某燃煤采暖锅炉烟气除尘系统设计毕业论文.doc

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1、废气处理实施设计与运行课程设计报告某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计 目 录 第一章 总论21.1概述21.2设计任务书21.2.1设计题目：某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计21.2.2课程设计的目的21.2.3设计原始资料31.2.4设计内容和要求51.3设计依据和原则7第二章 除尘工艺流程确定72.1方案确定与论证72.2工艺流程描述8a、烟气脱硫除尘工艺流程8第三章 主要及辅助设备设计与选型103.1烟气量、烟气和二氧化硫浓度的计算103.1.1标准状态下理论空气量103.1.2标准状态下理论烟气量103.1.3标准状态下实际烟气量113.1.4标准状态下烟气含尘浓度113.1.5标准状态

2、下烟气中二氧化硫浓度的计算123.2 除尘器的选择123.3确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的分布153.3.1各装置及管道布置的原则153.3.2管径确定163.4烟囱的设计163.4.1烟囱高度的确定163.4.2烟囱直径的计算163.5系统中烟气温度的变化183.5.1烟气在管道内的温度降183.5.2烟气在烟囱中的温度降193.6系统阻力的计算193.6.1摩擦压力损失193.6.2局部压力损失203.7风机和电动机选择及计算203.7.1风机风量的计算203.7.2风机风压的计算21第四章 设备及布置图224.1设备一览表224.2净化处理设施的总平面 剖面布置22参考文献23致谢

3、24设计小结25附录26 第一章 总论 1.1概述随着经济和社会的发展，燃煤锅炉排放的二氧化硫严重地污染了我们赖以生存的环境。由于中国燃料结构以煤为主的特点，致使中国目前大气污染仍以煤烟型污染为主，其中尘和酸雨危害最大，且污染程度还在加剧。因此，控制燃煤烟尘的SO2对改善大气污染状况至关重要。高温气体净化主要包括脱硫和除尘两部分，此外还须脱除HCI、HF和碱金属蒸汽等有害杂质。在常规工艺中，脱硫和除尘作为独立的单元操作分别在各自的装置中完成。而在脱硫除尘一体化工艺过程中，将脱硫和除尘两个单元操作结合起来，即在一个操作单元中既达到除尘的目的又满足脱硫的要求。脱硫除尘一体化操作可以简化工艺流程，节

4、约设备投资。因而，研究开发适合于我国燃煤锅炉烟气脱硫除尘一体化设备具有重要的使用价值。 目前烟气脱硫除尘一体化装置主要是通过工艺改造和设备优化组合来实现脱硫除尘的目的，很少有人来通过改良脱硫除尘剂的配方来实现这一目的。假如能够在现有的成熟的高效率脱硫工艺的基础上，在投资成本和运营成本都不高的情况下，通过一些工艺的改良和脱硫药剂的改善来提高其除尘效率，使得该脱硫除尘一体化装置既有良好的脱硫效果，又能获得较高的除尘效率。这种技术的研制和开发一定会有很好的推广价值，产生良好的社会效益和经济效益。1.2设计任务书1.2.1设计题目：某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计1.2.2课程设计的目的 性质：废气污

5、染控制工程课程设计是废气污染控制工程课程的重要实践性环节，是环境工程专业学生在校期间第一次较全面的废气污染控制设计能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。任务与目的：通过本课程学习，掌握废气处理设施设计与运行课程各基本原理和基本设计方法的应用，培养环境工程专业学生解决实际问题的能力。结合前续课程废气处理设施设计与运行的内容，本课程内容为，运用各种污染物的不同控制、转化、净化原理和设计方法，进行除尘、除硫、脱氮等废气污染控制工程设计，使学生在废气污染控制工程方面得到工程训练。a通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用废气污染控制设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和

