大气污染控制技术课程设计

1大气污染控制技术课程设计学校：班级：学好：姓名：2大气污染控制技术课程设计任务书一、课程设计题目设计蒸发量为20t/h的燃煤锅炉烟气的除尘脱硫装置二、设计原始资料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2093965.7％3.2％1.7％2.3％18.1％9.0％2、锅炉型号：FG-35/3.82-M型3、锅炉热效率：75％4、空气过剩系数：1.25、水的蒸发热：2570.8kJ/kg6、烟尘的排放因子：30％7、烟气温度：473K8、烟气密度：1.18kg/m39、烟气粘度：2.4×10-6pa.s10、尘粒密度：2250kg/m311、烟气其他性质按空气计算12、烟气中烟尘颗粒粒径分布：平均粒径/um0.537.51525354555﹥60粒径分布/%3201520161063713、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；三、设计内容1、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2、根据排放标准论证选择除尘系统（本设计要求采用与除尘器为旋风除尘器的二级除尘系统）3、确定旋风除尘器型号（要求阻力不大于900Pa），计算旋风除尘器各部分的尺寸4、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5、确定二级除尘设备型号，计算设备主要尺寸6、计算除尘系统的总除尘效率及粉尘排放浓度7、锅炉烟气脱硫工艺的论证选择8、按照工程制图要求绘制旋风除尘器结构图和烟气净化系统图各一张3目录1、设计任务书2、设计原始资料3、设计方安的选择确定3.1除尘系统的论证选择3.1.1.预除尘设备的论证3.1.1.1旋风除尘器的工作原理、应用及特点3.1.1.2旋风除尘器的结构设计3.1.1.3旋风除尘器分割粒径、分级效率和总效率的计算3.1.2二级除尘设备的论证选择3.1.2.1二级除尘设备的工作原理、应用及特点3.1.2.2二级除尘设备的结构设计3.1.3除尘系统效果分析3.2锅炉烟气脱硫工艺的论证选择3.3设计结果综合评价43设计方案的选择一、计算烟气排放量及烟气中烟尘和SO2的浓度1、蒸发量为20t/h的锅炉所需热量为2570.8×20×103=51.4×106(kg/h)需煤量：51.4×106÷（20939×75﹪）＝3.3×103（kg/h）=3.3t/h2、烟气排放量及组成（标态）以1kg燃煤为基础：C+O2=CO22H+1/2O2=H2OS+O2=SO2各组分CSHO水分灰分重量/g65717322390181物质的量54.750.53160.725需氧/mol54.750.538-0.72在空气中，O2占21％，因此燃烧1kg煤所需要的理论空气量中N2的量为：理论需氧量=54.75+0.53+8-0.72=62.56mol/kg(煤)N2：62.56×0.79÷0.21＝235.34（mol）理论空气量＝62.56+235.34＝297.9mol/kg(煤)在标准状态的体积为：297.9×22.4×10-3＝6.67m3/kg(煤)理论烟气量组成(mol):CO2:54.75SO2:0.53H2O:21N2:235.34理论烟气量：311.62mol在标准状态下的体积为：311.62×22.4×10-3＝6.98m3/kg（煤）在空气过剩系数a＝1.2时，实际烟气量为6.98+6.67×（1.2-1）＝8.314m3/kg（煤）3.3t/h煤的烟气量：3.3×103×8.314＝2.74×104m3/h在473K温度下，烟气量为：47473.3m3/h烟气中烟尘和SO2的浓度分别为：烟尘浓度＝181×103×30％÷8.31＝6534mg/m3SO2浓度＝0.53×64×103÷8.314＝4082mg/m3563.1除尘系统的论证选择3.1.1预除尘设备的论证选择选用XLP/B型旋风除尘器，由于需要处理较大烟气量，则选用11个子旋风除尘器并联73.1.1.1旋风除尘器的工作原理、应用及特点1、旋风除尘器的工作原理如图一所示，普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体、排灰管和排气管等组成。