燃煤锅炉烟气的除尘脱硫工艺设计.docx
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燃煤锅炉烟气的除尘脱硫工艺设计
题目:
20t/h(蒸发量)燃煤锅炉烟气的
除尘脱硫工艺设计
班级:
学号:
姓名:
指导教师:
前言………………………………………………………………………4
1设计任务书
课程设计题目
设计原始材料……………………………………………………………6
2.设计方案的选择确信……………………………………………………7
除尘系统的论证选择……………………………………………………7
旋风除尘器的结构设计及选用|……………………………………8
预除尘设备的论证选择………………………………………………8
旋风除尘器的工作原理、应用及特点………………………………8
旋风除尘器的结构设计及选用………………………………………8
旋风除尘器分割粒径、分级效率和总效率的计算………………10
二级除尘设备的论证选择……………………………………………10
二级除尘设备的工作原理、应用及特点……………………………15
二级除尘的结构设计………………………………………………17
除尘系统成效分析……………………………………………………17
锅炉烟气脱硫工艺的论证选择…………………………………………17
风机和泵的选用及节能设备……………………………………………24
投资估算和经济分析……………………………………………………24
设计结果综合评判………………………………………………………25
3附图1旋风除尘器结构图
附图2烟气净化系统图
我国大气治理概况
我国大气污染严峻,污染废气排放总量处于较高水平。
为操纵和整治大气污染,“九五”以来,我国在污染排放操纵技术等方面开展了大量研究开发工作,取得了许多新的功效,大气污染的防治也取得重要进展。
在“八五”、“九五”期间,国家辟出专款开展全世界气候转变预测、阻碍和计谋研究,在温室气体排放和温室效应机理、海洋对全世界气候转变的阻碍、气候转变对社会经济与自然资源的阻碍等方面取得专门大进展。
最近几年来,我国环境监测能力有了专门大提高,初步形成了具有中国特色的环境监测技术和治理体系,环境监测工作的进展明显。
我国国民经济的高速进展推动了我国环保科技研究领域不断拓展,我国初期的环境科学偏重单纯研究污染引发的环境问题,此刻扩展到全面研究生态系统、自然资源爱惜和全世界性环境问题;专门是污染防治,由工业“三废”治理技术,扩展到综合防治技术,由点源的治理技术,扩展到区域性综合防治技术,并研究开发了无废少废的清洁生产工艺、废物资源化技术等。
在大气污染防治技术的研究开发方面,最近几年来我国取得众多功效,与此同时,如表1所列,大气污染的治理也取得了专门大进展。
表1最近几年我国大气污染治理取得的一些进展
大气污染防治
1995年
1996年
1997年
1998年
1999年
2000年
工业废气治理率(%)
建成城市烟尘控制区数(个)
3002
2319
2339
2446
2364
2718
烟尘控制区面积
(平方公里)
12532
12961
15791
13796
16000
18000
“九五”期间全国要紧污染物排放总量操纵打算大体完成。
在国内生产总值年均增加%的情形下,在大气污染防治方面,2000年全国二氧化硫、烟尘、工业粉尘等项要紧污染物的排放总量比“八五”末期别离下降了10~15%。
结合经济结构调整,国家取缔、关停了万多家技术掉队、浪费资源、质量低劣、污染环境和不符合平安生产条件的污染严峻又没有治理前景的小煤矿、小钢铁、小水泥、小玻璃、小炼油、小火电等“十五小”企业,对高硫煤实行限产,有效地削减了污染物排放总量。
全国23万多家有污染的工业企业中,90%以上的企业实现了要紧污染物达标排放。
46个考核的环境爱惜重点城市中,25个城市实现了大气质量按功能分区达标,有19个城市(区)被授予国家环境爱惜模范城市(区)。
重点区域的污染治理也取得了时期性功效。
“两控区”二氧化硫排放总量降低,酸雨范围和频率取得操纵,维持稳固。
北京市环境治理初见成效。
重点区域的污染治理带动了全国污染防治工作的全面展开。
大气污染防治技术
为操纵和整治大气污染,“九五”
以来,我国在煤炭干净加工开发技术、煤炭干净高效燃烧技术、煤炭干净转化技术、污染排放操纵技术等方面开展了大量研究和开发,取得了许多新的功效。
与此同时,我国大气污染的防治也取得重要进展。
酸雨和二氧化硫操纵区的污染防治工作已深切展开。
“两控区”内175个地市和电力、煤炭等行业编制了二氧化硫污染防治计划。
关停小火电机组198台(装机容量208万千瓦)。
8个省、自治区、直辖市开始限制燃煤含硫量。
目前,“两控区”年削减二氧化硫排放量近80万吨,93个城市二氧化硫的浓度达到国家环境质量标准。
