环境工程大气课程设计.docx

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1、环境工程大气课程设计 目录 1设计任务 (1) 1.1设计题目 (1) 1.2设计原始数据 (1) 1.3设计内容及要求 (1) 2设计计算 (2) 2.1燃煤锅炉烟气量、烟尘及二氧化硫的浓度计算 (2) 2.1.1理论空气量 (2) 2.1.2理论烟气量 (3) 2.1.3实际烟气量 (3) 2.1.4烟气含尘浓度 (3) 2.1.5二氧化硫浓度 (3) 2.2除尘设备的设计与计算 (4) 2.2.1袋式除尘器的概念 (4) 2.2.2袋式除尘器的工作原理 (4) 2.2.3袋式除尘器的滤料 (5) 2.2.4袋式除尘器的清灰方式 (6) 2.2.5袋式除尘器的选择和计算 (7) 2.3脱硫

2、设备的设计与计算 (8) 2.3.1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理 (9) 2.3.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程 (10) 2.3.3吸收塔内流量计算 (11) 2.3.4吸收塔径计算 (11) 2.3.5吸收塔高度计算 (11) 2.4烟囱设计计算 (13) 2.4.1烟气释放热计算 (13) 2.4.2烟囱直径的计算 (14) 2.4.3烟气抬升高度计算 (14) 2.4.4烟囱的几何高度计算 (15) 2.4.5烟囱阻力计算 (15) 2.4.6烟囱高度校核 (16) 2.5管道系统设计计算 (17) 2.5.1管径的计算 (17) 2.5.2摩擦阻力损失计算 (17

3、) 2.5.4系统总阻力计算 (18) 2.6通风机、电动机的选择 (19) 3结束语 (20) 4参考文献 (21) 5附图 (21) 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：C Y=62.5% ，H Y=4% ，O Y=3% ，N Y=1% ，S Y=1.5% ，A Y=20% W Y=8%； Y V15；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8

4、00Pa 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。 （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，

5、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 /mol C 625 52.08 52.08 H 40 20 10 O 30 0.94 N 10 0.36 S 15 0.47 0.47 灰分200 80 4.44 O H 2 所以理论需氧量为： m ol/kg 61.6194.047.01008.52Q 1=-+= 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： m ol/kg 05.294)178.3(

6、61.61)178.3(Q Q 12=+?=+?= 2.1.2理论烟气量 m ol/kg 88.30978.361.6144.447.02022.52Q 3=?+= 2.1.3实际烟气量 空气过剩系数2.1=时，实际烟气量为： m ol/kg 78.3682.050.29488.3092.0Q Q Q 234=?+=?+= 即/kg m 26.81000 4.2278.3683=? 烟气流量Q 应以/h m 3计，设实际耗煤量为m=2400kg ，所以标况下实际烟气量： /h m 198*.8m Q Q 34=?=?= 2.1.4烟气含尘浓度 烟气含尘浓度： 334mg/m 3630g/m 6

7、3.326 .820225.0Q A V =?=?=C 式中： V 飞灰率 A 灰分 4Q 标准状态下实际烟气量，m 3/kg 。 2.1.5二氧化硫浓度 334 1mg/m 3650g/m 65.3Q 47.064=?=C 2.2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

8、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2050m ，表面起绒的滤料为510m ，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

9、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0.10.5m 的粒子清灰后滤料的除尘 效率在90%以下；对于1m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%

10、以上，对于1m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

11、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

12、维，价格较低，适用于净化没有腐蚀性、温度在350360K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，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

13、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，机械振打式清灰的几种操作方式，第一种是沿水平方向的，下部较为固定，上部摇晃，水平振打的部位主要是滤袋的上部和中部。第二种是沿竖直方向振打，这种方式对于滤袋的损害比较大，尤其是袋口处，容易出现损坏。所以常常利用一个高速旋转地偏心轮来让滤袋产生频率很高的振动，从而实现清灰，这样对滤袋损害较小，但清灰效果也较差。第三种是利用振动来实现清灰，振动的频率一般比较高。或者综合前两种方式，叠加在一

14、起。第四种是利用偏心轴上的摇杆，这个偏心轴是不停转动的。这样通过振动圆管，滤袋就会在各个方向上产生摇动，使沉积于滤袋的颗粒层破碎而落入灰斗中。 （2）逆气流清灰：所谓逆气流清灰指清灰时气流方向与正常过滤时相反。过滤过程与机械振动清灰方式相同，但在清灰时，要关闭含尘气流，开启逆气流进行反吹风。此时滤袋变形，沉积在滤袋内表面的灰尘破坏、脱落。通过花板落入灰斗。安装在滤袋内的支撑环可以防止滤袋完全被压扁。逆气流清灰袋式除尘器的过滤风速一般为0.31.2m/min，压力损失控制范围为10001500Pa。与机械振打式类似，逆气流清灰的袋式除尘器一般也是划分成多个袋室的，并且通过使用阀门，来对袋室进行逐

