开题报告开题报告沈阳大学燃煤锅炉脱硫除尘工艺设计.docx

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开题报告开题报告沈阳大学燃煤锅炉脱硫除尘工艺设计

【关键字】开题报告

辽宁科技学院

本科毕业设计（论文）开题报告

题目：

沈阳大学燃煤锅炉脱硫除尘工艺设计

专题：

系别：

生物医药与化学工程学院

专业：

环境工程

班级：

环境BG112班

学生姓名：

孟鑫

学号：

21

指导教师：

安长伟

6日

开题报告撰写要求

1．开题是本科毕业设计最重要环节之一，学生要高度重视开题报告的撰写工作。

2．开题报告一式一份，由学生妥善保管，最后连同毕业设计任务书、说明书等相关资料一起装入学生本科毕业设计资料袋中存档。

3．开题报告应在指导教师指导下，由学生独立完成。

4．开题工作应在教学进程表中，本科毕业设计（论文）第二周周末前完成。

5．学生查阅的参考文献（含指导教师推荐的参考文献），设计类题目一般不少于10篇，论文类一般不少于12篇。

一、本课题的目的及意义，研究现状分析

（一）本课题的目的及意义

我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭一直占我国能源的生产和消耗的70%以上。

随着经济的快速发展，煤炭消费不断增长。

但是随着煤的消耗量的增加，燃煤产生的二氧化硫的量也不断增加，我国已数年二氧化硫的排放量超过2000万吨。

2005年，中国全国二氧化硫排放总量高达2549万吨，居世界第一，比2000年增加了27%。

有关研究表明，中国每排放一吨二氧化硫造成的经济损失约2万元，这就意味着去年我国因二氧化硫排放造成经济损失5098亿元。

煤炭是一项重要的能源资源，现如今60%的电力产量来源于煤炭资源。

中国是煤炭大国，原煤消耗量一直位于世界首位，煤炭占我国一次能源消耗的76%。

随着我国经济的迅速发展，煤炭的消耗将会快速增长，其中一半以上的煤炭利用于燃烧发电中，然后排放的粉尘、二氧化硫、氮氧化物等更是严重的威胁这我们的生态坏境。

按照目前我国的发展情况估算，未来10年，我国的能源消耗量将会达到35亿左右的标准煤，原煤的消耗也将会达到30亿吨。

这样就会有超过4000万甚至是5000万吨的二氧化硫直接排放到大气中，这将会使我们原本就脆弱不堪的生态坏境进一步恶化，造成严重的后果。

二氧化硫的大量排放使城市的空气污染不断加剧。

根据国家环保局对全国2177个环境监测站13年的监测数据分析表明，我国大气二氧化硫超标的城市不断增加，目前己有62.3%的城市环境空气二氧化硫年平均浓度超过国家环境空气质量二级标准、日平均浓度超过三级标准。

环境空气二氧化硫年平均二级标准值为0.06mg/m3，是人群在环境中长期暴露不受危害的基本要求:

日平均浓度三级标准值为5mg/m3，是人群在环境中短期暴露不受急性健康损害的最低要求。

通过本课题设计进一步消化和巩固专业课程所学的内容，并使所学知识系统化培养运用所学知识进行净化系统设计的能力。

通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，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。

（二）本课题的研究现状分析

1.除尘现状

我国全面系统地对电除尘器技术进行研究和开发始于上个世纪60年代。

在1980年以前，我国在国际电除尘器领域还处于非常落后的地位。

改革开放以来，我国国民经济持续不断地高速增长，环境保护对国民经济的可持续发展显得愈来愈重要。

受市场经济下的利益驱动，国内许多大、中型环保产业对电除尘器进行技术研究和开发方面的投入不断加大，电除尘器的应用得到了长足的发展。

国家更是将高效电除尘器技术列入“七五”国家攻关项目。

通过对引进技术的消化、吸收和合理借鉴，到上世纪90年代末，我国电除尘器技术水平基本上赶上国际同期先进水平。

加入21世纪以后，我国把“大力推进科学技术进步，加强环境科学研究，积极发展环保产业”作为经济发展的重要相关政策，环保产业进一步得到重视。

随着国家对污染控制要求的不断提高，对粉尘排放的要求也大幅度提高了。

GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》（开始实施）规定新建电厂大气污染物的排放浓度控制在50mg/m3（标准状况，下同）以下，而旧标准GB13223-91要求粉尘排放浓度小于150mg/m3。

