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大气污染控制工程课程设计

设计题目

：

22th燃煤锅炉烟气的工艺设计

姓名

：

徐明海

学号

：

年级

：

环工1101

系部

：

食品工程学院

专业

：

环境工程

指导教师

：

罗劫

完成时间

：

2014.12.5

目录

1设计任务及基本资料-1-

1.1课程设计题目-1-

1.2课程设计基本资料-1-

2设计方案-2-

2.1物料衡算-2-

2.2工艺方案的比较和选择-3-

3工艺计算-6-

3.1一级除尘装置——旋风除尘器-6-

3.2二级除尘装置——袋式除尘器-8-

3.3脱硫工艺-10-

3.4设备选型-17-

4烟囱高度的计算-19-

4.1烟囱高度计算式-19-

1设计任务及基本资料

1.1课程设计题目

22t燃煤锅炉烟气的工艺设计

1.2课程设计基本资料

二、课程设计参数和依据

1.设计规模

锅炉蒸发量2th~23th

2.设计原始资料

（1）煤的工业分析如下表（质量比，含N量不计）：

发热量

C

H

S

O

灰分

水分

20939

65.7%

3.2%

2.1%

2.3%

18.1%

9.0%

（2）锅炉型号：

FG-353.82-M型

（3）锅炉热效率：

75%

（4）空气过剩系数：

1.3

（5）水的蒸发热：

2570.8KJKg

（6）烟尘的排放因子：

30%

（7）烟气温度：

473K

（8）烟气密度：

1.18kgm3

（9）烟气粘度：

2.4×10-5pa·s

（10）尘粒密度：

2250kgm3

（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um

0.5

3

7.5

15

25

35

45

55

>60

粒径分布％

3

20

15

20

16

10

6

3

7

3.排放标准

按锅炉大气污染物排放标准（GB）中新建燃煤锅炉标准执行：

标准状态下烟尘浓度排放标准：

≤50mgm3、二氧化硫排放浓度：

≤300mgm3。

三、课程说明书内容

本课程设计的选题紧紧围绕大气污染控制工程烟气脱硫除尘为主题，设计任务完成后，学生要按规范撰写设计说明书，绘制CAD图。

课程设计说明书主要内容有：

（1）设计题目；

（2）主要指标和要求；

（3）方案工作原理；

（4）设计计算依据、计算结果；

（5）设备选择依据和工艺流程介绍；

（6）结果汇总。

2设计方案

2.1物料衡算

1小时燃煤燃烧的需热量：

1小时锅炉需煤量

2.1.1标准状态下理论空气量（四号，加粗）

质量g

煤成分的物质的量

理论需氧量

生成物的量

C

657

54.75

54.75

C02；54.75

H

32

16

8

H2O16

S

21

0.66

0.66

SO20.66

O

23

1.44

-0.77

——

H2O

90

5

——

H2O5

2.1.2标准状态下理论烟气量

理论需氧量为

假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78，则1kg煤完全燃烧所需要的理论空气量为:

即

理论烟气量:

即

2.1.3标准状态下实际烟气量

空气过剩系数时，实际烟气量为:

实际状态下的烟气量：

2.1.4标准状态下烟气含尘浓度

SO2的浓度：

473K状态下烟气总量为：

473K状态下的SO2的浓度：

2.2工艺方案的比较和选择

2.2.1除尘效率

烟气的除尘效率

烟尘除尘效率：

SO2的脱硫效率

SO2脱硫效率

2.2.2除尘设备的论证

烟气的预除尘设备一般选用重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、多管旋风除尘器和喷淋洗涤塔等。

