大气污染控制工程课程设计任务书鼓风机房的设计.doc

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1、大气污染控制工程课程设计任务书1.设计题目 SG-660/140型火电厂锅炉中硫烟煤烟气电除尘湿式脱硫系统设计2.设计原始资料锅炉型号：SG-660/140 即，东方锅炉厂制造，蒸发量660t/h，出口蒸汽压力140MPa燃烧方式是沸腾炉，所配发电机组功率200MW设计耗煤量：68t/h；设计煤成分：CY=62.5% HY=4% OY=3% NY=1% SY=1.5% AY=18% WY=10%；VY15；属于中硫烟煤排烟温度：160空气过剩系数1.2飞灰率35 烟气在锅炉出口前阻力1150Pa污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管

2、道假设长度500m，90弯头60个。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4张A3图，并包括系统流程图一张。目录前言2第1章 耗煤量计算31.1煤质分析 31.2煤的热值分析 31.3耗煤量的计算 3

3、第2章 烟气排放要求52.1锅炉大气污染物排放标准 52.2锅炉烟囱高度应根据锅炉房总设计确定 52.3燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值 52.4燃煤锅炉二氧化硫和氮氧化物最高允许排放浓度 6第3章 烟气量计算73.1标准状态下烟气体积、二氧化硫及粉尘浓度 73.2排烟温度下烟气体积、二氧化硫及粉尘浓度 73.3除尘效率与SO2的去除率 8第4章 电除尘器的选型计算94.1除尘方案 94.2除尘器主要参数的确定 94.3确定主要部件结构形式 94.4各部尺寸计算10第5章 脱硫系统设计 135.1脱硫的分类135.2湿式脱硫的反应机理135.3填料塔的设计计算14第6章 烟囱设计 176

4、.1烟囱截面积176.2烟囱直径176.3烟气热释放率176.4烟气抬升高度186.5烟囱高度186.6烟囱阻力损失186.7校核地面最大浓度19第7章 管道设计以及阻力计算 207.1管道设计207.2系统阻力的计算20第8章 风机的选择 228.1风量的计算228.2风压的计算22课程设计心得24参考文献25前言当前，我国大气污染状况十分严重，主要呈现为煤烟型污染特征。城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染保持在较高水平。随着我国经济的快速发展，煤炭消耗量不断增加，SO2的排放量也日趋增多，造成SO2污染和酸雨的严重危害。酸雨使得森林枯萎，土壤和湖泊酸化，植被破坏，粮食、蔬菜

5、和水果减产，金属和建筑材料被腐蚀。空气中的SO2也严重地影响人们的身心健康，它还可形成硫酸酸雾，危害更大。为了实现酸雨和SO2污染控制目标，要加快国产脱硫技术和设备的研究、开发、推广和应用。因此研究开发适合我国国情的烟气脱硫技术和装置，吸收消化国外先进的脱硫技术是当前的迫切任务。目前世界各地用于烟气除尘的方法有旋风除尘器，袋式除尘器，以及电除尘器等。用于烟气脱硫的方法，主要有石灰石/石灰洗涤法，双碱法，韦尔曼洛德法，氧化法及氨法等。这些方法大致可分为两类：一类为干法，即采用粉状或粒状吸收剂，吸附剂或催化剂来脱除烟气中的二氧化硫；另一类为湿法，即采用液体吸收剂洗涤烟气，以及吸收烟气中的二氧化硫。

6、本课程设计就是以SG-660/140型燃煤锅炉为对象，对其烟气进行电除尘湿式脱硫处理的工艺选型、设计计算、管道布置、图纸绘制等等。 第1章 耗煤量计算1.1煤质分析根据煤的工业分析数据计算发热量，中国煤炭科学研究院提出如下发热量计算式褐煤： 单位(KJ/Kg)烟煤： 单位(KJ/Kg)无烟煤： 单位(KJ/Kg)式中：f、w、a、v 分别为煤中固定碳、水分、灰分及挥发分的质量分数； K常数，其值与煤的粘结性、挥发分有关，可参照下表选用。 各类煤的K值V (%)202030304040粘结序数45454545K43004600460051004800520050505500常数，当V (%)3.