若是中国的燃煤电站的烟气排放要达到目前发达国家规定的水平,SO2的排放量将从每一年680万吨下降至170万吨,NOx的排放量将从100%下降至30%,CO2也将减排2500万吨。
中国操纵和整治大气污染任重而道远。
设计标准要紧参考《大气污染物排放限值》,工艺运行设计达到国家GB13271--91锅炉大气污染物排放标准。
除尘脱硫设计原那么
(1)脱硫率>80%。
除尘效率>97%;
(2)技术较为成熟,运行费用低;(3)投资省;(4)能利用现有设施;(5)建造工期短,方便;(6)系统简便,易于操作治理;(7)主体设备的利用寿命>8a;(8)烟气脱硫以氧化镁为要紧吸收剂,并充分利用锅炉排渣水的脱硫容量,达到以废治废,降低运行本钱的目的。
能用于烟气脱硫和除尘的设备很多,但要知足运转稳固靠得住、不阻碍生产同时去除且压力降较小等要求,以袋式除尘器和旋流板为宜。
1.设计任务书
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
.设计原始材料
1.煤的工业分析如下表(质量比,含N量不计):
2.锅炉型号:
FG-35/型
3.锅炉热效率:
75%
4.空气多余系数:
5.水的蒸发烧:
Kg
6.烟尘的排放因子:
30%
7.烟气温度:
473K
8.烟气密度:
m3
9.烟气粘度:
pa·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散布:
平均粒径/μm
3
15
25
35
45
55
>60
粒径分布/%
3
20
15
20
16
10
6
3
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;
2.设计方案的选择确信
除尘系统的论证选择
(1)锅炉烟气含尘、含硫量计算
利用低位发烧量、锅炉热效率、水的蒸发烧求需煤量
蒸发量为20t/h的锅炉所需热量为
需煤量
设1kg燃煤时
燃料成分名称
可燃成分含量(﹪)
可燃成分的量(﹪)
理论需氧量/mol
废气中组分/mol
C
H
S
O
水
灰分
16
——
——
——
8
——
——
CO2
16H2O
SO2
——
5H2O
——
合计
理论烟气量:
+×=(mol/kg)
在标准状态下的体积为:
××10-3=(m3/kg)
理论废气量:
×++16++5=kg
在标准状态下理论废气体积:
××10-3=(m3)
在标准状态下实际烟气体积:
+×()=(m3)
SO2的浓度:
C=4082mg/m3
烟尘的浓度:
C=6534mg/m3
在473T时实际烟气量:
Q=47951m3/h
(2)烟尘的除尘效率计算
按锅炉大气污染物排放标准(GB13217-2001),能够计算出
烟尘的除尘效率要达到:
≧97﹪
(3)SO2的脱硫效率计算
按锅炉大气污染物排放标准(GB13217-2001),计算出
SO2的脱硫效率要达到:
≧78﹪
(4)方案初步设计
先用二级除尘系统除尘(一级预除尘用旋风除尘器、二级用袋式除尘器),再用旋流板塔氧化镁法脱硫。
注:
考虑到压损过大对除尘器的不利阻碍和对操作的要求高,作为一级预除尘除尘要求不高,因此,确信旋风除尘器型号时要求阻力不大于900Pa。
除尘系统的论证选择
预除尘设备的论证选择
烟气的预除尘设备一样选用重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、多管旋风除尘器和喷淋洗涤塔等。
它们大体性能如表2—1示。
表2—1除尘设备的大体性能
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各类除尘器设备费、耗钢量及能耗量指标
除尘器名称
所占空间体积[m3/(1000m3/h)]
存储设备费(比值)
耗钢量[kg/(m3/h)]
能耗量(Kj/m3)
重力沉降室
20~40
惯性除尘器
~
~
~
旋风除尘器
约
~
~
~
多管旋风除尘器
~
~
~
表2—3
除尘器名称
除尘作用力
最佳粒径/μm
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,旋风除尘器治理、制作方便,体积小、价钱廉价,因此,选用旋风除尘器作为二级除尘系统中的预除尘。
旋风除尘器的工作原理、应用及特点
旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心力将尘粒从合尘气流中分离出来的除尘装置。
它具有结构简单,体积较小,不需特殊的附属设备,造价较低.阻力中等,器内无运动部件,操作维修方便等优势。
旋风除尘器一样用于捕集5-15微米以上的颗粒.除尘效率可达80%以上,最近几年来经改良后的特制旋风除尘器.其除尘效率可达95%以上。
旋风除尘器的缺点是捕集微粒小于5微米的效率不高.