6、解决废气污染控制设计问题的能力。b学习废气污染控制设计的一般方法、步骤，掌握废气污染控制设计的一般规律。c进行废气污染控制设计基本技能的训练：例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范。d培养学生理论联系实际、科学、严谨、求实的工作作风，踏实苦干、勇于创新的敬业精神。通过课程设计进一步消化和巩固专业课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培 养学生确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。1.2.3设计原始资料锅炉型号：GWWG2.8-95/70-型，共

7、4台（SZL413型，共四台（2.8MW4）设计耗煤量：728kg/h（台）600kg/h（台）排烟温度：190（160）烟气密度（标准状态下）：1.34kg/m3空气过剩系数：=1.4排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：16%烟气在锅炉出口前阻力：800Pa当地大气压力：97.86KPa冬季室外空气温度：1空气含水（标准状态下）按0.01293kg/m3烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值：CY=68% HY=4% SY=1% OY=5%NY=1% WY=6% AY=15% VY=13%按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准标准执行。表1 -1锅炉烟尘最高允许排放浓度

8、和烟气黑度限值锅炉类别适用区域烟尘排放浓度（mg/m3)烟气黑度 （林格曼黑度，级）时段时段燃 煤 锅 炉自然通风锅炉 （8)除尘器出水pH为5左右。采用碱性水作为补充水并起中和作用,一般能使循环水呈中性(pH=68),可减少尾部系统的酸性腐蚀,同时除尘器的脱硫效率可提高到80%(见表2)。但这种方法需要大量的碱液(以35t/h锅炉为例,需碱液量为7t/d)。脱硫装置按其结构不同分喷淋塔式、水浴式、文丘里式及水膜式等。但基本上都由喷射装置、罐(塔)体、旋流板、灰水池、清水池、循环泵及管路系统等部分组成(如图1)。脱硫装置的折算阻力一般300 Pa以下, 根据国家标准规定,除尘器的折算阻力必须小

9、于1 200 Pa,因此在多管除尘器后加装脱硫装置时,首先应对多管除尘器的阻力进行测试,如多管除尘器的阻力小于900 Pa,则可直接串联脱硫装置;如果多管除尘的阻力大于900 Pa,串联脱硫装置后,整个除尘、脱硫系统的总阻力就有可能大于1 200 Pa,原锅炉配套引风机就不能满足正常运行要求,使锅炉易产生正压燃烧,这时只需在原有型号的基础上将引风机的电机功率加大一号,即可满足锅炉运行要求。其次,在脱硫改造时,可根据锅炉除尘室的实际情况,灵活布置脱硫装置,该装置既可安装在多管除尘器与引风机之间(负压段),也可安装在引风机之后(正压段)。安装在负压段的优点是:因脱硫装置进一步去除了烟气中的粉尘,可

10、减轻粉尘对引风机叶轮的磨擦,延长风机使用寿命。安装在正压段的优点为:可避免因脱硫装置脱水不良,引起的风机及烟道腐蚀。两者均有利弊。另外,由于组合式除尘脱硫系统先由多管除尘器去除了大部分粉尘,脱硫装置所需的灰水沉淀池,比其他湿式除尘器的灰水沉淀池小得多,耗水量也比其他湿式除尘器小。因此这种除尘脱硫系统既适合于场地窄小的锅炉房的脱硫改造。也适合新建锅炉房的除尘脱硫。2.2工艺流程描述a、烟气脱硫除尘工艺流程锅炉烟气由引风机抽出，首先进入文丘里喉管，与雾化的循环脱硫液接触进行降温以吸收长雾滴，从脱硫吸收塔下部切线方向进入旋流塔内，再与水膜接触降温吸收，烟气与脱硫液再次接的是烟气通过旋流板上一定角度的