电除尘器作为控制大气污染、解决环保与经济发展之间的矛盾的主要设备之一，其应用技术进一步得到飞速发展。

目前，电除尘器已广泛应用于火力发电、钢铁、有色冶金、化工、建材、机械、电子等众多行业。

我国作为世界电除尘器大国立足于国际舞台，不仅在数量上，而且在技术水平上都已加入国际先进行列。

电除尘器技术从设备本体到计算机控制的高低压电源，以及绝缘配件、振打装置、极板极线等已全部实现国产化，并且已有部分产品出口到30多个国家和地区。

在1980年以前，我国电除尘器的规模绝大多数都在以下，而其行业占有量为有色冶金行业32%，钢铁行业30%，建材行业18%，电力行业8%，化工行业5%，轻工行业4%，其他行业3%。

随着我国经济的飞速发展，尤其是电力、建材水泥行业的发展达到空前水平，到上世纪90年代中期，电除尘器行业占有量的格局已改变为：

电力行业72%，建材水泥行业17%，钢铁行业5%，有色冶金行业3%，其他行业3%。

目前火力发电行业的电除尘器用量已占全国总量的75%以上，的电除尘器已在1000MW的火电厂中成功运行。

在化工行业，由于受国际硫磺价格的影响，从上世纪90年代中期采用硫磺制酸工艺取代硫铁矿制酸工艺的企业急剧上升，使得电除尘器的行业占有量也随之大幅下降，直到近两年才有触底反弹的迹象。

1.1布袋除尘器

布袋除尘技术工作原理：

（1）重力沉降作用——含尘气体加入布袋除尘器时，颗粒大、比重大的粉尘，在重力作用下沉降下来，这和沉降室的作用完全相同。

（2）筛滤作用——当粉尘的颗粒直径较滤料的纤维间的空隙或滤料上粉尘间的间隙大时，粉尘在气流通过时即被阻留下来，此即称为筛滤作用。

当滤料上积存粉尘增多时，这种作用就比较显著起来。

（3）惯性力作用——气流通过滤料时，可绕纤维而过，而较大的粉尘颗粒在惯性力的作用下，仍按原方向运动，遂与滤料相撞而被捕获。

（4）热运动作用——质轻体小的粉尘（1微米以下），随气流运动，非常接近于气流流线，能绕过纤维。

但它们在受到作热运动（即布朗运动）的气体分子的碰撞之后，便改变原来的运动方向，这就增加了粉尘与纤维的接触机会，使粉尘能够被捕获。

当滤料纤维直径越细，空隙率越小、其捕获率就越高，所以越有利于除尘。

袋式除尘器很久以前就已广泛应用于各个工业部门中，用以捕集非粘结非纤维性的工业粉尘和挥发物，捕获粉尘微粒可达0.1微米。

但是，当用它处理含有水蒸汽的气体时，应避免出现结露问题。

袋式除尘器具有很高的净化效率，就是捕集细微的粉尘效率也可达99％以上，而且其效率比高。

袋式除尘器按清灰方式的不同可分为振动式、脉冲式、声波式及复合式等5种类型。

其中脉冲反吹式布袋除尘器由于其脉冲喷吹强度和频率可进行调节，清灰效果好，是目前世界上最为广泛应用的除尘装置。

布袋除尘器的优点是除尘效率很高，可达99.98%以上；结构简单，内部无复杂结构；适应的质量浓度范围大，同时对烟气流速的变化也具有一定的稳定性。

缺点主要是压力损失大，本体阻力800～1500Pa。

1.2静电除尘器

静电除尘器的工作原理：

含有粉尘颗粒的气体，在接有高压直流电源的阴极线（又称电晕极）和接地的阳极板之间所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳板运动，在运动中与粉尘颗粒相碰，则使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，而得到净化的气体排出防尘器外。