7、5时，=1300；当V (%)3.5时，=1000；高位发热量与低位发热量之差；=2.97（100-w-a）+6w；V (%)18时；=2.16（100-w-a）+6w；V (%)时；1.2煤的热值分析设计煤成分：CY=62.5%、HY=4%、OY=3%、NY=1%、SY=1.5%、AY=18% WY=10% 、VY15；属于中硫烟煤则： 取K=4300煤1.3耗煤量的计算取锅炉的热效率为70%设计中采取105给水温度情况下的锅炉额定蒸发量为660t/h故水蒸气的物质的量为：(1) 105的过热H2O(l)变为105的过饱和H2O(g)焓变为:式中：水的摩尔蒸发焓，查手册得40.414KJ/m

8、ol(2) 105的过饱和H2O（g）变为400过饱和的H2O(g)焓变为：因为出口蒸汽压140MPa时，查水蒸气压力与温度关系表分析可得对应的温度为400。 经过分析可得，锅炉燃煤过程产生蒸气的热量衡算关系式如下：式中：m一个小时的耗煤量，单位t； 锅炉的热效率，查化工设计手册得，DG-120/39锅炉的热效率为70%。即: 所以实际煤耗m=86.74t/h第2章 烟气排放要求2.1锅炉大气污染物排放标准当地大气质量执行锅炉大气污染物排放标准“GB13271-2001”中的二级标准。本标准按锅炉建成使用年限分为两个阶段，执行不同的大气污染物排放标准：时段：2000年12月31日前建成使用的锅

9、炉。时段：2001年1月1日起建成使用的锅炉（含在时段立项未建成或未运行使用的锅炉、建成使用锅炉中需要扩建、改建的锅炉）见表1。表1 燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值锅炉类别适用区域烟尘排放浓度（）烟气黑度（林格曼黑度，级）时段时段燃煤锅炉自然通风锅炉（）一类区100801二、三类区150120其他锅炉一类区100801二类区250200三类区3502502.2锅炉烟囱高度应根据锅炉房总设计确定新建锅炉烟囱周围半径200m的距离内有建筑物时，烟囱高度应高出最高建筑物3m以上，达不到此要求时，锅炉烟尘排放浓度限值及黑度按“GB13271-2001”中的二类区域的浓度标准执行。烟囱的高度由锅

10、炉蒸发量确定见表2。表2 锅炉房烟尘最低允许高度锅炉房装机总容 量MW0.70.71.41.42.82.8771414281122441010202040烟囱最低允许高度 m202530354045注：燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）2.3燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值根据锅炉锅炉销售出厂时间按表3的时间段规定执行。表3 燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值锅炉类别燃煤到基灰分（%）烟尘初始烟尘排放浓度（）烟气黑度（林格曼黑度，级）时段时段层燃锅炉自然通风锅炉（0.7MW(1t/h)）/1501201其他锅炉（2.8MW（4t/h）Aar25%180016001Aar25%20001

11、800其他锅炉（2.8MW(4t/h)）Aar25%200018001Aar25%22002000沸腾锅炉循环硫化床锅炉/15000150001其他沸腾锅炉/2000018000抛煤机锅炉/5000500012.4燃煤锅炉二氧化硫和氮氧化物最高允许排放浓度锅炉类型适用区域SO2排放浓度(mg/m3)NOx排放浓度(mg/m3)I时段II时段I时段II时段燃煤锅炉全部区域1200900/第3章 烟气量计算3.1标准状态下烟气体积、二氧化硫及粉尘浓度 以1kg煤完全燃烧计算，则：质量/g物质的量/mol理论需氧量/mol烟气量/molC62552.08352.08352.083H40201020O

12、300.9375-0.93750N100.71400.357S150.4690.4690.469W1005.55605.556由上表可得燃煤1kg的理论需氧量为：煤 假设干空气中氮和氧的摩尔比为3.78，则1kg煤的完全燃烧所需要的理论空气量：煤实际空气量：煤煤烟气量为：煤3.2排烟温度下烟气体积、二氧化硫及粉尘浓度 因排烟温度为160，即。1.实际烟气体积：由得：煤 2.烟气中SO2的质量：煤 3.烟气中SO2的浓度： 4. 已知飞灰率为35%，则粉尘浓度：5.已知火电厂锅炉设计耗煤量为86.74t/h，则每小时产烟量： 3.3除尘效率与SO2的去除率1.粉尘的去除率：按锅炉烟尘排放标准中二