11、缝隙时所产生的旋流来切割连续的碱性水，使水分散成雾滴与烟气充分接触，液滴中的碱性物质与烟气中的二氧化硫起化学反应，把二氧化硫的生成物由气入液相，完成除尘脱硫过程，含有大量烟气的脱硫液流入塔底液封池，自流出塔进入沉淀池，经过沉降池沉降，清液由循环池被送到旋流塔内循环吸收，经旋流板除尘脱硫之后烟气继续上升进入板，分离下雾滴，再进入除雾塔，经引风机排人烟囱。图3 脱硫除尘工艺流程图 脱硫装置内壁以铸石衬里和防腐涂料作耐温耐磨防腐处理,延长了设备的使用寿命。脱硫装置所用吸收(洗涤)液为碱性液体,在脱硫器内捕集灰尘、吸收SO2后,排入灰水池,经沉淀后循环使用。b、烟气脱硫除尘基本原理由于脱硫除尘一体化，

12、脱硫除尘同时进行，既有化学反应，又有物理过程。湿式烟气脱硫常采用的方法是吸收法。用水或水溶液作吸收剂吸收烟气中SO2的方法称为湿法脱硫。湿式脱硫的主要作用一般有两个：一是水对SO2的物理吸收，即SO2溶于水，这是一个可逆过程，其脱硫效果受到最大溶解度的限制；二是化学吸收，烟气中的SO2与水中碱性物质发生中和反应。其反应机理如湿式脱硫主要依靠脱硫剂对烟气中的SO2的化学吸收。c、湿式除尘脱硫的废水处理对于文丘里湿式除尘脱硫塔的废水采用循环处理工艺,即将除尘脱硫后的废水经二级混凝沉淀分离,除去大部分有机物和尘粒,过滤后的清水泵入塔内循环回用,文丘里出口排水pH值在6以上,尾部系统酸性腐蚀明显减轻,

13、且灰管不结垢。该套装置改造后已正常运行一年,脱硫率维持6070%。冲击式除尘脱硫塔的废水也循环使用,当废水中沉淀较多时,排入沉淀池沉淀,澄清后的水泵入塔内继续使用。为了防止脱硫废水对设备的酸性腐蚀,塔内涂防酸防碱防腐涂料,且须经常向水中投加碱性脱硫剂,或将冲灰渣后的碱性水泵入塔内使用第三章 主要及辅助设备设计与选型3.1烟气量、烟气和二氧化硫浓度的计算 3.1.1标准状态下理论空气量 式中分别为煤中各元素所含的质量分数。已知：，；代入公式得： 3.1.2标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.39） 式中标准状态下理论空气量，； 煤中水分所占质量分数，%； N元素在煤中所占质量分数，%。已知：

14、， ；代入公式得 ： 3.1.3标准状态下实际烟气量 式中空气过量系数； 标准状态下理论烟气量，； 标准状态下理论空气量，。已知：，；代入公式得： 又因为：标准状态下烟气量以计，因此， 所以：已知，设计耗煤量得则标准状态下总烟气流量 3.1.4标准状态下烟气含尘浓度 式中排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数； 煤中不可燃成分的含量； 标准状态下实际烟气量，。已知：， ；代入公式得： 3.1.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 式中煤中可燃硫的质量分数； 标准状态下燃煤产生的实际烟气量， 。已知：，；代入公式得： 3.2 除尘器的选择 a.除尘器应达到的除尘效率 式中标准状态下烟气的含尘浓度，

15、； 标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，。已知：,，；代入公式得： b.除尘器的选择 工况下烟气流量 式中标况下烟气量； 工况下烟气温度； 标况下烟气温度，273K。已知：，；代入公式得： 根据烟的粒径分布和种类、工况下的烟气量、烟气温度计要达到的除尘效率确定除尘器的种类、型号及规格。确定除尘器的运行参数，如气流速度、压力损失、捕集粉尘量等。表2-1 常用除尘器的性能比较除尘器名称适用的粒径范围/效率/%阻力/Pa设备费运行费重力沉降室50595988001200中中.冲击式除尘器59510001600中中上文丘里除尘器0.519098400010000少大电除尘器0.51909850130大

