大气污染控制工程环1001陆滢.docx
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大气污染控制工程环1001陆滢
长春建筑学院
大气污染控制工程课程设计
题目700t/h(耗煤量)燃煤锅炉烟气的除尘脱硫
工艺设计
姓名:
陆滢
专业:
环境工程
班级学号:
45号
指导教师:
魏宏艳
日期:
2013年6月10日-21日
刖言
1.设计任务书1
2.设计方案的选择确定2
3.除尘系统的论证选择2
3.1旋风除尘器的结构设计及选用4
3.2预除尘设备的论证选择5
3.3旋风除尘器的工作原理、应用及特点6
3.4旋风除尘器的结构设计及选用6
3.5旋风除尘器分割粒径、分级效率和总效率的计算7
3.6二级除尘设备的论证选择7
3.7袋式除尘器的选择14
4.锅炉烟气脱硫工艺的论证选择及喷淋塔的计算,..15
5.烟囱的设计及计算21
6.管道计算23
7.阻力计算24
8.风机及泵的选择26
9.设计结果综合评价27
主要参考文献
本次课程设计的题目是用煤量700t/年燃煤锅炉烟气脱硫除尘装置的设计。
主要涉及内容包括根据锅炉生产能力,燃煤量,煤质等数据计算烟气量,烟尘浓度和S02浓度;根据排放标准论证除尘系统和确定旋风除尘器型号,并计算旋风除尘器各部分的尺寸;根据粉尘粒径分布数据计算所设计旋风除尘器的分割粒径,分级效率和总效率;确定二级除尘设备型号,计算设备主要尺寸;计
算除尘系统的总除尘效率及粉尘排放浓度,并对烟气脱硫工艺进行论证选择•
陆滢700t/h
(耗煤量)燃煤锅炉烟气的除尘脱硫工艺设计
1大气污染工程设计任务书
1.1课程设计题目
3台700吨/年燃高硫无烟煤锅炉房烟气脱除尘硫系统设计
1.2设计原始材料
1、.煤的工业分析如下表(质量比,含N量不计):
低位发热量
(KJ/Kg)
C
H
S
i
1O
灰分
水分
23090
62%
4.0%
1
5.0%
4.0%
15.0%
8.0%
2、锅炉型号:
SHS35-39型
3、锅炉热效率:
76%
4、空气过剩系数:
1.3
5、水的蒸发热:
2560.5KJ/Kg
&烟尘的排放因子:
29%
7、烟气温度:
180C
8、烟气密度:
1.21kg/m3
9、烟气粘度:
2.4x106pa•s
3
10、尘粒密度:
2150kg/m
11、烟气其他性质按空气计算
12、烟气中烟尘颗粒粒径分布:
标准状态下烟尘浓度排放标准:
w200mg/m;标准状态下SO排放标准:
w900mg/m。
1.3设计内容及要求
1、根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量,烟尘和二氧化硫浓度。
2、净化系统设计方案的分析,包括净化设备的工作原理及特点;运行参数的选择与设计;净
化效率的影响因素等。
3、除尘设备结构设计计算
4、脱硫设备结构设计计算
5、烟囱设计计算
6、管道系统设计,阻力计算,风机电机的选择
7、根据计算结果绘制设计图,系统图要标出设备、管件编号、并附明细表;除尘系统、脱硫
设备平面、剖面布置图若干张,以解释清楚为宜,最少3张A2图,并包括系统流程图一张。
2.设计方案的选择确定
2.1除尘系统的论证选择
设1kg燃煤时
燃料成分名称
可燃成分含量/g
1
可燃成分的量[理论需氧
量
废气中组分
/mol
/mol
■
i/mol
:
:
C
i620
D
51.67
51.67
:
51.67
H
40
20
10
20
S
:
50
■
:
1.5625
1.5625
:
1.5625
O
■
i40
i-1.25
!
水
!
80
■
4.4
灰分
1
]150
理论需氧量:
51.67+62.56X0.79/0.21=297.9(mol/kg)
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900P&
3.1除尘系统的论证选择
3.1.1预除尘设备的论证选择
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
1
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i
:
表2—2各种除尘器设备费、耗钢量及能耗量指标
1除尘器名称
Ii
;
所占空间体积
:
m3/(1000m3/h):
存储设备费(比
值)
耗钢量i
1
1
>
[kg/(m3/h):
能耗量(Kj/m3)
■
1
:
重力沉降室
20~40
1.0
:
1
1
:
1
-
I惯性除尘器
1j
0.7~1.2
3.0~6.0
0.15~0.3
1
1
1
:
1
1
1
旋风除尘器
约1.75
1.0~4.0
0.05~0.1
0.8~1.6
-
1
1多管旋风除尘
11
i器i
3.9
2.5~5.0
0.07~0.15
1
!