13、类区域规定的浓度限额取值计算，即为2002. SO2的去除率：按锅炉烟尘排放标准中二类区域规定的浓度限额取值计算，即为900。第4章 电除尘器的选型计算4.1除尘方案设计选用单区电除尘器，即粒子的补集和荷电是在同一区域进行。收尘极和放电极也在同一个区域。单区电除尘器按结构类型可分为立式和卧式电除尘器。立式电除尘器中气流式自上而下垂直运动，一般用于烟气量比较小，除尘效率不太高的场合，立式电除尘器较高，气流通常直接排入大气，所以在正压下进行，其优点是占地面积小。卧式电除尘器内的气流沿水平方向流动，优点是可以按照不同的除尘效率要求，任意的加长电场长度和电场个数，能分段供电，适合负压操作并且引风机的寿

14、命较长。本次设计烟气量。因卧式电除尘器灵活方便，可根据需要进行必要的调整，故此次采用卧式电除尘器。按清灰方式可分为干式和湿式。干式清灰式通过冲击振动来剥离电击伤的粉尘，收集的粉尘是干燥的，便于综合利用。湿式清灰式用水冲洗电极，一般只在易爆气体净化或烟气温度过高，有泥浆处理设备设备时才使用。此次设计选用干式清灰。按电极形状可分为板式、管式和棒式电除尘器。板式电除尘器的收尘极呈板状，为了减少粉尘的二次飞扬和增加极板的刚度，通常将极板扎制成不同的凹凸槽型。管式电除尘器的收尘极是由一根或一组截面呈圆形、六角形或方形的管子构成，放电极位于管子中心，通常用于去除气体中的液滴。棒式电除尘器的收尘极使用直径为

15、8mm钢筋变成棒帏状，他结实，耐腐蚀，不易变形，但自重大，耗钢材多。本次设计选用板式电除尘器。按电极大小分为常规电除尘器和宽间距电除尘器。同极距在400mm以上的成为宽间距电除尘器，它的本体结构与常规的没有根本区别。单间距加大，供电机组电压的提高，有效电场强度大，板电流密度均匀，趋近速度提高，有利于净化高比阻粉尘，故本次设计选用宽间距的电除尘器。注意：当气体含尘浓度超过30时，宜加设预净化设备。本次气体含尘浓度为3g所以不需要预净化装置，只需电除尘器。4.2除尘器主要参数的确定1. 气流速度（）2. 设定板间距S=250（） 极板采用C型板，紧固型悬挂方式 3. 设定线间距250mm 极线采用

16、长管状芒刺线（起晕电压15KV） 4. 驱进速度（）5. 电场强度 E=50000V/m 6. 电压 U=70KV 4.3确定主要部件结构形式1. 采用卧式电除尘器 2. 设计为单室m=1 3. 电场数 n=44. 振打方式：挠臂锤机械振打 5. 进出气烟箱：(1) 进气方式：前部中心进气 (2) 气流分布：在进气烟箱内设置开孔率为50%气流均布 板和导流板 (3) 槽形极板：在出气烟箱内设置槽形极板 6. 灰斗：设置四棱台型灰斗4.4各部尺寸计算1. 集尘面积式中k=1.0()2. 初定电场断面积3. 极板的有效高度4.极板的有效宽度5.通道数6.反算极板的宽度7.验算实际断面积8.验算电场

17、风速 合格9.单电场长度10.电压和电流11.柱间距除尘器内壁宽度(取)沿气流方向上的柱间距与气流垂直方向的柱间距12.进气烟箱 进气烟箱采用水平进气方式，并设置导流板和开孔率为的气流均布板，取进口烟气流速为，进气烟箱进口的截面积将圆整为32进气烟箱的进口截面形状为的矩形，底板斜度为进气烟箱长13.出气烟箱出气烟箱采用水平出气方式，并设置槽型极板，取各出气烟箱小端截面底板与水平夹角为，出气烟箱长 14.灰斗采用船形灰斗，沿气流方向设4个灰斗，灰斗上口取，灰斗下口取，底部卸灰阀高度取，灰斗壁与水平夹角为，灰斗高为。15.理论捕集效率 符合设计要求。16.电除尘器总体外形尺寸除尘器总长=进气烟箱长