16、中上袋式除尘器0.51959910001500中上大表2-2湿式除尘装置的性能和操作范围装置名称气体流速/m.s-1液气比/L.m-3压力损失/Pa分割直径/喷淋塔0.12231005003.0填料塔0.5123100025001.0旋风洗涤器15450.51.5120015001.0转筒洗涤器3507500.7250015000.2冲击式洗涤器1020105001500.2文丘里洗涤器60900.31.5300080000.1 根据上表以及计算的数据我选择SCX型文丘里湿式除尘器。SCX系列高效脱硫除尘器主要适用从1-90t工业锅炉及各种炉窑的脱硫除尘。采用双碱法处理工艺，选用新颖的防堵型喷

17、淋装置和合理的喷淋距离、接触时间。在脱硫效率、除尘效率、循环水利用率、系统阻力、水气比、烟气含湿量等各项指标均达到国家标准。脱硫除尘工艺流程喷淋室工作过程 含一定温度（约200）SO2气体和烟尘颗粒进入脱硫除尘器喷淋室后，防堵型喷嘴产生雾状喷雾与烟气同向运动充分接触吸收，接触时间1-2s，喷淋距离为1.2-1.5m。根据烟气进口速度，设计进口截面达到最佳速度。由于烟气温度较高，混合气体呈蒸汽状，使水气膨胀接触吸收，d10d的烟尘颗粒因重力加速度作用大部分进入底部循环水中，随溢流口进入中间沉淀池，在除尘的同时也吸收SO2和，此室脱硫除尘效率达到70%-80%左右。漩流室工作过程 从喷淋室到漩流室

18、，首先有一个降速过程，当SO2气体和烟尘从喷淋室到漩流室产生漩涡，SO2气体进一步进行液相与气相吸收反应。漩流室的压强低于外界压强，有利于湿润烟气，减少了水蒸气的产生。此室脱硫除尘效率达到20%左右。脱水室工作过程 烟气从漩流室进入脱水室时，经过脱水装置，使烟气流速恢复到一定速度，使烟气中的水气与顶部的栅板撞击成水珠，而减少烟气中的脱除在烟气流向出口处时，其雷诺数，烟气呈湍流状态。烟气的水分，在高速旋转过程中，由于离心力作用而脱离烟气。SO2气体在脱水室中进一步被吸收。 表2-3 SCX系列除尘器性能参数型号处理烟气量/m3.h-1适用锅炉/t.h-1进水压力/MPa外形尺寸（长.宽.高)/m

19、m质量/tSCX-3300010.22600160013507.5SCX-6600020.228001800160011SCX-121200040.236002200195015.5SCX-20200006.50.240002400235021SCX-3030000100.2547002600285027SCX-606000200.364003600375048SCX-909000300.369004000450063SCX-115115000350.470004400495071SCX-195195000650.4860046005800126SCX-225225000750.4900050

20、006200135SCX-270270000900.41040056007400150注a.当烟气量270000时，采用并流式处理，即可达到540000。 b.喷淋接触时间t=1-2s,喷淋最佳距离s=1.2-1.5m。 表2-4SCX-12型高效脱硫除尘器产品性能规格型号配套锅炉容量/ t/h处理烟气量/ m3/h除尘效率/ %排烟黑度设备阻力/Pa脱硫效率/%质量kgSCX-12412000981级林格曼黑度8001400851550表2-5SCX-12型高效脱硫除尘器外形结构尺寸长/mm宽/mm高/mm360022001950 根据烟的粒径分布和种类、工况下的烟气量、烟气温度计要达到的除

21、尘效率确定除尘器的种类、型号及规格。确定除尘器的运行参数，如气流速度、压力损失、捕集粉尘量等。3.3确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的分布3.3.1各装置及管道布置的原则 根据锅炉运行情况和锅炉房现场的实际情况确定各装置的位置。一旦确定了各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了。对各装置及管道的布置应力求简单，紧凑，管路短，占地面积小，并使安装、操作和检修方便。3.3.2管径确定 式中工况下管内烟气流量，； 烟气流速，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘 ）。已知：，取；代入公式得： 圆整得，可算得实际烟气流速 表2-6圆整并选取风道外径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm50010