它们基本性能如表2—1示。

表2—1除尘设备的基本性能

除尘器名称

阻力（Pa）

除尘效率（﹪）

初投资

运行费用

重力沉降室

50~150

40~60

少

少

惯性除尘器

100~500

50~70

少

少

旋风除尘器

400~1300

70~92

少

中

多管旋风除尘器

800~1500

80~95

中

中

喷淋洗涤塔

100~300

75~95

中

中

表2—2各种除尘器设备费、耗钢量及能耗量指标

除尘器名称

所占空间体积［m3（1000m3h）］

存储设备费（比值）

耗钢量［kg（m3h）］

能耗量（Kjm3）

重力沉降室

20~40

1.0

惯性除尘器

0.7~1.2

3.0~6.0

0.15~0.3

旋风除尘器

约1.75

1.0~4.0

0.05~0.1

0.8~1.6

多管旋风除尘器

3.9

2.5~5.0

0.07~0.15

1.6~4.0

表2—3

除尘器名称

除尘作用力

最佳粒径um

投资比较

阻力Pa

温度℃

备注

重力尘降室

重力

>100

低

200~1000

<400

占地面积大，除尘效率低

惯性除尘器

惯性力

>50

低

400~1200

<400

除尘效率较低

旋风除尘器

离心力

5~20

中

400~2000

<400

通过比较，旋风除尘器管理、制作方便，体积小、价格便宜，因此，选用旋风除尘器作为二级除尘系统中的预除尘。

表2—4

设备

投资费用

运行费用

高效旋风除尘器

100

100

袋式除尘器

250

250

电除尘器

450

150

塔式洗涤器

270

260

文丘里洗涤器

220

500

考虑投资费用和运行费用二级除尘用袋式除尘器。

袋式除尘器的优点：

1，除尘效率一般可达99%以上，为高校除尘器。

2，适应性强，对各类性质的粉粒都有很高的除尘效率；如高比电阻粉粒和高浓度粉粒。

3，处理风量范围广，小风量和大风量均能处理（1—20万）。

4，结构简单，操作方便。

5，捕集的干粉粒便于回收利用，没有水污染及污泥处理等问题。

缺点：

1，受高温的限制，高温滤料的工作温度一般不超过250度。

2，阻力较高阻力pa。

3，不宜用于含有和高温度的气体净化。

2.2.3工艺方案

现用二级除尘系统除尘（一级除尘为旋风除尘器，二级除尘为袋式除尘器），

注：

考虑到压损过大对除尘器的不利影响和对操作的要求高，作为一级预除尘除尘要求不高，因此，确定旋风除尘器型号时要求阻力不大于900Pa。

3工艺计算

3.1一级除尘装置——旋风除尘器

3.1.1设备计算

（1）烟气处理量：

（2）初步选型XLPB型旋风除尘器，处理烟气量大，将选用10并联，取

每一个的烟气处理量：

（3）进口速度

在这里取

（4）进口的截面积

（5）入口高度

（6）入口宽度

（7）筒体直径

参考XLPB品系列；取

3.1.2设备选型

根据处理量则选型XLPB-7.0-Y型号参数见表3—1

表2—5

型号

外形尺寸mm

D

H

H1

H2

L

W

C

C1

a

a1

b

b1

D1

D2

D3

D4

质量kg

XLPB

-7.0

700

3250

475

785