18、+柱距长电场数+出气烟箱长除尘器总宽=2走台宽度+室数柱间宽除尘器总高=极板有效高度+灰斗高度+顶部大梁高度+底部遮拦高度+底部卸灰阀高度第5章 脱硫系统设计5.1脱硫的分类控制燃煤污染技术可分为四类：煤燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后烟气脱硫以及煤转化过程中脱硫。这四类脱硫技术中，燃烧后烟气脱硫被认为是控制 污染最行之有效的途径，也是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫技术。迄今，世界各国研究开发的烟气脱硫技术多达200 余种，其中有的还处于实验室研究阶段，真正能应用于工业生产的不超过20 种。按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫技术可分为湿法、半干法和干法三类工艺。目前石灰石/石

19、灰湿法脱硫技术和循环流化床烟气脱硫技术为世界主流脱硫技术。石灰石/石灰湿法脱硫技术是目前世界上应用最广泛的烟气脱硫技术，超过80 %使用的是该技术。该技术原理简单，脱硫效率和吸收剂利用率高，适应性强，其缺点是系统复杂庞大、投资高、操作维护工作量大和占地面积大。5.2湿式脱硫的反应机理该法以石灰为脱硫吸收剂，通过向吸收塔内喷入含亚硫酸钙和硫酸钙的石灰浆液，使之与烟气充分接触并混合，从而对烟气进行洗涤，使得烟气中的 与浆液中的碱性物质以及鼓入的强制氧化空气发生化学反应，最后生成石膏，从而达到脱出 的目的。其特点是脱硫效率高(大于95 %)，吸收剂利用率高(大于90 %)，设备运转率高，使用广泛。其

20、中主要化学反应为：1.进入液相并离解：(aq)+ +2.石灰的溶解CaO(s)+ (s) (aq) 3. 在水中的离解： +2溶液中和，以及和的化合：+ = 2+ 2+ 在脱硫初始阶段首先生成，随着脱硫过程的进行，溶液中浓度逐渐减少，pH降低。当溶液中的耗尽时，继续进入液相的与 反应生成亚硫酸氢钙:+2+2 脱硫液初始pH=911时，溶液中有、和，4种生成物共存。随着脱硫液初始pH的升高，浓度逐渐减少，当初始pH=11时，脱硫终点pH=6.3，此时无存在。和浓度逐渐增大，表明随着脱硫液初始pH的升高，化学反应速率加快。 5.3填料塔的设计计算1.塔径的计算: 式中： 气体的体积流量()； u空

21、塔速度()； 塔径()。设计中取空塔速度为 设计中取D=232.填料层高度计算: 式中： 气相传质单元高度，可取1.5-1.8； 气相传质单元数,取3.0 填料层高度，。 考虑到适应操作条件波动留有调节控制的余地，因此应该进行修正。 3.喷淋密度: 式中： 塔顶喷淋剂量；截面积。设塔顶喷淋剂量为600， 其，满足最小喷淋密度的要求4.填料层阻力（应用阻力系数法）: 式中： 填料层压降，； 阻力系数，取10； 填料层高度，； 空塔气速，； 气体密度，5.填料塔总高：首先由标准经验值规定吸收液质量浓度一般为10%-15%，本设计取13%。液气比通常为，本设计取15，反应时间通常为，考虑到反应的稳定

22、性取3，填料塔内流速通常为，本设计取5由反应时间可知： 式中： 填料塔总高，； 塔内流速，取5； 取3。盖顶考虑排气部分定为，出口液体部分取，则实际填料塔高高度为： 6.物料衡算：由液气比为15，则供应吸收液量为： 式中： 液气比；根据标准经验值钙硫比在之间取，本设计取则新鲜吸收液供应量为： 式中： 耗煤量； 石灰浆分子量，取74； 钙硫比，取； 每千克煤所含二氧化硫量。需水量：式中： 浓度，为，取=12%。 第6章 烟囱设计 锅炉的蒸发量为660t/h，污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中类区新建排污项目执行，可以假定烟囱的高度为50。6.1烟囱截面积 式中： S烟囱截面积，m2；QV烟气