22、.75管径计算以后，要进行圆整（查手册），再用圆整后的管径计算出流速。实际烟气流速要符合要求。3.4烟囱的设计3.4.1烟囱高度的确定首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量（），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（表2-4）确定烟囱的高度。表2-7锅炉烟囱高度表锅炉总额定出力/()12266101020263535烟囱最低高度/m202530354045 锅炉房总容量:44=16(t/h) 故选定的烟囱高度为40m3.4.2烟囱直径的计算 a. 烟囱出口内径可按下式计算 式中通过烟囱的总烟气量，； 按表2-5选取的烟囱出口烟气量，。已知：，取，代入公式得；烟囱出口内径 b. 烟囱底部直

23、径 式中烟囱出口直径，；H烟囱高度，；烟囱锥度，通常取=0.020.03。已知：，取，代入公式得； ，圆整的表2-8烟囱出口烟气流速（）通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风102045自然通风6102.53 c.烟囱的抽力 式中烟囱高度，m； 外界空气温度，； 烟囱内烟气平均温度，； 当地大气压，Pa。已知, , ,Pa；则Pa3.5系统中烟气温度的变化 当沿气管道较长时，必须考虑烟气温度的降低。除尘器、风机、烟囱的烟气流量应按各点的温度计算。3.5.1烟气在管道内的温度降 （）式中标准状态下烟气流量，； 管道散热面积，； 标准状态下烟气平均热容（一般为1.3521.357）； 管道单位面

24、积散热损失。室内室外已知：，取，而室内两段：L10.68m,D1=0.6m;L2=1.4m,D2=0.5m；室外：墙到除尘器进口管道距离：L3=3.29m，直径计D3=0.5m；除尘器到风机的管道距离：L4=4.2m，直径计D4=0.5m；风机到烟道入口的管道距离：L5=2.2m，直径计D50.5m；烟道入口到烟囱底部的烟道距离：L6=12.79m，F=0.64m2；则，。风机进口前温度降风机前温度到达烟囱入口温度将因此到达烟囱入口烟气温度3.5.2烟气在烟囱中的温度降 （）式中烟囱高度，m； 合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，； 温降系数，可由表3查得。表2-9烟囱温降系数烟囱种类钢烟囱

25、（无衬筒）钢烟囱（有衬筒）砖烟囱，50m(壁厚小于0.5m)砖烟囱（壁厚大于0.5m)A20.80.40.2根据锅炉型号可知D=16t/h；选择砖烟囱壁厚小于0.5m，取0.3m；因H=40,A0.4，由上公式可得，而烟囱得进气温度为：142.79，那么烟囱的出口温度为142.79-4=138.793.6系统阻力的计算3.6.1摩擦压力损失 对于圆筒 （Pa）式中L管道长度，； d管道直径，； 烟气密度，； 管中气流平均速率，； 摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度的函数，可以查手册得到（实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌和混凝土管道值可取0.04）已知：管道长，,则代入上面公式

26、有Pa3.6.2局部压力损失 （Pa)式中异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过实验获得； 与相对应的断面平均气流速率，； 烟气密度，。已知：90弯头1.1；30Z形管0.16；天圆地方分别为：0.19与0.13；T形三通：合流管0.78；分流管0.55；v=13.76m/s, =1.34kg/m3代入上面公式有p=369.14Pa有50.59Pa369.14Pa1400Pa1819.73Pa3.7风机和电动机选择及计算3.7.1风机风量的计算 式中1.1风量备用系数； 标准状态下风机前表态下风量，； 风机当前烟气温度，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟； 当地大气压，kPa。已知；