根据目前国内常见的电除尘器型式可概略地分为以下几类：

按气流方向分为立式和卧式，按沉淀极极型式分为板式和管式，按沉淀极板上粉尘的清除方法分为干式湿式等。

电除尘器的优点：

（1）净化效率高，能够铺集0.01微米以上的细粒粉尘。

在设计中可以通过不同的操作参数，来满足所要求的净化效率。

（2）阻力损失小，一般在20毫米水柱以下，和旋风除尘器比较，即使考虑供电机组和振打机构耗电，其总耗电量仍比较小。

（3）允许操作温度高，如SHWB型电路尘器最好允许操作温度，其他类型还有达到350~或者更高的。

（4）处理气体范围量大。

（5）可以完全实现操作自动控制。

2.拟选用的净化系统工艺方案

脱硫方法距今已发展了近百年，烟气脱硫（FGD）的方法很多,但真正进行工业应用的方法仅是有限的十多种。

对烟气进行脱硫的方法，典型的技术有石灰石—石灰法、双碱法、氧化镁法等。

目前国际上已经实现工业应用的燃煤烟气脱硫技术中，湿法脱硫技术约占85%，湿法脱硫脱硫率高达95%以上，因此初步选为湿法脱硫工艺。

（1）石灰石—石灰法：

石灰石破碎后经湿式球磨机加工成石灰石浆液,经旋流器入石灰石浆液箱,配好的浆液用泵送入吸收塔顶部,从吸收塔顶部的喷嘴（共三层树状喷嘴）喷出,与从塔中加入的含SO2烟气逆向流动。

经洗涤净化后的烟气从塔顶加入烟囱排放。

石灰石浆液吸收SO2后,成为含亚硫酸钙和亚硫酸氢钙的混合液,在吸收塔底部被加入吸收塔底部的空气氧化成石膏,石膏浆经过滤入石膏仓,在制板车间压制成石膏板,通常石灰石—石灰法由三个单元组成：

①SO2吸收：

这是脱硫的主要工序，烟道气中的SO2与石灰或石灰石发生的主要反应如下：

CaO+H2O→Ca（OH）2

SO2+Ca（OH）2→CaSO3·1/2H2O+1/2H2O

SO2+CaCO3+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O+CO2

SO2+CaSO3·1/2H2O+1/2H2O→Ca（HSO3）2

由于烟道气中还含有少量的氧和水分，因此，还可能发生以下反应：

2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O→2CaSO4·2H2O②固液分离：

由于脱硫而产生大量的CaSO3和少量CaSO4，以及预除尘时尚未除尽的烟尘，因此，必须将其从液体中分离后加以处理。

③固体处理：

分离出来的固体物质一般有两个去向：

抛弃：

美国由于土地资源丰富，人口密度低，因此，多采用此法。

回收：

在处理过程中，通入空气强制氧化和加一些添加剂，可以使CaSO3生成CaSO4·2H2O（石膏）。

日本与欧洲的土地较少，人口密度大，因此，一般采用此方法。

石灰石—石灰法技术比较成熟，吸收剂容易获得，运行可靠，应用最广，脱硫效率可达90%以上。

但是，存在初投资较大、系统复杂、由于脱硫原料及产物溶解度小，易造成设备的结垢、堵塞和磨损等缺点。

（2）双碱法

双碱法通常采用钠化合物（NaOH、Na2CO3、Na2SO3等）溶液吸收SO2，生成钠盐，其溶液再与石灰石（CaCO3）或石灰（Ca（OH）2）反应，生成亚硫酸钙或硫酸钙沉淀。

