池高度,m;
V1—浆池容积,m3;
从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.82m。
本设计中取为1.2m(4)喷淋塔烟气进口高度设计:
喷淋塔烟气进口高度h43.210.52m,烟气出口高度与进口高度相
420
同
5)吸收塔高度:
HH1H2H39414.91.20.52230.14m
4确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置
4.1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
占地面积小,并使安装、操作
4Q
道的布置应力求简单、紧凑、管路短、和检修方便。
4.2管径的确定
管道直径:
d
Q——工况下管道内烟气流量,m3/s
v——烟气流速m/s(对于锅炉烟尘v=10-15m/s)取v=14m/s结果为
45.5
d451.450.7m
圆整并选取风道:
表4.5风道直径规格表
外径D/mm
钢制板风管
外径允许偏差/mm
壁厚/mm
700
±
内径:
dl700-2×
1=698mm
由公式
可计算出实际烟气流速:
5烟囱的设计
5.1烟囱高度的确定首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量(t/h),然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定(表5.1)确定烟囱的高度。
表5.1锅炉烟囱的高度
锅炉总额定出力/(t/h)
1-2
2-6
6-10
10-20
20-35
烟囱最低高度/m
25
30
35
40
45
锅炉总额定出力:
3×
8=24(t/h),故选定烟囱高度为45m
5.2烟囱直径的计算
烟囱出口内径可按下式计算:
d0.0188Qm
Q——通过烟囱的总烟气量,m3/h;
——按表5.2选取的烟囱出口烟气流速,m/s
表5.2烟囱出口烟气流速/(m/s)
通风方式
运行情况
全负荷时
最小负荷时
机械通风
4-5
自然通风
2.5-3
选定=4m/s
结果为:
d0.0188319804=2.29m
取d=2.3m
烟囱底部直径:
d1d22iH(m)
d2——烟囱出口直径,m;
H——烟囱高度,m;
i——烟囱锥度(通常取i=0.02-0.03)。
取i=0.02
d=2.320.0245=4.1(m)
5.3烟囱的抽力
Sy0.0342HB(Pa)y273tk273tp
tk——外界空气温度,°
Ctp——烟囱内烟气平均温度,°
C
B——当地大气压,Pa。
Sy169(pa)
烟囱烟气入口高度与风机水平
6系统阻力计算
6.1摩擦压力损失
(1)对于圆管:
Lv2
Pa
PL
Ld2
——摩擦阻力系数(实际中对金属管道可取0.02.对砖砌或混凝土管道可取0.04)。
d——管道直径,m
——烟气密度,kg/m3v——管中气流平均速率,m/sL——管道长度,m
对于直径700mm圆管:
L=60m
n2731.3042730.80kg/m3
273160443
6.2局部压力损失
pvPa
——异形管件的局部阻力系数,
v——与相对应的断面平均气流速率,m/s
——烟气密度,kg/m3
图中2为渐缩管。
图6.2除尘器入口前管道示意图
≦45度时,=0.1,取=45度,v=14.2m/s结果为:
L1=0.05×
tan67.5=0.12(m)图中三为渐阔管
图中1为渐扩管
≦45度时,=0.1,取=30度,
v=14.2m/s
结果为:
一共3处,所以损失为:
8.1×
3=24.3Pa图中1、2均为90度弯头
D=700,取R=D
则=0.23
0.8014.22
P0.2318.6(Pa)
两个弯头
p2p218.637.2(Pa)
一共9处总损失为37.2×
9=334.8Pa
对于如图中所示
T形三通管
V1l1V2l2
V3l3
T形三通管示
=0.78
对于T形合流三通=0.55
一共四处,总损失为:
44.4×
4=177.6Pa
系统总阻力(其中锅炉出口前阻力为800Pa,除尘器阻力1128Pa)
为:
h158.715.324.3334.8177.680011282638.7(Pa)
7风机和电动机的选择及计算
7.1标准状态下风机风量计算
Qy1.1Q
273tp101.325(m3/h)
273B
Q——标准状态下风机前表态下风量,m3/h
tp——风机前烟气温度,若管道不太长,可以
近似取锅炉排烟温度,
B——当地大气压,kP
Qy1.112486.2427327316010917..3826522556(m3/h)
7.2风机风压计算
yPa
y
Hy=1.2hSy273tp101.3251.293yy273tyB
h——系统总阻力,Pa;
Sy——烟囱抽力,Pa
tp——风机前烟气温度,
ty——风机性能表中给出的试验用气体温度,
y——标准状态下烟气密度,kg/m3
273160101.3251.293
Hy=1.2(2216.6-183)2019(Pa)
27325097.861.34
根据Hy和Qy
,选定Y6-41-11No9C型的引风机
表7.2Y6-41-11No9C引风机性能表
转速
流量
全压
内效率
所需功
/r/min
/m3/h
/Pa
/%
率/kw
1470
24803
3711
79
18.5
风机出口和入口烟气高度均设0.52m
7.3
电动机功率计算
Qy——风机风量,m/h
Hy——风机风压,Pa
1——风机在全压头时的效率(一般风机为0.6,高效风机约为
0.9)
2——机械传动效率,当风机与电机直联传动时2=1,用联轴器连接时2=0.95—0.98,用V型带传动时2=0.95
——电动机备用系数,对引风机,=1.3
28.9(kw)
2255620191.3
360010000.60.95
根据电动机的功率、
风机的转速、传动方式选定Y225S-4B3型电动机。
参考文献
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环保设备设计手册-大气污染控制设备。
北京:
化学工业出版社,2004
[2]张殿印主编。
除尘器手册。
化学改天出版社,2007
[3]黄学敏主编。
大气污染控制工程实践教程。
化学工业出版社,2003
[4]陆耀庆主编。
供暖通风设计手册。
中国建筑工业出版社,2003
[5]航天部第七研究设计院编。
工业锅炉房设计手册。
中国建筑工业出版社,1986
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