环境工程大气课程设计

目录1设计任务........................................................11.1设计题目...................................................11.2设计原始数据...............................................11.3设计内容及要求.............................................12设计计算........................................................22.1燃煤锅炉烟气量、烟尘及二氧化硫的浓度计算....................22.1.1理论空气量............................................22.1.2理论烟气量............................................32.1.3实际烟气量............................................32.1.4烟气含尘浓度..........................................32.1.5二氧化硫浓度..........................................42.2除尘设备的设计与计算.......................................42.2.1袋式除尘器的概念......................................42.2.2袋式除尘器的工作原理..................................42.2.3袋式除尘器的滤料......................................52.2.4袋式除尘器的清灰方式..................................62.2.5袋式除尘器的选择和计算................................72.3脱硫设备的设计与计算.......................................92.3.1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理...................92.3.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程..............102.3.3吸收塔内流量计算.....................................112.3.4吸收塔径计算.........................................112.3.5吸收塔高度计算.......................................112.4烟囱设计计算..............................................132.4.1烟气释放热计算.......................................132.4.2烟囱直径的计算.......................................142.4.3烟气抬升高度计算.....................................142.4.4烟囱的几何高度计算...................................152.4.5烟囱阻力计算.........................................152.4.6烟囱高度校核.........................................162.5管道系统设计计算..........................................172.5.1管径的计算...........................................172.5.2摩擦阻力损失计算.....................................172.5.4系统总阻力计算.......................................182.6通风机、电动机的选择......................................193结束语.........................................................204参考文献.......................................................215附图...........................................................21第1页1设计任务1.1设计题目SHF20-25型锅炉中硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计1.2设计原始数据锅炉型号：SHF20-25即，双锅筒横置式沸腾炉，蒸发量20t/h，出口蒸汽压力25MPa设计耗煤量：2.4t/h设计煤成分：CY=62.5%，HY=4%，OY=3%，NY=1%，SY=1.5%，AY=20%WY=8%；YV＝15％；属于中硫烟煤排烟温度：160C空气过剩系数＝1.2飞灰率＝35％烟气在锅炉出口前阻力800Pa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道假设长度150m，90°弯头30个。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。第2页（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A4图，并包括系统流程图一张。