再生后的钠化合物返回洗涤设备重新作为吸收剂使用。

烟气中的SO2与钠化合物的反应如下：

2NaOH+SO2→Na2SO3

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2↑

Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3

由于烟气中含有少量氧，因此，会与洗涤液中部分Na2SO3发生反应，生成Na2SO4。

2Na2SO3+O2→2Na2SO4

吸收液吸收了SO2后，与CaCO3或Ca（OH）2的反应如下：

2NaHSO3+CaCO3→Na2SO3+CaSO3·1/2H2O↓+CO2↑+1/2H2O

2NaHSO3+Ca（OH）2→Na2SO3+CaSO3·1/2H2O↓+3/2H2O

Na2SO3+Ca（OH）2+1/2H2O→2NaOH+CaSO3·1/2H2O↓

此法正是为了克服石灰石—石灰法容易结垢的缺点发展起来的，其与石灰石—石灰法相比具有如下优点：

（1）用NaOH脱硫，循环水基本上是NaOH的水溶液，循环过程中对水泵、管道、设备均无腐蚀现象，便于设备运行与保养；

（2）吸收剂的再生和脱硫渣的沉淀发生在吸收塔外，减少了塔内结垢的可能性，因此可以用高效的板式塔或填料塔代替目前广泛使用的喷淋塔，从而减小了吸收塔的尺寸及操作液气比，降低脱硫成本；（3）钠基吸收液吸收SO2速度快，故可用较小的液气比，达到较高的脱硫效率，一般在98%以上。

（3）氧化镁法

锅炉烟气由引风机送入吸收塔预冷段，冷却至适合的温度后进入吸收塔，往上与逆向流下的吸收浆液反应,烟气中的SO2与浆液中的氢氧化镁以及空气进行化学反应生成硫酸镁及亚硫酸镁混合溶液，SO2被去除。

将此混合液过滤，去除固体杂质后经过蒸发结晶，干燥等工序后成为硫化镁成品包装回收。

吸收塔顶部安装有除雾器，用以除去净烟气中携带的细小雾滴。

净烟气经过除雾器降低烟气中的水分后排入烟囱。

分为三个过程：

（1）吸收过程：

Mg（OH）2+SO2→MgSO3+H2O

MgSO3+SO2+H2O→Mg（HSO3）2

Mg（HSO3）2+Mg（OH）2→2MgSO3+2H2O

吸收过程发生的主要反应如下：

吸收了硫分的吸收液落入吸收塔底，吸收塔底部主要为氧化、循环过程。

（2）氧化过程：

由曝气鼓风机向塔底浆液内强制提供大量压缩空气，使得造成化学需氧量的MgSO3氧化成MgSO4。

这个阶段化学反应如下：

MgSO3+1/2O2→MgSO4

Mg（HSO3）2+1/2O2→MgSO4+H2SO3

H2SO3+Mg（OH）2→MgSO3+2H2O

MgSO3+1/2O2→MgSO4

（3）循环过程：

是将落入塔底的吸收液经浆液循环泵重新输送至吸收塔上部吸收区。

塔底吸收液pH由自动喷注的20%氢氧化镁浆液调整，而且与酸碱计连锁控制。

当塔底浆液pH低于设定值时，氢氧化镁浆液通过输送泵自动补充到吸收塔底，在塔底搅拌器的作用下使浆液混合均匀，至pH达到设定值时停止补充氢氧化镁浆液。

20%氢氧化镁溶液由氧化镁粉加热水熟化产生，或直接使用氢氧化镁，因为氧化镁粉不纯，而且氢氧化镁溶解度很低，就使得熟化后的浆液非常易于沉积，因此搅拌机与氢氧化镁溶液输送泵必须连续运转，避免管线与吸收塔底部产生沉淀。

