李敏课程设计2.docx
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李敏课程设计2
大气污染控制工程
课程设计报告
课程设计题目:
燃煤锅炉烟气排放处理系统设计
题目编号:
04
学生姓名:
李敏
学号:
09032104
专业:
环境工程
班级:
090321
指导教师:
赵素芬
2012年12月5日
目录
1设计任务3
1.1设计题目3
1.2设计原始数据3
1.3设计内容及要求4
2设计计算5
2.1计算烟气各方向的污染系数5
2.1.1污染系数计算公式5
2.1.2污染系数计算表格5
2.2除尘设备的设计与计算5
2.2.1袋式除尘器的选择和计算5
2.3脱硫设备的设计与计算6
2.3.1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理6
2.3.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程7
2.3.3吸收塔内流量计算8
2.2.4喷淋塔径计算8
2.3.5吸收塔高度计算9
2.4烟囱设计计算10
2.4.1烟囱几何高度的计算10
2.4.2烟气释放热计算10
2.4.3烟气抬升高度计算11
2.4.4烟气有效高度计算11
2.4.5烟囱高度校核12
2.5管道系统设计计算12
2.5.1管径的计算12
2.5.2摩擦阻力损失计算13
2.5.3局部阻力损失计算13
2.5.4系统总阻力计算13
2.6通风机、电动机的选择14
3结束语14
4参考文献15
1设计任务
1.1设计题目
燃煤锅炉烟气排放处理系统设计
1.2设计原始数据
一燃煤锅炉排放的烟气,烟气量为Q=217.5×104m3/h,含尘浓度为16.62g/Nm3,SO2浓度为5.32g/Nm3。
烟尘浓度和SO2排放达到空气质量二级标准。
废气最终排放温度为334℃,当地年平均气温为12.5℃。
设计要求
(1)根据已知的气象条件,计算出各方向的污染系数,求得最佳位置,以
免污染到居民区。
(2)选择合适的除尘装置类型并计算主要的设备尺寸。
(3)计算脱硫装置的主要设备尺寸。
(4)计算和选择风机型号及风管管径。
(5)烟囱的排放口直径4.0m,试确定烟囱高度。
一年内风向风速频率 (%)
风向
频率
频率
频率
频率
频率
N
0.26
0.93
0
2.33
0.04
NNE
0.3
2.76
0.14
0.6
1.98
NE
0.25
0.02
3.06
0.87
0
ENE
0.34
4.5
0
3.34
0.34
E
0.05
1.29
3.89
1.42
1.79
ESE
0.98
7.89
0.41
1.69
0
SE
0.71
2.03
4.26
1.15
0.52
SSE
0.25
5.88
0.5
3.61
0
S
0.43
1.2
2.69
0.97
0.43
SSW
0.52
3.5
0.22
1.24
0.15
SW
0.35
1.75
0.5
0.01
0.15
WSW
0.61
1.58
0.23
1.14
0.33
W
0.03
1.21
0.42
0.69
0
WNW
0.44
2.13
0.22
0.78
0
NW
0
1.3
0.78
0.6
0.24
NNW
0.62
2.76
0
1.42
0
C(静风风)
7.93
风速(m/s)
<1.5
1.5<u<3
3<u<5
5<u<7
>7
1.3设计内容及要求
(1)根据已知的气象条件,计算出各方向的污染系数,求得最佳位置,以免污染到居民区。
(2)选择合适的除尘装置类型并计算主要的设备尺寸。
(3)计算脱硫装置的主要设备尺寸。
(4)计算和选择风机型号及风管管径。
(5)烟囱的排放口直径4.0m,试确定烟囱高度。
2设计计算
2.1计算烟气各方向的污染系数
2.1.1污染系数计算公式
污染系数=风向频率/平均风速
2.12污染系数计算表格
风向
平均风速
风向频率
污染系数
N
4.584906
3.56
0.776460848
NNE
3.997302
5.78
1.44597531
NE
3.624236
4.2
1.15886493
ENE
3.619277
8.52
2.354061322
E
4.50358
8.44
1.874064633
ESE
2.556169
10.97
4.29157853
SE
3.648824
8.67
2.376108028
SSE
3.447974
10.24
2.969859982
S
3.773874
5.72
1.515683883
SSW
2.831502
5.63
1.988343996
SW
2.825472
2.76
0.976827942
WSW
3.348118
3.89
1.161846745
W
2.885965
2.35
0.81428569
WNW
2.545994
3.57
1.402202833
NW
3.533333
2.92
0.826415172
NNW
2.804933
4.8
1.711270822
根据上表可知各方向的污染系数值.则可根据污染系数值确定工厂的最佳位置为居民区的西北方向。
2.2除尘设备的设计与计算
2.2.1袋式除尘器的选择和计算
(1)选择袋式除尘器的滤料及清灰形式
由于烟气的温度为334℃可以选择玻璃纤维滤袋.选用的清灰方式为逆气
流清灰.根据表1选择过滤气速VF2.0m/min
表1
粉尘种类
纤维种类
清灰方式
过滤气速/(m/min)
飞灰(煤)
玻璃、聚
四乙烯
逆气流、脉冲喷吹、机械振动
0.58~1.8
飞灰(油)
玻璃
逆气流
1.98~2.35
飞灰(焚烧)
玻璃
逆气流
0.76
(2)计算过滤面积
总过滤面积:
A=Q/60*v=1615000/120==13458.33m2
(3)除尘器的选择:
根据除尘器的处理烟气量和总过滤面积,可以选定除尘器型号规格,参考《除尘器手册》选择DFC-6-524型号的反吹袋式除尘器[3]。
其主要性能与主要结构尺寸见下表.