23、流量，m3/s；v 排气筒烟气流速宜取20-30，设计中取30代入数据得：6.2烟囱直径 式中： D 烟囱直径，m；S烟囱截面积，m2。取烟囱直径为3.8m，校核流速v得： 6.3烟气热释放率式中： 烟气热释放率，kW；烟气流量，m3/s；大气压力，取本地1000hpa烟囱出口处的烟气温度，273+160=433K环境大气温度，293K代入数据得：6.4烟气抬升高度 当2100KW，时， 其中设计中取烟囱出口处的平均风速为7，则计算出烟气抬升高度 6.5烟囱高度 式中： H 烟囱的有效高度设为50 m； H烟气抬升高度m； HS烟气几何高度m；6.6烟囱阻力损失烟囱亦采用钢管，其阻力可按下式计

24、算： 式中：摩擦阻力系数，无量纲；管内烟气平均流速，；烟气密度，；管道长度，m,为500m；管道直径，m；工作状态下的烟气密度：已知钢管的摩擦系数为0.02，所以烟囱的阻力损失为： 6.7校核地面最大浓度 式中： 取值，取0.8；根据国家地面最小许浓度为，因此烟囱高度为50m。第7章 管道设计以及阻力计算7.1管道设计 管道采用薄皮钢管，管内烟气流速为，采用四条钢管输送烟气，则管道直径D为： 式中： 锅炉出口的烟气流量； 烟气流速，煤粉、焦炭粉粒等管道烟气最低流速为 查环境工程设计手册，管壁厚度取 则采用管径为,管壁厚度为的钢板制风管7.2系统阻力的计算1.沿程阻力损失取，对于圆管 2.局部阻

25、力损失 弯头， 共50个弯头，则 除尘器阻力选5000Pa，脱硫设备阻力选1500Pa；3.系统阻力损失 总损失包括烟气在锅炉出口前阻力、烟囱阻力损失、电除尘器阻力损失、喷雾干燥法脱硫阻力损失、管道的沿程和局部阻力损失。 设计中取14000。第8章 风机的选择8.1风量的计算8.2风压的计算式中： 通风机风压，； 管道系统的总阻力损失，； 安全系数，取0.15-0.2 ； 通风机性能表中给出空气密度，1.2 运行工况下进入风机时的气体密度，1.34。 结合风机全压及送风量，选用型离心引风机，其性能参数见表3。表3 型离心引风机性能参数机号功率转速流量全压6C18.528508020151293

26、3642452电机的效率 式中；Ne电机功率，kW；Q0风机的总风量，m3/h；-通风机全压效率，一般取0.50.7；-机械传动效率，对于直联传动为0.95；电动机备用系数，对引风机，=1.3；代入数据得：课程设计心得通过这次大气污染控制工程的课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。并且让我进一步巩固了所学的知识，使所学知识系统化、整体化。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，经过进一步学习后，才得到了加深。参考

27、文献1姜凤有主编.工业除尘设备设计、制作、安装与管理.北京：冶金工业出版社， 20072毛建雄，毛健全，赵树明.煤的清洁燃烧.北京：科学出版社，19983郝吉明，马广大，王书肖.大气污染控制工程第三版.北京：高等教育出版社，20104丁崇功，窦广孝.工业锅炉设备.北京：机械工业出版社，20055张殿印主编.除尘工程设计手册. 北京：化学工业出版社，20036季学李，姜宁.空气污染控制工程.北京：化学工业出版社，20057何争光编著.大气污染控制工程及应用实例.北京：化学工业出版社，20048周兴求，叶代启主编.环保设备设计手册大气污染控制设备，北京：化学工业出版社，20039罗辉主编.环保设备设计与应用. 北京：高等教育出版社，200310赵毅，李守信.有害气体控制工程.北京：化学工业出版社，200111魏先勋.环境工程设计手册.北京：湖南科学技术出版社，199912李峰等主编.石灰湿式洗涤法脱硫的应用研究.环境污染治理技术与设备，200113童志权主编.工业废气净化与利用.北京：化学工业出版社，2003