本次采用的是静电除尘和湿法脱硫工艺中的氧化镁法，其工艺流程如图1.1所示。

二、本课题的基本任务、拟解决的主要问题，及其实现途径、方法和手段

（一）基本任务

根据任务书可知，单台燃煤锅炉脱硫除尘数据资料如表2.1：

表2.1沈阳大学燃煤锅炉脱硫除尘数据表

名称

数据

名称

数据

1．类型（型号）

13．净化后SO2排放浓度

200mg/Nm3

2．年运行时间

3600h

14．除尘效率

99%

3．蒸发量

75t/h

15．除尘烟气出口温度

140℃

4．烟气量

110000Nm3/h

16．除尘SO2出口浓度

2000mg/Nm3

5．耗煤量

17．引风机型号

6．燃烧含灰量

流量

125000Nm3/h

7．燃煤含硫量

1%

全压

8．炉出口烟气温度

150℃

电机功率

9．锅炉排气侧压力损失

Pa

18．可提供最大循环水量

10．烟尘初始排放浓度

3g/Nm3

19．允许最大占地面积

1200m2

11．SO2初始排放浓度

2000mg/Nm3

20．场地平面图

指导教师提供

12．净化后烟尘排放浓度

30mg/m3

查阅国内外资料，结合实际情况，选择工艺流程，确定计算方法、确定参数，计算、撰写设计说明书，给出构筑物数量、尺寸，设备型号、数量。

设计工程图纸，包括平面布置图、高程图、构筑物平面图和剖面图。

1.设计说明书：

简述燃煤锅炉烟气处理方法、处理方案、处理工艺流程选定以及设计参数确定等。

2.设计计算书：

（1）各处理构筑物和设备工艺尺寸计算（含草图）

（2）烟道尺寸计算

3.图纸

（1）绘制烟气处理总平面图1张

（2）高程图1张

（3）烟气处理构筑物2张

（二）拟解决的主要问题，及其实现途径、方法和手段

1.方案选择与工艺设计计算的要求

（1）应根据现场情况选择烟气处理站的位置。

通过简单的技术经济分析，优化选择工艺流程。

平面布置更应注意紧凑、保证运行与便于管理。

（2）在确定烟气处理工艺流程时，同时选择适宜的各处理设备和单体构筑物的类型。

对所有设备和构筑物都进行设计计算，包括确定各有关设计参数。

负荷、尺寸与所需要的材料与规格等。

（3）根据相关资料和工程经验对浓缩污泥进行统一处理。

（4）对工艺进行细化和计算，绘制完整、合理的工艺流程图，包括各部位构件的形式、构成与具体尺寸等。

（5）对烟气处理系统要做出较准确的高程计算。

2.绘制设计图纸

（1）绘制的图纸不少于5张，此外，其组成还应满足下列要求：

绘制烟气处理总平面图1张

高程图1张

烟气处理构筑物3张

（2）在烟气处理站的平面图中，必须将烟气处理构筑物、泵站及附属构筑物按比例绘出，并注明其主要尺寸以及各主要构筑物之间的尺寸。

上述各种构筑物及各种管道布置应尽量紧凑，节省占地面积，但同时还要遵守设计规范、考虑运行管理、检修、运输及远期发展的可能性。

还要注意土方平衡，以减少土方量与施工费用。

管道按计算结果注明其管径、长度、坡度、闸阀与其它构件位置以及管道与其它构筑物之间的相对位置等。

（3）图中必须注明原有地面与平整后地面标高、构筑物的顶部、底部与其中水面标高、等。

横向比例可采用1：

50～1000，纵向可采用1：

50～100。

（4）浆液泵站工艺设计图应当达到施工图深度，除了合理准确地布置机组、管道、闸阀与电气设备之外，还应注明各部件的精确位置、相对尺寸以及各种设备与构件的型号。

机座基础与各种预留孔也应明确绘出。

（5）各构筑物的工艺设计图更应力求尽量达到施工图的深度。

要求将其本身及其附属设备与部件按计算或设计尺寸详细绘出，附属设备等型号也应在图中标出，还应绘制必要的剖面图与结点大样图。

材料表中应详尽列出构筑物所需的设备、部件、仪表等型号、规格与数量。

三、完成本课题所需工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等），可能遇到的问题以及解决的方法和措施