1.6~4.0
1
>
表2—3各种除尘器的比较
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。
3.1.1.1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,操作维修方便等优点。
旋风除尘器一般用于捕集5-15微米以上的颗粒•除尘效率可达80%以上,近年来经改进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。
3.1.1.2旋风除尘器的结构设计及选用
1、尺寸计算
(1)烟气处理量:
Q=3562(H7h)
(2)初步选用XLP/B型旋风除尘器,处理烟气量小,将选用1个,取E=5.8
u=(2△P/pE)0.5=(2X900/(1.21X5.8))0.5=16.02m/s
在这里取u=16m/s
△P=898<900
2
进口面积A=Q/u=3562/16/3600=0.062m
根据XLP/B型旋风除尘器尺寸比例
入口宽度b=(A/2)0.5=0.18m
入口高度h=(2A)0.5=0.36
筒体直径D=3.33b=0.6m
进口直径0.5D=0.3m
参考XLP/B型旋风除尘器产品系列①,取D=700mn则是XLP/B-7.0-Y型号
参数见表2—4
表2—4XLP/B型旋风除尘器外形尺寸
外形尺寸/mm
60
205
-7.0
(3)选型论证
2
aXb=0.0882mu=Q/A=11.2m/s
△P=Eu2p/2=780.2
△P=440Pa<900Pa
符合要求。
3.1.1.3XLP/B型旋风除尘器的分割粒径、分级效率和总效率的计算
表2—5XLP/B型旋风除尘器分级效率和总效率
1
!
~r~
!
平均粒径/卩m
0.4
2.5
5.5111
20
30
45
50
>60
i
!
LjL.^1
I
1
—'i
!
粒径分布/%
4
15
I17!
19
19
14
5
3
4|
:
i
分级效率/%
10.8
30.8
45.6161.3
75.2
83.6
90.4
91.8
94.0
总效率/%
f
r!
61.5%
经过预除尘后(一级处理),烟尘浓度是4843X(1-61.5%)=1864.6mg/m
二级除尘的效率将要达到:
(1864.6-200)/1864.6=89.3%
3.1.2二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、可靠性、适用性和社会性等方面的影响。
除尘技术的
确定受到当地条件、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影响。
针对目前环保要求、污染物排放费用的征收情况以及静电除尘器和布袋除尘器在性能上的差异和在各行各业应用的实际情况,对两种除尘器在实际应用中的基本性能做一个简单客观的对比。
1)除尘效率
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50mg/Nm,甚至可达10mg/Nrli以下,几乎实现零排放。
从目前电力行业燃煤锅炉应用的情况来看,布袋除尘器的排放能保证在30mg/Nm以下。
呼和浩特电厂两台200MW机组的锅炉烟气净化采用了布袋除尘器,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/Nn^
电除尘器:
随着国家环保标准的进一步提高和越来越多的电厂燃用低硫煤(或者经过了高效脱硫)
比电阻大,即使达标也变得越来越困难。
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变化的影响,具有稳定的除尘效率。
针对目前国家环保的排放标准和排放费用的征收办法,布袋除尘器所带来的经济效益是显而易
见的。
2)系统变化对除尘器的影响
燃煤电厂的煤种相对稳定,但也不能避免遇到煤种或煤质发生变化的时候;锅炉系统是一个经
常变动和调节的系统,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变化。
这一系列的变化,针对不同的除尘器会引起明显不同的变化。
下面从主要的几个方面进行对比:
(1)送、引风机风量不变,锅炉出口烟尘浓度变化
1除尘器:
烟尘浓度的变化只引起布袋除尘器滤袋负荷的变化,从而导致清灰频率改变(自动调节)。
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,而对排放浓度不会引起变化。
2对静电除尘器:
烟尘浓度的变化直接影响粉尘的荷电量,因此也直接影响了静电除尘器的除尘效率,最终反映在排放浓度的变化上。
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、引风机风量变化
1对布袋除尘器:
由于风量的变化直接引起过滤风速的变化,从而引起设备阻力的变化,而对除尘效率基本没有影响。
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:
风量的变化对设备没有什么太大影响,但是静电除尘器的除尘效率随风量的变化非常明显。
若