993

889

470

391

210

246

420

456

420

456

114

146

199

选型论证

a×b=0.0882m2

因为采用的是并联，所以要乘一个压力系数变化749.6×1.1=824.5Pa﹤900Pa符合要求。

3.1.3XLPB型旋风除尘器的分割粒径、分级效率和总效率的计算

交界圆柱面的直径：

交界圆柱面的高度：

平均径向速度：

漩涡指数：

交界面处气流的切向速度：

分割粒径：

根据分级效率

表2—6

平均粒径um

0.5

3

7.5

15

25

35

45

55

>60

粒径分布％

3

20

15

20

16

10

6

3

7

分级效率％

0.064

18.63

58.84

85.12

79.96

84.80

87.78

98.72

98.92

总效率％

60.74

一级除尘效率为60.74%二级除尘效率要达到：

3.2二级除尘装置——袋式除尘器

袋式除尘器的除尘效率可达99%以上。

虽然他是最古老的除尘方法之一，但由于它效率高，性能稳定可靠，操作简单，因而获得越来越广泛的应用。

同时，在结构形式，滤料，清灰方式和运行方式等方面也都得到了不断的发展。

滤袋形状传统上为圆形，后来又出现扁形，扁袋在相同过滤面积下体积更小，具有较好的应用价值。

布袋除尘器：

对人体有严重影响的重金属粒子及亚微米级尘粒的捕集更为有效。

通常除尘效率可达99.99%以上，排放烟尘浓度能稳定低于50mgNm3，甚至可达10mgNm3以下，几乎实现零排放。

3.2.1设备计算

（1）烟气处理量：

（2）初步选型ZC型回转反吹扁袋除尘器。

型号：

144ZC400

过滤面积过滤气速：

符合脉冲喷吹清灰的过滤气速2.0~2.5

滤袋条数144条滤袋高度为4m

（3）滤袋直径：

d每条滤袋的面积：

滤袋条数：

所以

符合要求

3.2.2设备选型

选型为144ZC400

型号规格

滤袋长度（mm

）

滤袋数（条）

分室数（个）

过滤面积

过滤风速

处理风量

设备阻力（Kpa）

设备重量（kg）

144ZC400

4000

144

28

455

2-2.5

0.6-1.2

18500

反吹风机型号

型号

风量

风压

转速

功率

No.5

2500

573

2900

7.5

减速器

型号

速比

输出轴功率

功率

BLED2715

1081

1.4

0.37

袋式除尘器的分级处理效率

除尘器名称

总效率（%）

不同粒径（um）所对应的分级效率%

0-5

5-10

10-20

20-44

袋式除尘器

99.7

99.5

100

100

100

100

所二级除尘效率大于97.87%满足要求

3.2.3除尘系统效果分析

经过二级除尘，总除尘效率达到99.98﹪，完全达到排放要求.一般经过二级除尘，效率都可以达到99.99%，同时压损也会很大，对滤袋、除尘仪器都有不利的影响，仪器的操作要求也会很高，运行耗能也会很大，实例说明在高效率时每降低一个百分点就会减少很大的压损，也考虑到后面要用湿法脱硫，对除尘也有一定的效率，所以降低除尘效率，降低压损，减少对滤袋、除尘仪器都有不利的影响，降低仪器的操作要求和运行耗能。

