锅炉污染物治理系统设计

1.1设计目的通过课程设计进一步消化和巩固课程所学的内容，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的初步能力。通过设计，了解工程设计内容、方法及步骤，培养学生确定大气污染控制系统的系统方案，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设计任务运用所学的大气污染控制工程及相关知识对某一锅炉污染物治理系统进行设计。燃煤锅炉燃烧过程排放的烟气中含有大量的烟尘和二氧化硫，如不采取有效的治理措施，将会对周围大气环境及居民健康造成严重影响与危害。因此，本设计结合燃煤锅炉烟气排放特点，根据所提供的原始参数及资料，拟设计一套燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统。要求设计的净化系统效果好、操作方便、投资少，且严格按照锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准、烟尘浓度排放标准、二氧化碳排放标准进行设计计算。1.3设计内容和要求（1）计算烟气排放量及烟气中的各污染组分浓度。（2）污染治理工艺的选择（3）污染治理的设备主要参数及规格计算。（4）烟囱的排放口尺寸及高度。1.5工艺流程锅炉烟气由引风机抽出，首先含尘气体进入除尘器气体步室入口，通过导向器在旋风子内部旋转，气体在离心力的作用下，粉尘被分离。降落在集尘箱内，经锁气器排出。净化了的气体，形成上升的旋流。经排气管汇于汇风室，后经除尘由出口经引风机排人烟囱排入大气中。2.烟气排放量及烟气中的各污染组分浓度的计算2.1设计原始资料：锅炉设备的主要参数额定蒸发量（t/h）主蒸汽压力（MPa）主蒸汽温度（℃）燃煤量（t/h）排烟量（m3/h）排烟温度（℃）2609.8153045.4520000140~150烟气密度（标准状态下）：1.34kg/m3空气含水（标准状况下）：0.01578㎏/m3空气过剩系数：a=1.55800Pa,排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：17%烟气在锅炉出口前阻力：800Pa当地大气压:97.86kPa冬季室外空气温度：tk=3℃烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值：C=68%；H=4%；S=1.9%；N=1.8%；W=7%；A=14%；V=15%烟尘浓度排放标准（标准状态下）：200mg/m3二氧化硫排放浓度（标准状态下）：900mg/m32.2设计计算计算烟气排放量及烟气中的各污染组分浓度（1）标准状态下理论空气量Qa‘=4.76(1.867C+5.56H+0.7S-0.7O)(m3/kg)式中，C，H，S，O——分别是煤中各元素所含的质量分数。Qa‘=7.165(m3/kg)(2)标准状况下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）Qs‘=1.867(C+0.375S)+11.2H+1.24W+0.016Qa‘+0.79Qa‘+0.8N=7.6(m3/kg)式中，Qa‘——标准状况下理论烟气量，m3/kg；W——煤中水分的质量分数；N——N元素在煤中的质量分数。（3）标准状况下实际烟气量QS=Qs‘+1.106（a-1）Qa‘=11.96m3/kg标准状态下烟气流量Q应以m3/h计，因此，Q总=QSx设计耗煤量Q=11.96x45.4x1000=542984m3/h工况下总的烟气量Q’=QT’/T=542984x431/273=857238m3/h=238.1m3/s式中Q标况下烟气量，hm/3'T工况下烟气温度，KT标况下温度，273K(4)标况下烟气含尘浓度C=dxA/QS=0.16x0.14/11.96=0.0019kg/m3(5)标况下二氧化硫浓度CSO2=2S/QSx106=2x0.019/11.96x106=3177mg/m33.