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间缩短,虽然电场中风扰动增强了荷电粉尘的有效驱进速度,但是这不足以抵偿高风速引起的粉尘在电场中驻留时间缩短和二次扬尘加剧所带来的负面影响,因此除尘效率降低非常明显;反之,除尘效率有所增加,但增加幅度不大。
(3)温度的变化
1对布袋除尘器:
烟气温度太低,结露可能会引起“糊袋”和壳体腐蚀,烟气温度太高超过滤料允许温度易“烧袋”而损坏滤袋。
但是如果温度的变化是在滤料的承受温度范围内,就不会影响除尘效率。
引起不
良后果的温度是在极端温度(事故/不正常状态)下,因此对于布袋除尘器就必须设有对极限温度控制的有效保护措施。
2对静电除尘器:
烟气温度太低,结露就会引起壳体腐蚀或高压爬电,但是对除尘效率是有好处的;烟气温度升高,粉尘比电阻升高不利于除尘。
因此烟气温度直接影响除尘效率,且影响较为明显。
(4)烟气物化成分(或燃烧煤种)变化
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影响。
但是如果烟气中含有对所有滤料都有腐蚀
陆滢700t/h(耗煤量)燃煤锅炉烟气的除尘脱硫工艺设计破坏的成分时就会直接影响滤料的使用寿命。
②对静电除尘器:
烟气物化成份直接引起粉尘比电阻的变化,从而影响除尘效率,而且影响很大。
影响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分(如硅、铝、钾、钠等含量)的变化也将引起除尘效率的明显变化。
(5)气流分布
①对布袋除尘器:
除尘效率与气流分布没有直接关系,即气流分布不影响除尘效率。
但除尘器内部局部气流分布应尽量均匀,不能偏差太大,否则会由于局部负荷不均或射流磨损造成局部破袋,影响除尘器滤袋的正常使用寿命。
②对静电除尘器:
静电除尘器非常敏感电场中的气流分布,气流分布的好坏直接影响除尘效率的高低。
在静电除尘器性能评价中,气流分布的均方根指数通常是评价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:
对于耐氧性能差的滤料会影响布袋寿命,比如:
RYTO滤料,但是除尘效率不受影响。
由于混
入冷风系统风量增加导致系统阻力增加。
2对静电除尘器:
设备阻力无明显变化,但是系统风量增加提高了电场风速对除尘效率有影响。
3)运行与管理
(1)运行与管理
1对布袋除尘器:
运行稳定,控制简单,没有高电压设备,安全性好,对除尘效率的干扰因素少,排放稳定。
由于滤袋是布袋除尘器的核心部件,是布袋除尘器的心脏,且相对比较脆弱、易损,因此设备管理
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,排放不稳定;控制相对较为复杂,高压设备安全防护要求高。
由于静电除尘器均为钢结构,不易损坏,相对于布袋除尘器,设备管理要求不很严格。
(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保护工作。
②对静电除尘器:
方便,可随时停机。
(3)检修与维护
1对布袋除尘器:
可实现不停机检修,即在线维修。
2对静电除尘器:
检修时一定要停机
4)设备投资
(1)对于常规的烟气条件和粉尘(主要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)对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者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200MV机级为例:
布袋除尘器:
每台机组的除尘器投资V2000万元,保证排放浓度v50mg/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)运行维护费用
(1)运行能耗
对布袋除尘器:
风机能耗大,清灰能耗小。
对静电除尘器:
风机能耗小,电场能耗大。
但是,总体来讲两种除尘器的电耗相当。
对于静电除尘器难以捕集的粉尘,或者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,也就是说此时的静电除尘器运行费用要比布袋除尘器高。
如果按照即将出台的新环保标准,静电除尘器要是做到达标话,必定是采用4电场以上的静除尘器,其电耗也就一定比布袋除尘器高。
2)维护费用
布袋除尘器的维护检修费用主要是滤袋更换费,从目前实际运行情况来看,一次滤袋的更换费用只需要1.5-2年排污费比静电除尘器的少缴部分就可以抵偿。
静电除尘器的维护维修费用主要是对阳极板、阴极线和振打锤等的更换等。
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,电厂采用布袋除尘器实际交
缴的排污费也为静电除尘器排污费的1/10左右。
如果按照目前国家征收排污费的情况来看,采用布袋除尘器后每炉/每年的排污费少缴部分是相当可观的,至少上百万到几百万元。
按照以前达标即不需要交纳排污费的话,采用布袋除尘器就可以免交排污费。
另外,布袋除尘器有约5%左右的
脱硫效率;这同样可以减少二氧化硫的排污费。