为企业创造更多的收益。

但选用型号除尘器后，要进行必要的改装，才可以达到要求。

3.3脱硫工艺

3.3.1锅炉烟气脱硫工艺的论证选择

目前,世界上烟气脱硫工艺有上百种,但具有实用价值的工艺仅十几种。

根据脱硫反应物和脱硫产物的存在状态可将其分为湿法、干法和半干法3种。

湿法脱硫工艺应用广泛,占世界总量的85.0%,其中氧化镁法技术成熟,尤其对中、小锅炉烟气脱硫来说,具有投资少,占地面积小,运行费用低等优点,非常适合我国的国情。

采用湿法脱硫工艺,要考虑吸收器的性能,其性能的优劣直接影响烟气的脱硫效率、系统的运行费用等。

旋流板塔吸收器具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点,。

1）.脱硫工艺及脱硫吸收器比较选择

（1）脱硫除尘工艺比较选择（见表2—9）

表2—9

序号

工艺名称

工艺原理

工艺特点

应用情况

1

石灰石石灰-石膏湿法

利用石灰浆液洗涤烟气，使石灰与烟气中SO2反应生成亚硫酸钙，脱去烟气中的SO2，再将亚硫酸钙氧化反应生成石膏。

优点：

脱硫率高95%、工艺成熟、适合所有煤种、操作稳定、操作弹性好、脱硫剂易得、运行成本低、副产物石膏可以综合利用，不会形成二次污染；

缺点：

一次性投资较高。

国内外应用最为广泛，使用比例占到80%以上。

2

简易石灰石石灰-石膏湿法

简易湿式法烟气脱硫工艺脱硫原理和普通湿法脱硫原理基本相同，只是吸收塔内部结构简单（采用空塔或采用水平布置），省略或简化换热器。

优点：

投资和占地面积较小：

缺点：

脱硫率低，约为70%。

国外应用较少，国内也有应用实例。

3

海水脱硫法

利用海水洗涤烟气，吸收烟气中的SO2气体。

优点：

脱硫率比较高90%、工艺流程简单，投资少占地面积小、运行成本低；

缺点；受地域条件限制，只能用于沿海地区。

只适用于中低硫煤种、有二次污染。

国内外均有部分成功应用实例（深圳西部电厂）。

4

旋转喷雾干燥法

将生石灰制成石灰浆，将石灰喷入烟气中，使氢氧化钙与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钙。

优点：

工艺流程比石灰石-石膏法简单，投资也比较小。

缺点：

脱硫率较低（约为70-80%）、操作弹性小、钙硫比高、运行成本高、副产物无法利用且易发生二次污染（亚硫酸钙分解）。

国内外均有少数成功实例（黄岛电厂）。

5

烟气循环流化床法

在流化床中将石灰粉按一定比例加入烟气中，使石灰粉在烟气当中处于流化状态反复反应生成亚硫酸钙。

优点：

钙利用率高、无运动部件、投资省。

缺点：

脱硫率较低（90%）、对石灰纯度要求较高、国内石灰不易保证质量、烟气压头损失大、由于加料不均匀会影响锅炉运行。

国内外均有少数成功实例。

6

活性炭法

使烟气通过加有催化剂的活性炭，烟气中的SO2经催化反应成SO2并吸附在活性炭中，用水将SO3洗涤成为稀硫酸同时使活性炭再生。

优点：

脱硫效率较高（90%）、工艺流程简单、无运动设备、投资较省、运行费用低。

缺点：

副产物为稀硫酸，不适宜运输，只能利用就地消化。

活性炭定期需要更换。

国内外均有少数成功实例（四川豆坝电厂）。

7

电子束法

将烟气冷却到60℃左右，利用电子束辐照，产生自由基，生硫酸和硝酸，再与加入的氨气反应生成硫酸铵和硝酸铵。

收集硫酸铵和硝酸铵粉制成复合肥。

优点：

脱硫率较高（90%），同时脱硫并脱销，副产物是一种优良的复合肥，无废物产生。

缺点：

投资高，因设备原件不过关，大型机组应用较困难。

国内外均有少数成功实例（黄岛电厂）。

 湿法脱硫是一种化学吸收反应，吸收剂对吸收过程有很大的影响，不同的吸收剂与SO2反应的速度也不一样，常用的吸收剂有：

氢氧化钠或碳酸钠、氧化镁、钠-钙双碱、氨、海水、石灰乳等。

（1）氢氧化钠或碳酸钠作为吸收剂脱硫，存在如下诸多问题：

a）如果将脱硫后的产物亚硫酸钠回收利用，存在流程过长、回收费用过高、副产品无销路等问题；

b）脱硫剂消耗量大、脱硫成本高；

c）增加水处理费用。

d）氧化镁作为吸收剂脱硫：

e）氧化镁来源有限；

f）直接排放，对水体会造成严重污染；

g）如果循环利用脱硫剂，则流程很长、设备繁多、占地面积大。

海水作为吸收剂脱硫：

海水通常呈碱性，具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO2的能力，当SO2被海水吸收后，在经处理氧化为无害的硫酸盐而溶于海水。