当含尘气流以12～25m/s速度由进气管进入旋风除尘器时，气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下，朝椎体运动，通常称此为外旋流。含尘气体在旋转过程中产生离心力，将密度大于气体的尘粒甩向器壁。尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性而靠入口速度的动量和向下的重力沿壁面下落,进入排灰管。旋转下降的外旋气流在到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。根据“旋转柜”不变原理，其切向速度不断提高。当气流到达椎体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部，由上而下继续做螺旋形运动，即形成内旋流。净化后的气体经排气管排出，一部分未被捕集的尘粒也由此逃逸。气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部的压力下降，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后到达排出管下端附近被上升的内涡旋带走，从排出管排出，这股旋转气流称为上旋流。灰斗中外旋流转换为内旋流的区域称为回流区。对旋风除尘器内气流运动的测定发现，实际的气流运动是很复杂的，除了切向和轴向运动外，还有径向运动。如，在外旋流，少量气体沿径向运动到中心区域，在内旋流，也存在着离心的径向运动。2、旋风除尘器的应用旋风除尘器作为一种中效除尘装置，由于其具有结构简单，制造、安装和维护管理容易，投资少，体型和占地面积小等特点，广泛地应用了各种工业部门中。旋风除尘器一般只适用于净化非粘结性和非纤维性粉尘，温度在400℃以下的非腐蚀性气体。如果用在高温气体净化上，则需采取冷却措施，或内壁衬隔热材科。用于净化腐蚀性气体时，则应采用防腐材料制做，或内壁喷涂防腐材料。旋风除尘器内的旋转气流速度很高，粉尘对壁面的磨损，特别是对锥体部分的磨损较快，所以在设计和运行时应充分注意，采取一定的耐磨措施。旋风除尘器的除尘效率，除了与其结构型式有直接关系外，还与其卸灰装置I包括灰斗和卸灰阀)好坏克直接关系。如果卸灰装置的设计或管理不当，造成决斗漏风，破坏了除尘器内的气流运动，将会使已沉降的粉尘再次悬浮飞扬，除尘效率大大降低，或造成排灰口堵塞，使除尘系统瘫痪。因此，必须对卸灰装置的设计和管理给予高度重视。旋风除尘器是应用广泛的除尘器之一。在应用中可以单独供用，也可以单独使用，也可以并联或串联供用。串联中既有旋风除尘器自身进行串联，也有旋风除尘器与其他类型除尘器的串联使用，在应用中对旋风除尘器采用防磨损措施也很重要。一、旋风除尘器的并联使用旋风除尘器并联使用主要有以下几种原因。①理论上，两个以上并联使用的小尺寸旋风除尘器比用一台大尺寸同类旋风除尘器，如果入口气流速度保持不变，则除尘效率就会提高。这时，为了满足必须处理的气体量，就得8把若干小直径的除尘器并联使用，否则压力损失会太大。②在气体负荷变化过大的情况下，当负荷减少时切断部分除尘器，可保持较高除尘③有时需要增加处理气体量，采取增添除尘器的办法，和原有除尘器并联使用，以保持效率阻力不变。④需要维护检修时把并联使用的一部分除拿器切断不影响系统的运行。1．除尘器并联方法当除尘器数目不多时(一般不超过8个)可以采用单管并联，这时，每个除尘器有其自己的进气管和排气管，各自与进气干管和排气干管相连，或者各自单独向大气排气；每个除鉴器可以有单独的灰斗，也可以合用一个灰斗。(1)进气管并联方式单个旋风除尘器并联，进气几乎都是切向的。进气管和排气管不同并联方式如下。图二(a)是最简单的入口并联方式，在进气管中气体和灰尘的流动是对称的，两个除尘器中的工作情况相同的，效率和阻力相同的。