51大气污染控制工程课程设计

大气污染控制工程课程设计院系：化学与环境科学学院班级：学号：081姓名：日期：2011-11-11第一章概述第一节设计任务题目、目的和要求一、设计题目某燃煤锅炉房除尘系统设计（振动炉排式链条炉+强制送风+800吨/年）。二、设计目的1、通过课程设计全面总结课程学习的成果，加深对课程理论内容的理解，掌握应用理论知识解决实际工程问题的完整过程。2、掌握大气污染物处理工程设计的全过程。3、掌握编制设计方案（除尘方案比较选择与确定）。4、掌握除尘器选型计算，系统布置，烟风道阻力计算，风机选型等。5、除尘系统平面的布置、立面、除尘装置布置、及主要构筑物设计。6、工程造价估算。三、设计要求方案选择合理，系统布置紧凑，占地面积小，计算准确，图纸绘制达到扩大初步设计要求（图纸线条均匀，标注准确，说明齐全）。第二节设计依据一、大气质量标准当地大气质量执行《大气环境质量标准》“GB13271-2001”中的二级标准。二、烟尘排放浓度执行《大气环境质量标准》“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：Ⅰ时段：2000年12月31日前建成使用的锅炉。Ⅱ时段：2001年1月1日起建成使用的锅炉（含在Ⅰ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（3mgm）烟气黑度（林格曼黑度，级）Ⅰ时段Ⅱ时段燃煤锅炉自然通风锅炉（0.7(1)MWth）一类区100801二、三类区150120其他锅炉一类区100801二类区250200三类区350250三、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MW0.70.7～1.41.4～2.82.8～77～1414～28th11～22～44～1010～2020～40烟囱最低允许高度m202530354045注：燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）四、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（3mmg）烟气黑度（林格曼黑度，级）Ⅰ时段Ⅱ时段自然通风锅炉（＜0.7MW(1t/h)）/1501201其他锅炉（≤2.8MW（4t/h））Aar≤25%180016001Aar≥25%20001800其他锅炉（＞2.8MW(4t/h)）Aar≤25%200018001Aar≥25%22002000第三节设计原始资料一、设计参数烟气粘度：2.4X10－5pa.s烟气温度：473K允许压力损失：1000pa烟气密度：1.18kg/m3烟气真密度：2.25g/cm3二、煤质表表4煤质资料煤种低位发热量（KJ/㎏）挥发分%灰分%水分%干燥无灰基分析（%）CHONS无烟煤263779.026.05.091.73.82.21.31.0三、烟气中烟尘颗粒粒径分布表表5粒径间隔µm0-11-55-1010-2020-3030-4040-5050-6060质量频率％32015201610637第二章除尘器的选型及计算根据现在环保要求，采用电除尘设备。第一节燃烧的计算1．燃煤量：hkg3.9124365800jB2、燃煤的计算：山西煤成分：C:63.273%O:1.518%H:2.622%N:0.897%S:0.69%质量（g）mol需氧数molC632.7352.7352.73H26.2213.116.56O15.180.47S6.900.220.22N8.970.32H2O502.780理论氧气量：kgmol04.5922.047.056.673.2理论空气量：kgmol2.28278.3104.59kgm322.610004.2221.2823（标态）理论烟气量：kgmol33.29278.304.5978.232.022.011.1373.52kgm548.610004.2233.2923（标态）烟气含水率的计算：kgmol89.1578.211.13%4.533.29289.153、确定过剩系数链条炉（强制送风）1.5烟管0.15省煤管0.1除尘器0.1炉膛0.1过滤器0.05空气预热器0.1无烟煤0.12锅炉出口排烟过剩系数（）=炉膛出口处过量空气系数+对流烟道内部分的漏风系数之和总过剩系数（）=链条炉（1.5）+省煤管（0.1）+炉膛（0.1）+烟管（0.15）=1.854、烟气量的计算实际烟气量：kgm922.11322.6185.1548.63）（NQhm48.10883.91922.113运行工况下除尘器需净化的烟气量Q：PQnRT12NQQTT47327348.1088Qhm90.18853Q第二节烟气浓度及除尘效率一、烟尘初始浓度的计算1．锅炉的飞灰排放量41001008100yiAmAqqMBj式中AM——锅炉的飞灰排放量（hkg）Bj——锅炉在额定蒸发量时的耗煤量（hkg）yA——燃料含灰量，取26.0%4q——锅炉款完全燃烧损失，4q=5～12，（取10）iq——燃料发热量，Kcal24.62802.426377m——烟尘占燃料中灰分的质量分数0.15～0.20(取0.20)2.0810024.628010010100263.91AMhKg16.62．烟尘的初始浓度0OMCQ=36mmg34.326690.18851016.6二、除尘效率要求达到的除尘效率00100%CCC式中C——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C为2003mmg。