污染治理工艺的选择3.1烟气除尘工艺的选择（1）除尘效率η=1-CS/C式中，C——标准状况下烟气含尘浓度，mg/m3；Cs——标准状态下锅炉烟尘排放标准排放值，mg/m3。η=(1-200/1900)x100%=89.5%(2)根据工况下的烟气量238.1m3/s、烟气温度158℃及要求的除尘效率η=88.8%确定除尘器：选用CCJ/A-40冲击式除尘器。型号风量（m3/h）设备阻力（Pa）除尘效率CCJ/A-40400001000-160095%脱硫率设备净重（Kg）耗水量溢流（Kg/h）80%52391320型号4-72No5A设备净重76kg通风机全压（Pa）3240-2240电动机Y160M2-2风量（m3/h）7950-147203.2脱硫脱氮工艺的选择TS型系列脱硫脱氮装置，为工业锅炉排烟脱硫工程应用而设计的系列产品。并可扩大应用在处理冶金焦化剩余氨水，该设备即是脱硫器，又可作为污水处理器。脱硫脱氮原理（1）脱硫原理氨的性质决定氨极容易溶于水，是由水分子和氨分子通过氢键互相结合形成氨的水化物的缘故氨在水中的溶解度大于其它气体，在0℃时，1体积水吸收1200体积的氨；在20℃时约吸收700体积。过去认为氨溶于水生成OH－的过程是分两部分进行的。首先是大部分氨和水结合生成所谓氢氧化铵（NH4OH）然后氢氧化铵在溶液中电离成铵离子（NH4+）和氢氧根离子（OH-）。现在已经确认：氢氧化铵中的铵离子，无论从它的半径大小或者从它的化合物性质来看，它都和K+离子非常相似，它在水中应当全部电离，不可能有NH4OH分子存在，已确知，氨水溶液中并不含有NH4OH而是有氨的水分子NH3·H2O。NH3·H2O和NH4OH不同，NH3·H2O是氨分子通过氢键的结合，而NH4OH则为离子化合物。由（NH4+）和（OH-）新组成。气态氨和酸（挥发性）的蒸汽作用生成铵盐。2NH3（气）+H2O（蒸汽）+SO2（气）=（NH4）2SO3由此看来，烟气中加入吸收剂NH3·H2O与SO2等酸性气体可进行气-汽反应。即氨和酸性气体可以直接生成盐类。这种化合物作用通常伴随着大量的热放出，通过试验发现在无水的情况下，这种反应并不进行，即使微量的水的条件下也能反应出这种特性，因此这就是和其它吸收剂不同之处的主要原因。另外氨还和烟气中的氮起反应：烟气中的氮氧化物通常用NOX表示NO在空气中可氧化成NO2易溶于水，生成亚硝酸和硝酸。2NO+O2=2NO22NO2+H2O=HNO3+HNO2当氨与HNO3或HNO2产生以下反应NH3·H2O+HNO3=NH4NO3+H2ONH3·H2O+HNO2=NH4NO2+H2O此反应在气-汽反应中产量很少，因硝酸铵与亚硝酸铵在一定温度下易于分解，而在液相中（NH4）SO3和NH4HSO3为还原剂，NOX被还原为N2，其反应为：2NO2+4（NH4）2SO3=4（NH4）2SO4+N2↑（NH4）2SO3+NO2=（NH4）2SO4+NO↑2（NH4）2SO3+2NO=2（NH4）2SO4+N2↑为此使用氨-亚硫酸氨的氮方法，能除去一定量的NOX（2）脱氮原理烟气中往往同时含有NOx与SO2,如果用一种方法同时除去这两种有害气体，岂不是一件非常有前途的事。前面脱硫的论述中，脱硫后的终止物就是（NH4）2SO3和（NH4）2SO4（少量）和一部分（NH4）HSO3溶液。这些物质又是吸收NOX的吸收剂。在生产硫酸同时又生产硝酸的行业中，多数都是利用处理硫氧化物而得到的（NH4）2SO3和（NH4）HSO3溶液来吸收硝酸生产中的NOX。其原理是利用亚硝酸铵溶液作为吸收剂和NOx反应，使NOx还原为N2：4（NH4）2SO3+2NO2→4（NH4）2SO4+N2↑4（NH4）HSO3+2NO2→4（NH4）HSO4+N2↑4(NH4)HSO3+2NO2→4(NH4)HSO4+N2↑4（NH4）2SO3+NO+NO2+3H2O→2N(OH)(NH4SO3)2+4NH4OH4（NH4）HSO3+NO+NO2→2N(OH)(NH4SO3)2+H2O2(NH4)OH+NO+NO2→2NH4NO2+H2O按照排放浓度达标要求，脱氮效率达到72%就可以了，所以只要控制住吸收液的浓度，一般在180-200g/L,最后得到的溶液一部分重复循环使用，多余的部分进行下道工序，处理后溶液还可以再生，以节省大量的运行费用。