27、代入上述公式得3.7.2风机风压的计算 （Pa)式中 1.2风压备用系数； 系数总阻力，Pa； 烟囱抽力，Pa； 风机前烟气温度； 风机性能表中给出的试验用气体温度，； 标准状况下烟气密度，1.34/已知：Pa，Pa，,查得代入上式 Pa计算出风机风量和风机风压后，可按风机产品样本给出的性能曲线或表选择所需风机的型号。由上面计算出风机风量Q y和风机风压H y，所选风机的型号如下表：名称型号风压范围mmH2O风量范围m3/h功率范围Kw锅炉离心通风机JCL-4040187890181001.57.5 电动机功率的计算 （kW）式中风机风量，； 风机风压，Pa； 风机在全压头时的效率（一般风机为

28、0.6，高效风机约为0.9） 机械传动效率，当风机与电机直联传动时=1，用联轴器连接时=0.98，用V形带传动时=0.95 电动机备用系数，对引风机，=1.3已知：， Pa，代入上式得Kw根据计算得的电动机的功率，传动方式选择电动机型号为：Y-J132M-4-H型电动机第四章 设备及布置图4.1设备一览表文丘里型号外型尺度/mm入口尺度/mm出口尺度/mm设备质量/kg入口气体温度/除尘效率/%额定风量/m3/hWCG-1.02100860370058086085013069810000风机型号转速/（r/min）流量/（m3/h）全压/Pa有效功率/kW全压效率介质温度/0CJCL-4017

29、506000-72001745-16857.588.8%200电动机型号Y-J132M-4-H转速/（r/min）1750功率/kW7.5传送皮带B226134.2净化处理设施的总平面 剖面布置图41图42 锅炉烟气除尘系统立面图参考文献 郝吉明，马广大主编，大气污染控制工程。北京：高等教育出版社，2002. 钢铁企业采暖通风设计手册,北京：冶金工业出版社，2000. 同济大学等编。锅炉及锅炉房设备,北京中国建筑出版社，1986. 航天部第七研究设计院编.工业锅炉房设计手册.北京中国建筑出版社，1986. 陆耀庆主编，供暖通风设计手册，北京中国建筑出版社，1987 风机样本，各类风机生产厂家

30、工业锅炉旋风除尘器指南. 1984 李广超，傅梅绮主编，大气污染控制技术，北京，化学工业出版社，2004 鹿政理主编，环境保护设备选用手册-大气污染控制设备，北京，化学工业出版社，2002设计小结 设计小结我一直都对这样的课程设计比较感兴趣,主要是能够对我所感兴趣的事物进行研究,这对于正处在比较压抑的期末考试的气氛中无疑是一种非常奇妙的感觉,就如同泥中莲花,有不染凡俗之感。 我的课程设计是某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计。就是针对某燃煤采暖锅炉房排出大量烟尘及有害气体对周围环境和居民健康造成危害的情况来设计烟气除尘系统。通过前几个学期的理论学习，现在真正动手设计起来还是莫不找头脑，便与小组成员

31、探讨研究，尽管内容可能有些相同，但是我还是想坚持自己道路，我有自己的选择。 通过这个课程设计巩固大气污染控制工程所学内容，使所学的知识系统化，了解了工程设计的内容、方法及步骤、通过亲自动手查阅大量的参考书目和数据资料，了解了许多燃煤采暖锅炉房烟气除尘设计的类型及其各自采用的设计数据，使自己具备编写设计说明书的初步能力。通过画高程图复习了机械制图即工程制图的基本要求，通过画平面图熟悉了计算机绘图的基本操作，对工程设计的流程有了一个全面的认识，当然在设计过程中也遇到了很多问题，比如对于工具书的使用不熟练，有些参数甚至不会查，这主要是平时不对工具书进行钻研，对工具书接触少的结果，鉴于现在学生的特点，希望老师能在以后大气课程讲授的过程中突出工具书的使用，因为作为工科学生这些都是必要的。附录a.除尘器入口管道连接附图1 除尘器入口管道连接示意图b.风机入口管道连接附图2 风机入口管道连接示意图c. T型三通管 附图3 T型三通管示意图