总之,新的环保标准出台以后,静电除尘器要想做到达标排放,就必须采用4电场以上的除尘器。
此时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(或者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,静电除尘器即使达标,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总是在布袋除尘器的10倍左右,目前新的排污费制度下,即使达标了也要对排放粉尘量进行收费,因此两种除尘器即使达标以后,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
控制的首选设备。
表2—6布袋除尘器与电除尘器的比较表
的影响
设备故障运行的对负荷率影响较大可维持运行,对负荷率影响
i影响较小
通过比较,选择袋式除尘器。
3.121袋式除尘器的工作原理、应用及特点
常用袋式除尘器有简易袋除尘器、机械振打袋式除尘器、脉冲喷吹袋式除尘器和气环式袋式除尘器。
(1)机械振打袋式除尘器:
是利用机械装置使滤袋产生振动而清灰的袋式除尘器。
此类除尘器的特点是施加于粉尘层的动能较少而次数较多,因此要求滤料薄而光滑,质地柔软,有利于传递振动,在过滤面上生成足够的振动力。
结构及工作原理中部振打袋式除尘器,又称ZX型袋式除尘器。
基本部件由滤袋、
箱体、灰斗、振打清灰装置、进出风管及螺旋输送机等部分组成。
含尘气体由灰斗上部进入,然后向上进入滤袋,粉尘积于滤袋内表面,净气经滤料由阀箱向外排出。
箱体由隔板分成相等滤袋数目的多个仓,袋底开口,并固定于底板的短管上,袋顶由帽盖封闭,并悬吊在振打机构的吊架上。
箱体的顶盖上装有阀箱及振打机构。
特点具有较高、稳定的除尘效率和较低的阻力,构造简单,滤袋装卸方便,维护
容易,应用范围较广,适用于常温气体的过滤。
(2)脉冲袋式除尘器
脉冲袋式除尘器有侧喷脉冲、顺喷脉冲、对喷脉冲、气箱脉冲、大型分室脉冲、旁插扁
袋脉冲、离线脉冲、环隙喷吹、回转清灰脉冲袋式除尘器等多种形式。
工作原理含尘空气进气口进入除尘箱,因气体突然扩张,流速骤然降低,颗料较粗的粉尘,
靠其自重力向下沉降,落入灰斗。
细小粉尘通过各种效应被吸附在滤袋外壁,经滤袋过滤后的净化空气,通过文氏管进入上箱体,从出气口排出,被吸附在滤袋外壁的粉尘,随着时间的增长,越积越厚,除尘器阻力逐渐上升,处理的气体量不断减少,为了使除尘器经常保持有效状态,设备阻力
稳定在一定的范围内,就需要清除吸附在滤袋外面的积灰。
消灰过程是由控制仪按规定要求对各个电磁脉冲阀发出指令,依次打开阀门,顺序向各组滤袋内喷吹高压空气。
于是,气包内压缩空气经由喷吹管的孔眼穿过文氏管进入滤袋(称为一次风)。
而当喷吹的高速气流通过文氏管一一引射器的一刹那,数位于一次的周围空气被诱导同时进入袋内
(称二次风)。
由于这一、二次风形成一股与过滤气流相反的强有力逆向气流射入袋内,使滤袋在一瞬间急剧从收缩一一膨胀一一收缩,以及气流反向作用,逐将吸附在袋壁外面的粉尘清除下来。
由于清灰时向袋内喷吹高压空气是在几组滤袋间依次进行的,并不切断需要处理的含尘空气。
所以
在清灰过程中,除尘器的压力损失和被处理的含尘气体量都几何不变。
这一点就是脉冲袋式除尘器
的先进性之一。
特点清灰方式作用强度很大,而且其强度和频率都可以调节,所以清灰效果好。
(3)气环式风袋式除尘器
含尘气体从上部进入顶部的分布室,均匀进入各个滤袋内,净化后的气体经排气管排出。
吸附在滤袋内壁的粉尘和纤维缝中的粉尘,被气环箱喷出的高速空气吹落,吹落的粉尘沉降到集灰斗中,经输送机械送走。
气环箱紧贴滤袋靠机械传动装置作周期性上下移动,每移动一次,即完成一
次清灰过程。
气环反吹袋式除尘器的主要特点:
适用于高湿度、咼浓度的含尘气体;可采用小型咼压鼓风机作为气源,过滤风速大,投资省,由于装在机体外部,所以维修管理方便;不需要高精度的控制仪表,造价较低。
主要缺点:
气环箱上下移动时紧贴滤袋,使滤袋磨损加快,故障率较高。
它们的性能比较见表2-7
表2—7袋式除尘器性能比较表
粒径/m
E1|jI
投资耗钢量其他(水、
:
■ii
尘器
注:
中净化——能够捕集大于101m的尘粒。
且其效率在90%以上者
细净化一一能够捕集大于11m的尘粒。
且其效率在90%以上者,当气体中的粉尘主要由较粗大颗粒组成且含尘浓度高时,可以满足二级净化要求。
综合比较,将选用脉冲式除尘器。
3.1.2.2袋式除尘器的结构设计及选型
选用袋式除尘器型号:
LCPM-384-24-2700
参数见下表
LCPM-384-24-2700C参数表
型号规格
滤袋
滤
分
过滤
过滤
处理风量
设备
设备
长度
1袋
室
面积
风速
(m3/h)
阻力
重
(mm)
数
数
m2
(m/s
(KPa)
(kg)
:
(条(个
)
LCPM64-4-2000
LCPM64-4-270
LCPM96-6-2000
LCPM96-6-270
LCPM128-8-2000
LCPM128-8-27
00
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- 大气污染 控制工程 1001 陆滢