表2DFC-6-524型号反吹袋式除尘器的性能参数
型号
材质
过滤风速/(m/min)
处理风量/(m/h)3
过滤面积/2m
DFC-6-524
涤纶或玻纤
1.0
31440
524
滤袋尺寸/mm
滤袋数量/条
除尘器阻力/KPa
使用温度/℃
室数/个
Φ180×6100
152
1.5~2.0
<130或<280
4
主要结构尺寸(mm):
型号
h
H1
H2
H3
a
b
D
DFC-6-524
810
15398
6060
4920
3938
4012
700
2.3脱硫设备的设计与计算
2.3.1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理
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:
由于烟气中含有
,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
氧化称为
:
由于在吸收过程中生成了部分
,在氧化过程中,亚硫酸氢钙也被氧化,分解出少量的
:
设备运行过程中的可能出现问题
:
设备腐蚀,结垢和堵塞,除雾器的堵塞。
2.3.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程
石灰石/石灰法湿式烟气脱硫技术的工艺流程如图1所示。
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
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
。
图1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程
2.3.3吸收塔内流量计算
假设吸收塔内平均温度为80℃,压力为120KPa,则吸收塔内烟气流量为:
式中:
—喷淋塔内烟气流量,
;
—标况下烟气流量,
;
K—除尘前漏气系数,0~0.1;取K=0.04
代入公式得:
=246.97m3/s
2.2.4喷淋塔径计算
依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数,可选择喷淋塔内烟气流速v=3m/s,则喷淋塔截面A为:
则塔径d为:
d=
=10.24m
取塔径D=11000mm
2.3.5吸收塔高度计算
喷淋塔可看作由三部分组成,分成为吸收区、除雾区和浆池。
依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得,选择喷淋塔喷气液反应时间t=4s,则喷
(1)
(1)淋塔的吸收区高度为:
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5个喷淋层,喷淋层间距为3m,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:
H2=4m
(3)浆池高度
浆池容量V1按液气比浆液停留时间t1确定:
式中:
—液气比,一般取15~25L/m3;取15L/m3
Q—标况下烟气量,
;
t1—浆液停留时间,s;
一般t1为
,本设计中取值为
,则浆池容积为:
V1=15×10-3×217.5×104×5/60=2718.75
选取浆池直径等于或略大于喷淋塔D0,本设计中选取的浆料直径为D112m,然后再根据V1计算浆池高度:
式中:
h0—浆池高度,m;
V1—浆池容积,
;
D0—浆池直径,m;
从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.8
2m。
本设计中取为1.5m。
(4)喷淋塔烟气进口高度设计:
喷淋塔烟气进口高度
烟气出口高度与进口高度相同
(5)吸收塔总高度:
H总=16+4+24.05+1.5+0.52=46.07m
2.4烟囱设计计算
2.4.1烟囱几何高度的计算
根据锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2001)规定(见表2)确定烟囱高度
表2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
t/h
<1
1~<2
2~<4
4~<10
10~<20
20~<40
烟囱最低允许高度
m
20
25
30
35
40
45
取烟囱的几何高度Hs为20m
2.4.2烟气释放热计算
式中:
—烟气热释放率,kw;
—大气压力,取邻近气象站年平均值;
—实际排烟量,
—烟囱出口处的烟气温度,607K;
—环境大气温度,285.5K;
取环境大气温度
=285.5K,大气压力
=101.325kPa
T=607-285.5=321.5K
环境大气压下的烟气流量:
2.4.3烟气抬升高度计算
由
>2100kW,TS-Ta>35K,可得
式中:
u—烟囱出口处平均风速,取10m/s
—系数,
取1/3,