烟气中NO含量占90%以上，因此脱除的主要是NO。如果煤的含硫量比较低和氨反应产生的亚硫酸铵不足以满足脱氮氧化物的需要，或者因为炉膛燃烧温度高，产生的氮氧化物量较大。此时可以采取连续加入氨与NOX继续反应，但这种反应应在催化剂（或称触媒剂）的作用下才可完成，使脱氮效率大大提高，这种方法称之为氨的选择性催化还原法。4NH3+4NO+O2+4N2↑+6H2O8NH3+6NO2+7N2+12H2OTS型脱硫脱氮系统设备组成有文丘里喷雾反应器，自动加药及动力泵、贮液、调液箱所组成。以及自动控制自动监测系统。文丘里喷雾反应器的结构设计，显示出其独到之处，通常人们称之谓文丘里效应，但它具有什么效应，应该说它有多种效应。一是很好的反应作用：使两种以上的介质，在反应段进行充分的混合、接触、搅动，促使在较短的时间里进行瞬时反应。二是很好的除尘作用：带粉尘的气体通过渐缩段，细小的粉尘在碰撞、凝聚、粘结、增大，把粉尘扑集下来。三是很好的热交换作用：利用烟气的余热，把喷成雾状的液体迅速干燥、蒸发、固液分离，起到污水处理的作用。由于设计独特，此套装置的阻力仅有300-400Pa，对于原有的锅炉房设备改造，可以不用更换引风机。重力与旋流双级脱水除雾，其结构的设计不会产生堵塞和腐蚀现象，而且一器两种用途，它不但有效的脱除水雾而且使烟气流呈旋转上升，延长了反应时间和流程，提高了反应效率。4.烟囱的排放口尺寸及高度4.1各装置及管道布置的原则除尘净化系统通过降低烟尘排放量，极大地改善了大气环境质量。好的除尘净化系统不仅除尘效果好，投资省，而且达到排放标准。设计除尘净化系统时，通常遵循以下原则：（1）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。（2）管道应尽量集中成列，平行敷设，与柱、墙、设备及管道之间应留有足够距离，以满足施工、运行、检修和热胀冷缩要求。（3）除尘管道力求顺直，当必须水平敷设时，要有一定的坡度和足够的流速以防止积尘。（4）为减轻风机磨损，特别当含尘浓度较高时（大于3g/m3时），应将净化装置设在风机的吸入段。（5）分支管与水平管或倾斜主干管连接时，应从上部或侧面接入；几个分支管汇合于同一主干管时，汇合点最好不设在同一断面上。4.2管径的确定)(4'mvQd式中'Q工况下管内烟气流量，sm/3v烟气流速，sm/。（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘10v～15sm/计算:取smv/12得d=5.03m表3.3风管直径规格表外径D/mm钢制板风管外径允许偏差/mm壁厚/mm4600±200400选取风道：d=5030mm取钢制板风管壁厚：400mm内径d1=4230mm实际烟气流速u=16.95m/s4.3烟囱的设计（1）烟囱高度的确定锅炉的总的蒸发量（230ht/），根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（表3.4）确定烟囱的高度。锅炉烟囱的高度表3.4锅炉烟囱的高度表锅炉总额定出力/(t/h)1～22～66～1010～2026～3535烟囱最低高度/m202530354045因为锅炉的总额定出力为230t/h，由表4-1可知烟囱高度取45m.（2）烟囱的抽力)()27312731(0342.0PaBttHSpky式中H烟囱高度，mkt外界空气温度，Cpt烟囱内烟气平均温度，CB当地大气压，Pa计算：Sy=195.8Pa（3）系统中烟气温度的变化烟气在管道中的温度降)(1CCQFqtv式中——标准状态下烟气流量，m3/hF——管道散热面积，m2VC——标准状态下烟气平均比热容（一般为1.352—1.357KJ/(Cm3）q——管道单位面积散热损失KJ/(m3·h)Q查相关数据可知室内q1=4187KJ/(m3·h)室外q2=5443KJ/(m3·h)室内管道长：1104.60.45Lm21113.144.6572.2Fdlm室外管道长：220515Lm22223