旋风除尘器内气流与尘粒的运动概况:
旋转气流的绝大部分沿器壁自圆简体,呈螺旋状由上向下向圆锥体底部运动,形成下降的外旋含尘气流,在强烈旋转过程中所产生的离心力将密度远远大于气体的尘粒甩向器壁,尘粒一旦与器壁接触,便失去惯性力而靠入口速度的动量和自身的重力沿壁面下落进入集灰斗。
旋转下降的气流在到达圆锥体底部后.沿除尘器的轴心部位转而向上.形成上升的内旋气流,并由除尘器的排气管排出。
自进气口流人的另一小部分气流,则向旋风除尘器顶盖处流动,然后沿排气管外侧向下流动,当达到排气管下端时,即反转向上随上升的中心气流一同从诽气管排出,分散在其中的尘粒也随同被带走。
旋风除尘器的结构设计及选用
一、尺寸计算
(1)烟气处置量:
Q=47951(m3/h)
(2)初步选用XLP/B型旋风除尘器,处置烟气量大,将选用10个并联
,取ξ=
每一个烟气处置量47951/10=(m3/h)
u=(2△P/ρξ)=(2×900/(×))=s
在那个地址取u=16m/s
△P=876﹤900
入口面积A=Q/u=16/3600=
依照XLP/B型旋风除尘器尺寸比例
入口宽度b=(A/2)=
筒体直径D==
参考XLP/B型旋风除尘器产品系列①,取D=700mm,那么是XLP/型号
参数见表2—4
表2—4
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
XLP/B
700
3080
475
785
993
889
470
391
210
246
420
456
420
456
114
146
XLP/B型旋风除尘器外形尺寸
(3)选型论证
a×b=m2
u=Q/A=m/s
△P=ξu2ρ/2=
因为采纳的是并联,因此要乘一个压力系数转变×=859Pa﹤900Pa符合要求。
XLP/B型旋风除尘器的分割粒径、分级效率和总效率的计算
bc50=(μD/(ρp-ρ)u=6(μm)
表2—5
平均粒径/μm
3
15
25
35
45
55
>60
粒径分布/%
3
20
15
20
16
10
6
3
7
分级效率/%
94
100
总效率/%
通过预除尘后(一级处置),烟尘浓度是6534×(﹪)=2144mg/m3
二级除尘的效率将要达到:
(2144-200)/2144=﹪
二级除尘设备的论证选择
在选择除尘技术时,应充分考虑经济性、靠得住性、适用性和社会性等方面的阻碍。
除尘技术的确信受到本地条件、现场条件、燃烧煤种特性、排放标准和需要达到的除尘效率等多种因素的阻碍。
针对目前环保要求、污染物排放费用的征收情形和静电除尘器和布袋除尘器在性能上的不同和在各行各业应用的实际情形,对两种除尘器在实际应用中的大体性能做一个简单客观的对照。
1)除尘效率
布袋除尘器:
对人体有严峻阻碍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%以上,排放烟尘浓度能稳固低于50mg/Nm3,乃至可达10mg/Nm3以下,几乎实现零排放。
从目前电力行业燃煤锅炉应用的情形来看,布袋除尘器的排放能保证在30mg/Nm3以下。
呼和浩特电厂两台200MW机组的锅炉烟气净化采纳了布袋除尘器,从CEMS系统长期自动监测的结果和权威检测单位的测试人员人工采样测试的结果来看,排放浓度均低于27mg/Nm3。
电除尘器:
随着国家环保标准的进一步提高和愈来愈多的电厂燃用低硫煤(或通过了高效脱硫),比电阻大,即便达标也变得愈来愈困难。
而布袋除尘器的过滤机理决定了它不受燃烧煤种物化性能转变的阻碍,具有稳固的除尘效率。
针对目前国家环保的排放标准和排放费用的征收方法,布袋除尘器所带来的经济效益是显而易见的。
2)系统转变对除尘器的阻碍
燃煤电厂的煤种相对稳固,但也不能幸免碰到煤种或煤质发生转变的时候;锅炉系统是一个常常变更和调剂的系统,因此从锅炉中出来的烟气物化性能、烟尘浓度、温度等参数也不能保证不发生转变。