取2/3,
取1.303,则:
2.4.4烟气有效高度计算
具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量,且温度高于周围气温而产生一定浮力,所以可以上升至很高的高度。
这相对增加了烟囱的几何高度,因此烟囱的有效高度为:
式中:
H—烟囱的有效高度,m;
Hs—烟囱的几何高度,m;
—烟囱抬升高度,m。
烟囱的有效高度为:
H=20+16.01=36.01m
2.4.5烟囱高度校核
假设吸收塔的吸收效率为80%,可得排放烟气中二氧化硫的浓度为:
二氧化硫排放的排放速率:
用下式校核:
式中:
—为一个常数,一般取
,此处取0.8;
H—烟囱有效源高;36.01m
查国家环境空气质量二级标准,0.45mg/m3<0.9mg/m3该设计符合要求。
2.5管道系统设计计算
由于烟气流量太大Q’=Q/8×3600=75.5m3/s
2.5.1管径的计算
假设管道采用薄皮钢管.管内烟气流速为v=15m/s,则管道直径d为:
式中:
Q——烟气流量,
;
——烟气流速,
;
1.2——修正系数
代入相关值得:
d=2.77m
结合实际情况,取为2770mm,则实际烟气流速v0’
2.5.2摩擦阻力损失计算
根据流体力学原理,空气在任何横截面形状不变的管道内流动时,摩擦阻力∆PL
取
,对于圆管
式中:
λ—摩擦阻力系数,无量纲:
v—管内烟气平均流速,m/s;
ρ—烟气密度,kg/m3;l—管道长度,m;
d—管道直径,m
对于薄皮钢管,查阅相关资料的钢管的λ=0.02,代入相关数值得:
2.5.3局部阻力损失计算
烟气管道局部阻力损失可按下式计算:
式中:
n—弯头个数;30个ζ—局部阻力系数,无量纲;
ρ—烟气密度,kg/m3,v—管内烟气平均流速,m/s;
在烟气管道中一般采用的是二中节二端节型90°弯头.其局部阻力损失系为ζ=0.25,所以感到局部阻力损失为:
管道总阻力损失∆P为:
∆P=157.54+780.40=937.94Pa
2.5.4系统总阻力计算
系统的总阻力包括烟气在锅炉出口前的阻力、烟囱阻力、管道总阻力与脱硫设备的阻力之和。
查相关资料,脱硫设备的阻力为880Pa,则系统的总压力损失为:
∆P总=880+143.34+937.94=1961.28Pa
2.6通风机、电动机的选择
选择通风机的风量按下式计算:
式中:
qv—管道计算的总风量,m3/h,
K—考虑系统漏风所附加的安全系数,取0.01。
选择通风机的风压按下式计算:
式中:
Δp—管道计算的总压力损失,Pa;
K2—考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数,一
般管道取0.1-0.15,本设计取0.12;
ρ0—标定状态下的空气密度,对于引风机,ρ0=0.745kg/m3
ρ—运行工况下进入通风机时的气体密度。
结合通风机风压及总风量,选用引风机的型号及其配套的电机。
经选择,本设计采用G-73-11型锅炉引风机及配套的电机,其性能参数见表4
表24G-73-11型离心引风机性能参数
机号
功率
风量
全压
G-73-11
10-1250
15900-680000
590-7000
3结束语
首先,我要感谢老师的辛苦辅导以及同学的帮助。
对于这次大气课程设计,我感触良多,他改变了我对好多事物的看法,人生在世,我们将会遇到许许多多的事,但只要我们肯动脑子去想,肯动手去做就没有办不到的。
在这两周来,通过这次课程设计,自己对中硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统中的袋式除尘器以及石灰石湿法脱硫设备的结构、功能以及设计都有了更深的了解,并且真正的将自己所学的知识得到了运用,通过理论知识和实际运用的结合,从而真正的掌握知识。
在今后的工作亦或是生活中.我都将牢牢铭记这次课程设计给我的教诲,我会慢慢融入到生活工作的点点滴滴中,努力学习,勤于思考,增强自身综合素质,努力为我们国家的环保事业贡献自己应尽的责任与义务,做一名合格的东华理工大学毕业生!
4参考文献
[1]郝吉明,马广大,王书肖主编.大气污染控制工程.北京:
高等教育出版社,2010.1
[2]黄学敏,张承中.大气污染控制工程实践教程.北京:
高等教育出版社,2000
[3]张殿印,王纯.除尘器手册.北京:
化学工业出版社,2004.10
[4]刘天齐.三废处理工程技术手册·废气卷.北京:
化学工业出版社,1999
[5]童志权.工业废气净化与利用.北京:
化学工业出版社,2003
[6]周兴求,叶代启.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,2003
[7]童志权主编.大气污染控制工程.北京:
机械工业出版社,2006.7
[8]罗辉.环保设备设计与应用.北京:
高等教育出版社,2003
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