2设计计算2.1燃煤锅炉烟气量、烟尘及二氧化硫的浓度计算2.1.1理论空气量以1kg中硫烟煤燃烧为基础，则：质量/g物质的量/mol(分子）理论需氧量/molC62552.0852.08H402010O300.94—N100.36—S150.470.47灰分200——OH2804.44—第3页所以理论需氧量为：mol/kg61.6194.047.01008.52Q1假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78，则1kg中硫煤完全燃烧所需要的理论空气量为：mol/kg05.294)178.3(61.61)178.3(QQ122.1.2理论烟气量mol/kg88.30978.361.6144.447.02008.52Q32.1.3实际烟气量空气过剩系数2.1时，实际烟气量为：mol/kg78.3682.050.29488.3092.0QQQ234即/kgm26.810004.2278.3683烟气流量Q应以/hm3计，设实际耗煤量为m=2400kg，所以标况下实际烟气量：/hm19824240026.8mQQ342.1.4烟气含尘浓度烟气含尘浓度：334mg/m3630g/m63.326.820015.0QAVC式中：V—飞灰率A—灰分4Q—标准状态下实际烟气量，m3/kg。第4页2.1.5二氧化硫浓度3341mg/m3650g/m65.3Q47.064C2.2除尘设备的设计与计算2.2.1袋式除尘器的概念过滤式除尘器，又称为空气过滤器，是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置，采用滤纸或玻璃纤维等填充层作滤料的空气过滤器，主要用于通风及空气调节方面的气体净化。袋式除尘器是采用纤维织物做滤料的过滤式除尘器，在工业尾气的除尘方面应用较广[1]。袋式除尘器的除尘效率一般可达99%以上。虽然它是最古老的除尘方法之一，但由于它效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。同时，在结构形式、滤料、清灰方式和运行方式等方面也都得到了不断的发展。滤袋形状传统上为圆形，后来又出现了扁形，扁袋在相同过滤面积下体积更小，具有较好的应用价值[1]。2.2.2袋式除尘器的工作原理含尘气流从下部孔板进入圆筒形滤袋内，在通过了滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体由排出口排出。沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中，常用滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成，滤料本身网孔较大，孔径一般为20~50μm，表面起绒的滤料为5~10μm，因而新鲜滤料的除尘效率较低。颗粒因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，逐渐在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉尘初层。初层形成后，它成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率。滤布只不过起着形成粉尘初层和支撑它的骨架作用，但随着颗粒在滤袋上积聚，滤袋两侧的压力差增大，会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降。另外，若除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，影响生产系统的排风效果。因此，除尘第5页器阻力达到一定的数值之后，要及时清灰。清灰不能过分，即不应破坏粉尘初层，否则会引起除尘效率显著降低。对于粒径0.1~0.5μm的粒子清灰后滤料的除尘效率在90%以下；对于1μm以上的粒子，效率在98%以上。当形成颗粒层后，对所有的粒子的效率都在95%以上，对于1μm以上的粒子效率都高于99.6%。另一个影响袋式除尘器效率的因素是过滤速度。它定义为烟气实际体积流量与滤布面积之比，也称为气布比。其大小直接影响到袋式除尘器的一次性投资、运行费用、除尘效率等。过滤速度太高会造成压力损失过大，降低除尘效率，使滤袋堵塞以至快速损坏。但是，提高过滤速度可以减少过滤面积，以较小的设备来处理同样流量的气体。过滤速度小会提高除尘效率，延长滤袋使用寿命，但会造成除尘器过于庞大，一次性投资加大。它与粉尘性质、气体含尘浓度、滤袋材质和清灰方式等因素有关。一般若含尘浓度高、粉尘颗粒小，过滤速度应取小值，反之则取高值。2.2.3袋式除尘器的滤料滤料是组成袋式除尘器的核心部分，其性能对袋式除尘器操作有很大的影响。选择滤料时必须考虑含尘气体的特征，如颗粒和气体的性质（温度、湿度、粒径和含尘浓度等）。性能良好的滤料应容量大、吸湿性小、效率高、阻力低，使用寿命长，同时具备耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。滤料特征除与纤维本身的性质有关外，还与滤料表面结构有很大关系。表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适于含尘浓度低、黏性大的粉尘，采用的过滤速度不宜过高。表面起绒的滤料容尘量大，颗粒能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但必须及时清灰。袋式除尘器的滤料种类较多。按滤料材质分，有天然纤维、无机纤维和合成纤维等；按滤料结构分，有滤布和毛毡两类。棉毛织物属天然纤维，价格较低，适用于净化没有腐蚀性、温度在350~360K以下的含尘气体。无机纤维滤料主要指玻璃纤维滤料，具有过滤性能好、阻力低、化学稳定性好、价格便宜等优点。用硅酮树脂处理玻璃纤维滤料能提高其耐磨性、疏水性和柔软性，还可以使其表面光滑易于清灰，可在523K以下长期使用。玻璃纤维较脆，经不起揉折和摩擦，第6页使用上有一定的局限性。尼龙织布的最高使用温度可达368K，耐酸性不如毛织物，但耐磨性好。奥纶的耐酸性好，耐磨性差，使用温度答423K。涤纶的耐热、耐酸性能较好，耐磨性也仅次于尼龙，可长期在413K下使用，涤纶绒布在我国是性能较好的一种滤料。2.2.4袋式除尘器的清灰方式（1）机械振动清灰：机械振打式清灰式最早出现的清灰方式，它的结构一般是使用某些装置来对滤袋的框架结构进行振打或摇晃，通过滤袋的振动来达到清落灰尘的目的。这种清灰方式结构非常简单，甚至人工都可以完成，一般高频率振动清灰和机械振打比较常见，机械