15、个的提供反向的气流。这个反向气流既可以由专门的风机来提供，也可以由系统的主风机来提供。为了增强逆气流清灰装置的清灰效果，常常会通过安装一些自动阀门来使反向气流产生脉冲。逆气流清灰式的清灰效果必须在过滤的气流速度较低时才会体现出来，因为它本身的清灰作用就比较弱。但是它的优点是清灰比较均匀，对滤袋的损坏比较小，而且也不会产生剧烈的振动。 （3）脉冲喷吹清灰：利用47个标准大气压的压缩空气反吹，产生强度较大的清灰效果。当进行清灰操作时，将压缩空气喷射入滤袋，气流的速度非常高， 而且持续的时间非常短，一般不超过0.2秒，于此同时，引导大量的空气进入滤袋，这样就会使滤袋产生急剧的膨胀并发生振动，从而使粘

16、附在滤袋上的粉尘脱离并清落下去。每清灰一次，称为一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期，通常为60s 2。 2.2.5袋式除尘器的选择和计算 （1）选择袋式除尘器的滤料及清灰形式 由于烟气的温度为160C ?，可以选择玻璃纤维滤袋，选用的清灰方式为逆气流清灰，根据表1选择过滤气速 1.0m /m in =F v 。 表1 （2）计算过滤面积 160C ?下的烟气流量为： /h m 45.31442273 )160273(325.101325.10119824T T P P Q Q 3N N =+?=?= 式中：Q 标准状态下实际烟气量，/h m 3 N P 当地实际大气压，取一个

17、标准大气压，即N P =P =101.325KPa 粉尘种类 纤维种类 清灰方式 过滤气速/(m/min) 飞灰（煤） 玻璃、聚四氯乙 烯 逆气流、脉冲喷吹、机械振动 0.581.8 飞灰（油） 玻璃 逆气流 1.98 2.35 飞灰（焚烧） 玻璃 逆气流 0.76 N T 排烟温度 所以总过滤面积： 2F 524.04m 1.0 6031442.4560v Q A =?= （3）除尘器的选择： 根据除尘器的处理烟气量和总过滤面积，可以选定除尘器型号规格，参考除尘器手册选择DFC-6-524型号的反吹袋式除尘器3。其主要性能与主要结构尺寸见下表： 表2 DFC-6-524型号反吹袋式除尘器的性

18、能参数 型号 材质 过滤风速/ (m/min) 处理风量 /h)(m 3 过滤面积/2m DFC-6-524 涤纶或玻纤 1.0 31440 524 滤袋尺寸/mm 滤袋数量/条 除尘器阻力 /KPa 使用温度/C ? 室数/个 6100180? 152 1.52.0 130或280 4 主要结构尺寸（mm ）： 型号 h 1H 2H 3H a b D DFC-6-524 810 15398 6060 4920 3938 4012 700 2.3脱硫设备的设计与计算 2.3.1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理 将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与

19、浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%4。 采用石灰/石灰石浆液吸收烟气中的2SO ，分为吸收和氧化两个阶段。先吸收生成的亚硫酸钙，然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙(即石膏)。该方法的实际反应机理是很复杂的，目前还不能完全了解清楚。这个过程发生的反应如下。 吸收：22Ca(OH)

20、O H CaO =+ O H 2 1O H 21CaSO SO Ca(OH)22322+?=+ +?=+223223CO O H 2 1CaSO O H 21SO CaCO 232224)Ca(HSO O H 2 1SO O H 21CaSO =+? 由于烟气中含有2O ，因此吸收过程中会有氧化副反应发生。 氧化：在氧化过程中，主要是将吸收过程中所生成的O H 2 1CaSO 23?氧化称为O 2H CaSO 24?： O 2H 2CaSO O 3H O O H 2 12CaSO 242224?=+? 由于在吸收过程中生成了部分23)Ca(HSO ，在氧化过程中，亚硫酸氢钙也被氧化，分解出少量

21、的2SO ： 2242223SO O 2H CaSO O H O 2 1)Ca(HSO +?=+ 设备运行过程中的问题及出现这种问题的原因5： （1）设备腐蚀：化石燃料燃烧的排烟中含多种微量的化学成分。在酸性条件下，对金属的腐蚀性相当强，包括吸收塔、言其后续设备。 （2）结垢和堵塞：固体沉积主要以三种方式出现：湿干结垢，即因溶液水分蒸发而使固体沉积；2Ca(OH)或3CaCO 沉积或结晶析出；3CaSO 或4CaSO 从溶液中结晶析出。其后是导致脱硫塔内发生结构的主要原因。 （3）除雾器的堵塞：液体中的小液滴，颗粒物进入除雾器，引起堵塞。解决方法：定期(每小时数次)用高速喷嘴喷清水进行冲洗。 2.3.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程 石灰石/石灰法湿式烟气脱硫技术的工艺流程如图1所示。锅炉烟气经除尘、冷却后送入吸收塔，吸收塔内用调配好的石灰石或石灰浆液洗涤含2SO 的烟气，洗涤净化后的烟气经除雾和再热后排放。吸收塔内排出的吸收液流入循环槽，加入新鲜的石灰石或石灰浆液进行再生7。 图1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程