图二(b)所示的连接，难使所有文管入口压力相同，但安装比较方便。图二(c)是另一种连接方式，每经过一个除尘器的入口以后，主管道就会缩小一些，进入并联的除尘器气流可以自我补偿，达到气流基本平衡；这是因为最大的气流产生的最大压力降，从而使流量减少。(2)排气管并联方式并联除尘器与排气干管连接时，往往为了回收压力而采用蜗卷式出口。因为这种出口的方向可以随意安排，故可根据具体情况采用不同的连接方式，图三是几个例子，其中，图三(a)为对称并联，图三(b)、(c)、(d)、(e)为不对称并联。图四是另一种与排气干管连接的方式。它是把各个除尘器的排气口简单地直接与除尘器上面的排气干管连接。(3)排灰口并联方式并联的旋风除尘器共用一个灰斗比各自有一个灰斗的优点是可以减轻清除积灰时的麻烦。缺点是一旦漏风将严重破除尘器正常工作。图五是共用灰斗示意。灰尘从旋风除尘器C19和C2经过于L口El和E2进入灰斗D。如果两个除尘器相同，则它们从入口到出口的压力降是一样的，灰斗D中的气体是静止的。如果由于某种原因，例如其中一个除尘器被灰尘堵塞，气流受到限制，以致在El点的压力大于E2点的，则气体就从El带着一些灰尘经过D流到E2，而从除尘器C2的排气管流出去。因此，必须控制压力和流动状况。把旋风除尘器做的完全一样，并且注意这个问题使并联的除尘器的差异尽量减少，也防止各个除尘器中的流动状况变的不同。针对这一情况在工程应用中按组合除尘器数量将灰斗分格如图六所示2．并联后的除尘效率和阻力损失若干旋风除尘器并联使用的除尘效率理论上讲应当不变。但在实际上并联旋风除尘器1相同条件下和单独使用所获得的除尘效率相比较，往往前者要低一些，效率的下降趋势是g着并联数量的增多而加大，以小直径旋风子并联使用，和相似的大直径旋风除尘器在同样4理流量条件下单独使用相比较，除尘效率也往往不能提高到理论上的程度。在除尘效率80％～85％的范围内，小直径除尘器的除尘效率可以比几何相似的大直径除尘器理论上提3约10％，但把小直径并联起来，可能只提高5％。并联旋风除尘器的阻力损失比单独使用时大，这是因为除尘器并联后出口、入口及排灰口都有所变化造成的。一般估算，并联阻力损失为单独使用时的1．1倍。3、旋风除尘器的特点旋风除尘器结构简单，造价便宜，体积小，除尘效率比重力沉降室和惯性除尘器高，且无运动部件，运行管理舱。因此它的应用较为广泛。高效旋风陈尘器可除粒径小于5um的粉尘，效率可达50％一80％。普通旋风除尘器不能除粒径小于5um的粉尘，其压力损失一般为400一1300Pa。旋风除尘器有以下特点：（1）结构简单，器身无运动部件，不需要特殊的附属设备，占地面积小，制造、安装投资较少。（2）操作、维护简便，压力损失中等，动力消耗不大，运转、维护费用较低，对于大于10um的粉尘有较高的分离率。（3）操作弹性较大，性能稳定，不受含尘气体的浓度、温度限制。对于粉尘的物理性质无特殊要求，同时可根据生产工艺的不同要求，选用不同材料制作，或内衬各种不同的耐磨、耐热材料，以提高使用寿命。（4）采用干式旋风除尘器，可以捕集干灰，便于综合利用。（5）对捕集微细粉尘（小于5um）的效率不高。（6）由于除尘效率随筒体直径增加而降低，因而单个除尘器的处理风量有一定的局限。（7）处理风量大时，要采用多个旋风子并联。103.1.1.2旋风除尘器的结构设计实际烟气量为47473.3m3/h选用XLP/B型旋风除尘器，则选用11个子旋风除尘器并联1、确定旋风除尘器的各部分的几何尺寸①进口面积A取进口气流速度v1＝18m/s。A=HcBc=Q/v1＝4316/（15×3600）＝0.08m2取Hc=2Bc，则Bc=0.2m，Hc=0.4m。②筒体直径D取Bc=0.3D，则D=0.7m。③通体高度H1取H1=1.5D，则H1=1.05m。④锥体高度H2取H2=2.3D，H2=1.61m。⑤排气管直径De与插入深度s取De=0.4D，De=0.28m。s=Hc+(0.1～0.2)D=0.4+0.1×0.8=0.48m。⑥排灰口直径Do取Do=0.25D=0.2m。2、计算压力损失△P查表得§＝5.8，△P＝§×v12ρ/2=5.8×152×1.18÷2＝77