这一系列的转变,针对不同的除尘器会引发明显不同的转变。
下面从要紧的几个方面进行对照:
(1)送、引风机风量不变,锅炉出口烟尘浓度转变
①除尘器:
烟尘浓度的转变只引发布袋除尘器滤袋负荷的转变,从而致使清灰频率改变(自动调剂)。
烟尘浓度高滤袋上的积灰速度快,相应的清灰频率高,反之清灰频率低,而对排放浓度可不能引发转变。
②对静电除尘器:
烟尘浓度的转变直接阻碍粉尘的荷电量,因此也直接阻碍了静电除尘器的除尘效率,最终反映在排放浓度的转变上。
通常烟尘浓度增加除尘效率提高,排放浓度会相应增加;烟尘浓度减小除尘效率降低,排放浓度会相应降低。
(2)锅炉烟尘量不变,送、引风机风量转变
①对布袋除尘器:
由于风量的转变直接引发过滤风速的转变,从而引发设备阻力的转变,而对除尘效率大体没有阻碍。
风量加大设备阻力加大,引风机出力增加;反之引风机出力减小。
②对静电除尘器:
风量的转变对设备没有什么太大阻碍,可是静电除尘器的除尘效率随风量的转变超级明显。
假设风量增大,静电除尘器电场风速提高,粉尘在电场中的停留时刻缩短,尽管电场中风扰动增强了荷电粉尘的有效驱进速度,可是这不足以抵偿高风速引发的粉尘在电场中驻留时刻缩短和二次扬尘加重所带来的负面阻碍,因此除尘效率降低超级明显;反之,除尘效率有所增加,但增加幅度不大。
(3)温度的转变
①对布袋除尘器:
烟气温度太低,结露可能会引发“糊袋”和壳体侵蚀,烟气温度太精湛过滤料许诺温度易“烧袋”而损坏滤袋。
可是若是温度的转变是在滤料的经受温度范围内,就可不能阻碍除尘效率。
引发不良后果的温度是在极端温度(事故/不正常状态)下,因此关于布袋除尘器就必需设有对极限温度操纵的有效爱惜方法。
②对静电除尘器:
烟气温度太低,结露就会引发壳体侵蚀或高压爬电,可是对除尘效率是有益处的;烟气温度升高,粉尘比电阻升高无益于除尘。
因此烟气温度直接阻碍除尘效率,且阻碍较为明显。
(4)烟气物化成份(或燃烧煤种)转变
①对布袋除尘器:
烟气的物化成份对布袋除尘器的除尘效率没有阻碍。
可是若是烟气中含有对所有滤料都有侵蚀破坏的成份时就会直接阻碍滤料的利用寿命。
②对静电除尘器:
烟气物化成份直接引发粉尘比电阻的转变,从而阻碍除尘效率,而且阻碍专门大。
阻碍最为直接的是烟气中硫氧化物的含量,通常硫氧气化物的含量越高,粉尘比电阻越低,粉尘越容易捕集,除尘效率就高;反之,除尘效率就低。
另外烟尘中的化学成份(如硅、铝、钾、钠等含量)的转变也将引发除尘效率的明显转变。
(5)气流散布
①对布袋除尘器:
除尘效率与气流散布没有直接关系,即气流散布不阻碍除尘效率。
但除尘器内部局部气流散布应尽可能均匀,不能误差太大,不然会由于局部负荷不均或射流磨损造成局部破袋,阻碍除尘器滤袋的正常利用寿命。
②对静电除尘器:
静电除尘器超级灵敏电场中的气流散布,气流散布的好坏直接阻碍除尘效率的高低。
在静电除尘器性能评判中,气流散布的均方根指数一般是评判一台静电除尘器的好坏的重要指标之一。
(6)空气预热器及系统管道漏风
①对布袋除尘器:
关于耐氧性能差的滤料会阻碍布袋寿命,比如:
RYTON滤料,可是除尘效率不受阻碍。
由于混入冷风系统风量增加致使系统阻力增加。
②对静电除尘器:
设备阻力无明显转变,可是系统风量增加提高了电场风速对除尘效率有阻碍。
3)运行与治理
(1)运行与治理
①对布袋除尘器:
运行稳固,操纵简单,没有高电压设备,平安性好,对除尘效率的干扰因素少,排放稳固。
由于滤袋是布袋除尘器的核心部件,是布袋除尘器的心脏,且相对照较脆弱、易损,因此设备治理要求严格。
②对静电除尘器:
运行中对除尘效率的干扰因素多,排放不稳固;操纵相对较为复杂,高压设备平安防护要求高。
由于静电除尘器均为钢结构,不易损坏,相关于布袋除尘器,设备治理要求不很严格。
(2)停机和启动
①对布袋除尘器:
方便,但长期停运时需要做好滤袋的爱惜工作。
②对静电除尘器:
方便,可随时停机。
(3)检修与保护