（一）所需工作条件

1.学习

由于MBR法的应用从来没有见过实例，所以要透彻掌握理论知识，通过网络等工具加深对该方法的理解和掌握。

2.工具书

到学校图书馆或网上收集相关给排水工具书及设计规范资料。

3.计算机

计算机应安装word、ppt、AutoCAD等软件。

（二）遇到的问题及解决的方法和措施

1.可能遇到的问题：

对脱尘除硫工艺的计算方法不了解，无法明确的了解构筑物设计的比例、尺寸和作图标准等。

解决方法：

查阅相关的资料书籍，加强有关反面的学习，不懂的地方向老师请教，解决此类问题。

2.可能遇到的问题：

在处理工艺的过程中可能接触到其他非本专业的审计问题，比如管道连接、土建设计等。

现有的知识无法解决的问题。

解决方法：

主动学习相关的知识，图书馆查阅相关书籍，上网查找相关文章，达到能独立设计的水平，不明白的地方向老师请教。

3.可能遇到的问题：

电脑软件不熟悉，导致一些相关的符号等无法输出，绘图软件运用不熟悉，导致绘图不标准等。

解决方法：

加深软件的学习和运用，多练习绘图软件的使用，学习有关标准。

四、已查阅参考文献目录

[1]魏先勋．环境工程设计手册[M]．长沙：

湖南科学技术出版社，1990.

[2]刘天奇．三废处理工程技术手册废气卷[M]．北京：

化学工业出版社，1999.

[3]黄学敏，张承中．大气污染控制工程实践教程[M]．北京：

化学工业出版社，2003.

[4]姜乃仓．泵与泵站[M]．北京：

中国建筑工业出版社，2007.

[5]郭东明．脱硫工程技术与设备[M]．北京：

化学工业出版社，2007.

[6]郝吉明．大气污染控制工程[M]．北京：

高等教育出版社，2010.

[7]童华．环境工程设计[M]．北京：

化学工业出版社，2008.

[8]胡满银，赵毅．除尘技术[M]．北京：

化学工业出版社，2006.

[9]鹿政理．环境保护设备选用手册[M]．北京：

化学工业出版社，2002.

[10]AndoM,TadanoM,YamamotoS,TamuraK,AsanumaS,WatanabeT,KondoT,SakuraiS,JiR,LiangC,ChenX,HongZ,CaoS．Healtheffectsoffluoridepollutioncausedbycoalburning[J]．ScienceoftheTotalEnvironment，2001.

[11]沙乖凤．燃煤烟气脱硫脱硝技术研究发展[J]．化学研究，2013.

五、进程安排

序号

时间要求

应完成的内容（任务）提要

1

2015年3月27日－2015年4月1日

除尘器的选型及设计计算

2

2015年4月1日－2015年4月6日

烟气处理部分设计计算

3

2015年4月7日－2015年4月10日

脱硫循环液处理部分设计计算

4

2015年4月11日－2015年4月20日

系统阻力计算

5

2015年4月21日－2015年5月26日

完成平面图和流程图

6

2015年5月8日

上交毕业论文中期报告

7

2015年5月9日－2015年5月28日

完成构筑物图

8

2015年5月29日－2015年6月5日

整理数据，上交初稿

9

2015年6月6日－2015年6月10日

指导老师检查，打印第二稿

10

2015年6月11日－2015年6月15日

修改，定稿，上交打印终稿

11

2015年6月16日－2015年6月20日

制作答辩用ppt，准备答辩

指导教师意见：

指导教师（签字）:

年月日

教研室审查意见：

专业教研室主任（签字）:

年月日

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