%10034.326620034.3266%65.92第三节含硫浓度的计算燃料中转化为二氧化硫的百分率为100%23122.410somVM式中2soV——每千克燃料燃烧时产生的二氧化硫的体积kgNm3；m——每千克燃料中含硫的质量；M——硫的分子量；3SO104.2213290.62VkgNm1083.43322610sosoyVBjCV式中Bj——锅炉在额定蒸发量时的耗煤量hkgyV——实际烟气量hm363SO1048.10883.911083.42Cppm13.405将ppm转化为3mmg4.226413.4052SOC3mmg51.1157根据《烟尘排放标准》GB13271-2001规定，2001年1月1日起立项,新安装和更新的锅炉中，燃煤含硫量小于2%,二氧化硫浓度标准为9003mmg,由于计算所得的2soC大于9003mmg超标。所以在除尘过程中需要脱硫，需达到的脱硫效率为：%10051.115790051.1157%25.22第四节除尘方案的确定及除尘器选型一、除尘方案确定依据（1）根据除尘烟气的含尘浓度。（2）根据除尘器的除尘效率和处理烟气量是否达到设计要求，除尘后排尘浓度是否达到排放标准。（3）考虑除尘器的造价、安装费、运行费、维护费和使用寿命。二、设计参数根据设计题目锅炉的燃煤量hkg3.91，烟尘的初始浓度3mmg34.3266，除尘系统要求达到的除尘效率%65.92，允许压力损失：Pa1000。三、方案比较方案一：袋式除尘器袋式除尘器是一种干式高效除尘器，可用于净化粒径m1.0dp的尘土气体。除尘效率可达99%以上，它是最古老的除尘方法之一。（1）袋式除尘器的优点①袋式除尘器对净化含尘微粒和亚微粒数量级的粉尘粒子的气体效率较高，一般可达99%，甚至达到99.9%以上。②袋式除尘器可以捕集多种干式粉尘，特别是高比电阻粉尘，采用袋式除尘器要比用电除尘器的净化效率高得多。③含尘气体浓度在相当大的范围内变化对袋式除尘器的效率和阻力影响不大。④袋式除尘器可以设计制造成适应不同气量的含尘气体的要求，除尘器的处理量可以从1～106hm3。⑤袋式除尘器也可以做成小型的，安装在散尘设备上或散尘设备附近，也可以安装在车上做成移动式袋式过滤器，这种小巧、灵活的袋式除尘器特别适用于分散尘源的除尘。⑥袋式除尘器运行性能稳定可靠，没有污泥处理和腐蚀等问题，操作维护简单。（2）袋式除尘器的缺点①袋式除尘器的应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能影响。目前常用的滤料可耐250℃左右高温，如采用特别滤料处理高温含尘烟气，将会增大投资费用。②不适于净化含粘结和吸湿性强的含尘气体。用袋式除尘器净化烟尘是的温度不能低于零点温度，否则将会产生结露，堵塞布袋滤料的空隙。③据初步统计，用袋式除尘器净化大于17000hm3含尘气量的投资费用要比电除尘器高，而净化小于17000hm3含尘烟气时投资费用要比电除尘器省。方案二：电除尘器电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装置。电除尘器与其他除尘器的根本区别在于：除尘过程的分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上。电除尘器的特点①收集效率高：静电除尘装置可以很方便的通过加长电场长度达到99%以上的除尘效率。静电除尘器装置还有一个出色的特征，就是收集效率可长期稳定保持不变，这是其他除尘器比不上的。只有袋式除尘器例外，但袋式除尘器需要经常更换滤袋，才能保持良好的收尘效率。②烟气阻力小，总的能耗低，电除尘器的能耗主要是由烟气阻力损失、供电装置、电加热保温和震打电机等能耗组成。由于总的能耗低，有很少更换易损件，所以运行费用比袋式除尘器、文丘里除尘器等要小得多。③适用范围广：电除尘器可捕集粒径小于m1.0的粒子，300～400℃的高温烟气。湿式静电除尘器不仅可以除尘，还可除去烟气中的水雾和酸雾。这种综合性的能力为用户提供了方便。当烟气的各项参数发生一定范围内波动时，电除尘器仍然保持良好的捕集性能。对于高比电阻和低比电阻粉尘的烟尘来说，需要采取烟气调节，但总的看来这种情况不多，绝大多数的烟气净化都可采用电除尘器。④可处理大容量烟气：电除尘器易模块化，因此可以很方便地实现装置的大型化。目前单台电除尘器处理气量已达hm10236，这样大的气量用袋式除尘器或旋风除尘器来处理是很难想像的，即使勉强做到也不经济。⑤捕集到的粉尘干燥：因为粉尘以干燥的形态被捕集，有利于粉尘的输送和再利用，也没二次污染。⑥维护保养简单：电除尘器如果品种规格选的恰当，又有良好的制造安装质量，日常的维护保养量是很少的。电除尘器的操作运行以全部实现自动化，实现了智能化——即自动选择瞬时最佳运行方式。⑦一次投资大：电除尘器和其他除尘器相比结构较复杂，耗用钢材比较多，每个电场需配用一套高压电源及控制设备，因此价格较大。但是静电除尘装置设备费用加上3～5年的运行费用比大多数其他除尘设备的要低。方案三：文丘里麻石水膜除尘器含尘气体由烟气进口引入，首先进入麻石文氏管，文氏管是一个缩放管，在文氏管喉部入口处喷入的压力水呈雾状布满整个喉部，烟气流经文氏管的渐缩管时由于流道的缩小，速度逐渐增大，到达喉部时速度达到最大。因此当烟气流到喉部是，烟气中高速运动的尘粒冲破水滴周围的气膜而被吸附在水滴上凝聚成大颗粒的液滴随烟气一起进入麻石水膜除尘器进行第二次分离。液滴与烟气一起由麻石水膜除尘器切向或蜗向引入，然后沿筒体螺旋上升，液滴与尘粒在离心力的作用下被甩向筒体内壁自上而下的一层均匀的水膜接触，被水膜吸附，而随水膜一起流到底部灰斗，从排灰口排出筒体，在经过水封面进入排灰沟排出。净化后的烟气从顶部以切向或蜗向引入。文丘里麻石水膜除尘器中花岗石（俗称麻石）它成本低，便于安装耐腐蚀，占地面积小等特点，而且能大量吸收烟气中的SO2、SO3形成SO23、SO24离子，具有良好的脱硫效果，并克服了钢制除尘器易腐蚀，