①对布袋除尘器:
可实现不断机检修,即在线维修。
②对静电除尘器:
检修时必然要停机
4)设备投资
(1)关于常规的烟气条件和粉尘(主若是指比较适合静电除尘器的烟气),两种除尘器排放浓度要达到目前较低的环保要求(如150mg/m3)初期投资布袋除尘器比静电除尘器约高20-35%左右
(2)关于低硫高比电阻粉尘、高SIO2、AL2O3类不适合静电除尘器捕集的粉尘,两种除尘器要达到目前较低的环保要求(如150mg/m3)初期投资静电除尘器和布袋除尘器相当或静电除尘器投资高些。
(3)通常条件下达到相同的除尘效率或说达到相同的排放浓度,静电除尘器的投资通常要比布袋除尘器的投资高。
以呼和浩特电厂200MW机级为例:
布袋除尘器:
每台机组的除尘器投资<2000万元,保证排放浓度<50mg/Nm3以下。
对静电除尘器:
按四电场,比集尘面积130m2/m3/S计算。
达标250mg/Nm3,每台除法器投资约2500万元。
5)运行保护费用
(1)运行能耗
对布袋除尘器:
风性能耗大,清灰能耗小。
对静电除尘器:
风性能耗小,电场能耗大。
可是,整体来讲两种除尘器的电耗相当。
关于静电除尘器难以捕集的粉尘,或说当静电除尘器的电场数量超过4电场时,静电除尘器的能耗比布袋除尘器的要高,也确实是说现在的静电除尘器运行费用要比布袋除尘器高。
若是依照即将出台的新环保标准,静电除尘器若是做抵达标话,必然是采纳4电场以上的静电除尘器,其电耗也就必然比布袋除尘器高。
(2)保护费用
布袋除尘器的保护检修费用主若是滤袋改换费,从目前实际运行情形来看,一次滤袋的改换费用只需要年排污费比静电除尘器的少缴部份就能够够抵偿。
静电除尘器的保护维修费用主若是对阳极板、阴极线和振打锤等的改换等。
此项费用较高,但年限比较长,约6年左右。
(3)经济效益分析
实际运行中布袋除尘器的排放浓度约是静电除尘器的10%,因此,电厂采纳布袋除尘器实际交缴的排污费也为静电除尘器排污费的1/10左右。
若是依照目前国家征收排污费的情形来看,采纳布袋除尘器后每炉/
每一年的排污费少缴部份是相当可观的,至少上百万到几百万元。
依照以前达标即不需要交纳排污费的话,采纳布袋除尘器就能够够免交排污费。
另外,布袋除尘器有约5%左右的脱硫效率;这一样能够减少二氧化硫的排污费。
总之,新的环保标准出台以后,静电除尘器要想做抵达标排放,就必需采纳4电场以上的除尘器。
现在静电除尘器的初期投资已经比布袋除尘器高,同时4电场以上的静电除尘器(或4电场的高比积尘面积)运行电耗要比布袋除尘器的高很多。
因此在新的环保要求下,静电除尘器即便达标,其初期投资和运行费用都比布袋除尘器高。
另外,静电除尘器的排放浓度老是在布袋除尘器的10倍左右,目前新的排污费制度下,即便达标了也要对排放粉尘量进行收费,因此两种除尘器即便达标以后,静电除尘器又比布袋除尘器多支出了一笔费用。
因此,布袋除尘器必将成为工业粉尘操纵的首选设备。
表2—6布袋除尘器与电除尘器的比较表
比较的内容
名称
布袋除尘器
静电除尘器
烟气特性的影响
烟气的温度
敏感,决不能超温
对效率有影响
压力影响
极小影响
小
湿度
不利,不能超过极限
有利,但要防腐蚀
氧,硫氧化物
影响滤料的选择
有利
烟气的其它成分
几乎没影响
几乎没影响
流量对效率影响
不大
对效率影响较大
含尘浓度
效率稳定,影响寿命
效率有一定变化
气流均布
不敏感,效率稳定
对效率影响较大
粉尘的粒径分布
影响小,效率稳定
对效率影响较大
真密度、堆积密度
影响极小
比电阻值大时影响较大
粘附性
不利
有一定影响
比电阻
无影响,效率稳定
对效率影响大
粉尘的化学成分
影响滤料的选择
对效率影响大
粉尘硬度
影响滤袋寿命
几乎没影响
设备结构的影响
各种形式都效率高
对效率有一定影响
运行及机组起停的影响
影响较大,要求
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