硫酸盐是海水的天然成分，不还造成水体污染，但有一硬性要求海水脱硫必须以工厂坐落于海边为前提。

（2）氨作为吸收剂脱硫：

氨是一种良好的碱性吸收剂，其吸收反应是气-气反应，吸收反应速度快，反应全，但氨的价格相对于低廉的石灰石来说是太高了。

过高的运行成本使氨法脱硫的推广受到极大的影响，在脱硫应用中极少。

（3）钠-钙双碱法脱硫：

用作吸收剂脱硫，用Ca（OH）2作为的再生剂。

其主要化学反应反应式如下：

吸收：

再生：

（4）石灰乳作为吸收剂脱硫:

脱硫产物是硫酸钙（石膏），可容易地从脱硫系统中分离出来，不会对环境水体造成污染，不存在脱硫废水的处理问题；这种脱硫剂是价廉易得的石灰石，脱硫成本低，企业能承受，且这种方法技术成熟，可靠性高。

3.3.2工艺方案

根据上述分析，本设计拟用纳-钙双碱法脱硫工艺，以氢氧化钠为吸收剂，氢氧化钙为氢氧化钠的再生剂，并采用喷淋塔。

本设计具体的工艺流程如下:

由于锅炉烟气温度高达200，不适合二氧化硫的吸收去除，故需先将其进行冷却预处理，经过冷却塔后烟气的温度可降至60左右，送入钠碱吸收塔，原始吸收溶液浓度150,吸收后生成的进入储罐投加固体浓缩缓冲。

根据储罐中溶液的停留时间，选两个储罐，一个生产储罐，另一个作为备用储罐。

应吸收塔较高，吸收塔出口溶液进入储罐采用自流，省去了泵的使用。

因尾气温度较高，且碳酸钠溶考虑到尾气的温度较高，湿度较大，不适宜用干法吸收，该工艺流程设计以碳酸钠溶液吸收塔吸收尾气中的二氧化硫。

高温不利于吸收反应的进行，并且对吸收塔的腐蚀较大，应此先将尾气降温处理。

由于尾气中的二氧化硫具有强腐蚀性，操作过程中反应都受到PH值的影响，随时需要进行酸度调节；因此需在地下池设备中安装PH值自动控制仪表，调节水的酸度，防止对环境的二次污染。

冷却塔出水由于吸收大量的热能，出水温度升高，要循环利用地下池的水需经循环水冷却塔降温，循环水冷却塔采用自然通风冷却，安装两台进水泵，一个生产用泵，一个备用泵，水来自集水池；两台出水泵，一个生产用泵，一个备用泵，水送往冷却塔。

水经过循环利用从而节省了大量的水资源。

液吸收二氧化硫的反应放热，高温不利于吸收反应的进行，因此浓缩后的碱液需经换热器的降温后进入吸收塔循环吸收二氧化硫。

吸收塔出口气体温度为60左右，用引风机引气排放，由于气液分离不完全，气体中携带水蒸气会引起引风机的震荡，因此在引风机前应设置气液分离器。

且气体温度降低，在高烟囱中会冷凝酸化，腐蚀烟囱，且气体温度降低不利于气体的扩散排放，在排放前要升高气体温度，使气体在烟囱口的排放温度达到160以上。

3.3.2工艺原理

（1）吸收反应

洗涤过程的主要反应式：

++→2

洗涤液内含有再生后返回的及系统补充的,在洗涤过程中生成亚硫酸钠。

2+→+

+→+

在洗涤液中还含有,系烟气中的与亚硫酸钠反应而生成。

2+→2

（2）再生反应

用石灰浆料进行再生时：

++→2+↓

亚硫酸钙的一般形式为半水亚硫酸钙。

用石灰石粉再生时：

2+→+++12

（3）硫酸钠的去除

硫酸钠用硫酸酸化使其转变为石膏来去除。

+2++3→2+2

加酸后，PH下降到2―3，使亚硫酸钙转化为亚硫酸氢钙而溶于溶液中，于是溶液中的超过了石膏的溶度积，使石膏沉淀出来。

（4）氧化反应

在回收法中，最终产品是石膏，需将由再生反应应得到的亚硫酸钙氧化为石膏。

+→

3.3.3工艺计算

锅炉烟气性质：

烟气量，，SO28088.53

1 冷却塔 

冷却塔中的相变过程

   200（汽）→100（汽）→100（水）→60（水）

（1）总放热量          

Q==

其中:

—锅炉烟气的平均比热容（）;（（））

--焚锅炉烟气的温度差；（）

（2）冷却水的用量

其中：

Cp2--水的比热容，；（）

--冷却水的温度差，；（t2=45-10=35）

--水的密度,kgm3;（=1000）

（3）塔径

其中：

v--气体体积流量，;

μ--空塔气速，ms;（空塔气速一般为0.5-1.2ms,取μ=1.2ms）

塔截面积

将塔截面积放大1.1倍，即：

（4）塔高

冷却塔是空塔，其高度是液气接触段、上部的液气分离段与下部的液气分离段之和。

设液气接触段气体的停留时间设计10秒，则液气接触段的高度

根据经验值，上下段分离高度至少大于塔径，一般为1.5～2D（塔径）。

取1.5倍，则上下段分离高度为：

群座高为=1m,

则吸收塔高为

2吸收塔

（1）Na2SO3溶液的用量

锅炉烟气中二氧化硫的含量为：

尾气急冷过程中被吸收掉0.7%.则进塔气体中含量为：

设吸收塔中的去除率为96%，即去除量为：

排除气体中含量为：

=

由反应方程式：

+→+↑

可知吸收64kg需106kg，则用量为：

，设用溶液的浓C为200,质量分数为30%，则用量为：

取安全系数1.2，则Na2CO3溶液实际用量为

L=

（2）塔径

气体体积流量

其中：

—锅炉烟气出口每小时排除烟气质量，kgs

其中：

——气体体积流量，m3s;

U——空塔气速,ms;

塔截面积为：

比例因子取1.2，

计算得D=18.3m

（3）塔高

分一层，层高度0.497m

其中：

——填料层高度，m：

;

——分离与分布区高，m;=3.2m;

——裙座高度，m;=3.5m;

3.4设备选型

3.4.1水泵

其作用是将地下水的水送往循环水冷却塔，于地面安装，提升高度5m，流量90m3h,查《工业水处理设备手册》，选用型号为IS80-65—160的水泵2台，一用一备，性能参数如下：

水泵性能参数

扬程

流量

轴功率

电机功率

效率

转速

质量

排出口径

10m

120m3h

6.79kw

9.5kw

78﹪

2900rmin

94kg

65mm

3.4.2循环水泵

其作用是将冷却水从集水池提升到冷却塔，于地面安装，提升高度13.8m，流量90m3h，查《工业水处理设备手册》，选用型号为IS的水泵2台，一用一备，性能参数如下：

循环水泵性能参数表

扬程

流量

轴功率

电机功率

效率

转速

质量

排出口径

41.4m

112m3h

16.6kw

18.5kw

76﹪

2900rmin

113kg

65mm

3.4.3碱液泵

安装在换热器之前，用于将碱液从储罐送往换热器及循环送往吸收塔，选用型号为IS的泵2台，一用一备，性能参数如下：

碱液泵性能参数

电机功率

电动机转速

流量

扬程

轴功率

1.5kw

2900rmin

12.5m3h

32m

1.79kw

根据Gs=1772.8m3h,供气压力为12.96kpa,选用2台离心式通风机，一用一备，性能参数如下：

风机性能参数

风机型号

口径

转速

进口流量

轴功率

配电机功率

NO.7

250mm

2900rmin

5610m3h

54.5kw

11.45kw

4烟囱高度的计算

4.1烟囱高度计算式

烟囱高度的确定烟囱可分为砖烟囱、钢筋混凝土烟囱和钢板烟囱等，本设计从设