大气污染控制工程环1001陆滢.docx
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1、大气污染控制工程课程设计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 目录 前言 1.设计任务书.12.设计方案的选择确定.23.除尘系统的论证选择.23.1 旋风除尘器的结构设计及选用.43.2 预除尘设备的论证选择. .53.3 旋风除尘器的工作原理、应用及特点.63.4 旋风除尘器的结构设计及选用.63.5 旋风除尘器分割粒径、分级效率和总效率的计算.73.6 二级除尘设备的论证选择.7 3.7 袋式除尘器的选择.144.
2、 锅炉烟气脱硫工艺的论证选择及喷淋塔的计算.,.155. 烟囱的设计及计算.216. 管道计算.237. 阻力计算.248. 风机及泵的选择.269. 设计结果综合评价.27 主要参考文献 前 言 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SO2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
3、行论证选择.- 3 -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)CHSO灰分水分2309062%4.0%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:1.35、水的蒸发热:2560.5KJ/Kg6、烟尘的排放因子:29%7、烟气温度:1808、烟气密度:1.21kg/m39、烟气粘度:2.4106 pas10、尘粒密度:2150kg/m311、烟气其他性质按空气计算12、烟气中烟尘颗粒粒径
4、分布:平均粒径/m0.42.55.5112030455060质量频率/%41517191914534 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。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
5、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可燃成分的量/mol理论需氧量/mol废气中组分/molCHSO水灰分6204050408015051.67201.562551.67101.5625-1.2551.67 20 1.5625 4.4 理论需氧量:51.67+62.560.79/0.21=297.9 (mol/kg)理论空气量: 61.98254.78=296.28 (mol/kg)在标准状态下的体积为:29
6、6.2822.410-3=6.64(m3/kg)烟气量:61.98253.78+51.67+20+1.5625+4.4=311.93mol/kg在标准状态下理论烟气体积:311.9322.410-3=6.99m3/kg在标准状态下实际烟气体积:6.99+6.64(1.3-1)=8.982 (m3)SO2的浓度:C=11133.4 mg/m3烟尘的浓度:C=4843 mg/m3在180时实际烟气量: Q=1187.2 m3/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),可以计算出 烟尘的除尘效率要达到:96(3) SO2 的脱硫效率计算按锅炉大气污染物排放标准(
7、GB13217-2001),计算出 SO2 的脱硫效率要达到:92(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),再用石灰石/石灰湿法脱硫。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。3.1 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21示。 表21 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501504060少少惯性除
8、尘器1005005070少少旋风除尘器40013007092少中多管旋风除尘器80015008095中中喷淋洗涤塔1003007595中中 表22 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/(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20401.0惯性除尘器0.71.23.06.00.150.3旋风除尘器约1.751.04.00.050.10.81.6多管旋风除尘器3.92.55.00.070.151.64.0 表23 各种除尘器的比较除尘器名称除尘作用力最佳粒径/m投资比较阻力Pa温度备注重力尘降室重力100低200100
9、050低4001200400除尘效率较低旋风除尘器离心力520中400200060粒径分布/41517191914534分级效率/10.830.845.661.375.283.690.491.894.0总效率/61.5经过预除尘后(一级处理),烟尘浓度是4843(1-61.5)=1864.6 mg/ m3二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
10、、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/Nm3,甚至可达10 mg/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况来看,布袋除尘器的排放能保证在30 mg/Nm3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
11、于27 mg/Nm3。 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
12、对比: (1)送、引风机风量不变,锅炉出口烟尘浓度变化除尘器: 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。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 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
13、加大设备阻力加大,引风机出力增加;反之引风机出力减小。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 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
14、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。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 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破坏的成分时就会直接影响滤料的使用寿命。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
15、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 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。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
16、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:RYTON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。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。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,
17、设备管理要求不很严格。 (2)停机和启动对布袋除尘器: 方便,但长期停运时需要做好滤袋的保护工作。对静电除尘器: 方便,可随时停机。(3)检修与维护对布袋除尘器: 可实现不停机检修,即在线维修。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
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