大氣課程設計鍋爐煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設計鍋爐煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設計說明書目錄1.前言2.設計任務書2.1設計題目2.2設計原始資料2.3設計內容和要求3.設計計算3.1煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計算3.1.1標準狀態(tài)下理論空氣量3.1.2標準狀態(tài)下理論煙氣量3.1.3標準狀態(tài)下實際煙氣量3.1.4標準狀態(tài)下煙氣含塵濃度3.1.5標準狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度的計算3.2除塵器設備的設計與計算3.2.1袋式除塵器的概念3.2.2袋式除塵器的工作原理3.2.3袋式除塵器的濾料3.2.4袋式除塵器的清灰方式設計說明：本文旨在介紹鍋爐煙氣除塵脫硫系統(tǒng)的設計。首先，我們將介紹設計任務書，其中包括設計題目、設計原始資料和設計內容和要求。接著，我們將詳細介紹設計計算部分。在煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計算中，我們將涵蓋標準狀態(tài)下理論空氣量、理論煙氣量、實際煙氣量、煙氣含塵濃度以及煙氣中二氧化硫濃度的計算。在除塵器設備的設計與計算中，我們將詳細介紹袋式除塵器的概念、工作原理、濾料以及清灰方式。通過這些計算和設計，我們能夠有效地減少鍋爐煙氣中的污染物，保護環(huán)境和人類健康。3.2.5選擇和計算袋式除塵器在工業(yè)生產中，袋式除塵器是一種常見的粉塵過濾設備。在選擇袋式除塵器時，需要考慮處理空氣流量、過濾面積、過濾速度等因素。計算袋式除塵器的尺寸時，需要根據設備的處理能力和過濾效率來確定。3.3脫硫設備的設計與計算煙氣脫硫技術是一種常用的環(huán)保設備，可以有效地去除煙氣中的二氧化硫。其中，石灰石/石灰法濕法脫硫技術是一種成熟的脫硫技術。在設計和計算脫硫設備時，需要考慮石灰石/石灰的用量、吸收塔的尺寸和排放標準等因素。3.3.1石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術的原理石灰石/石灰法濕法脫硫技術是通過將石灰石/石灰噴入吸收塔中，與煙氣中的二氧化硫反應生成石膏，從而達到脫硫的目的。該技術具有脫硫效率高、排放物質穩(wěn)定等優(yōu)點。3.3.2石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術的工藝流程石灰石/石灰法濕法脫硫技術的工藝流程主要包括石灰石/石灰制備、煙氣處理、石膏處理等環(huán)節(jié)。在煙氣處理環(huán)節(jié)中，需要考慮煙氣的流量、吸收塔的尺寸等因素。3.3.3吸收塔內流量計算在設計吸收塔時，需要計算吸收塔內的流量。流量的計算需要考慮煙氣的流量、石灰石/石灰的用量等因素。通過計算，可以確定吸收塔的尺寸和工藝參數。3.3.4吸收塔徑計算吸收塔的直徑是設計中的重要參數之一。吸收塔的直徑需要根據煙氣流量、石灰石/石灰用量等因素來確定。通過合理的計算，可以保證吸收塔的效率和穩(wěn)定性。3.3.5吸收塔高度計算吸收塔的高度也是設計中的重要參數之一。吸收塔的高度需要根據煙氣流量、石灰石/石灰用量等因素來確定。通過合理的計算，可以保證吸收塔的效率和穩(wěn)定性。3.4煙囪的設計計算煙囪是煙氣排放的重要設備，其設計和計算需要考慮煙氣的溫度、流量、密度等因素。在設計煙囪時，需要計算煙氣的釋放熱、煙囪直徑、煙氣抬升高度、煙囪的幾何高度和阻力等參數。3.4.1煙氣釋放熱計算煙氣的釋放熱是煙囪設計中的重要參數之一。煙氣的釋放熱需要根據煙氣的溫度、流量、密度等因素來計算。通過合理的計算，可以確定煙囪的尺寸和工藝參數。3.4.2煙囪直徑的計算煙囪的直徑是設計中的重要參數之一。煙囪的直徑需要根據煙氣流量、密度、溫度等因素來確定。通過合理的計算，可以保證煙囪的效率和穩(wěn)定性。3.4.3煙氣抬升高度計算煙氣抬升高度是煙囪設計中的重要參數之一。煙氣抬升高度需要根據煙氣的密度、溫度等因素來計算。通過合理的計算，可以確定煙囪的尺寸和工藝參數。3.4.4煙囪的幾何高度計算煙囪的幾何高度是煙囪設計中的重要參數之一。煙囪的幾何高度需要根據煙氣抬升高度、煙氣流速等因素來計算。通過合理的計算，可以保證煙囪的效率和穩(wěn)定性。3.4.5煙囪阻力計算煙囪的阻力是煙囪設計中的重要參數之一。煙囪的阻力需要根據煙氣流速、煙囪直徑等因素來計算。通過合理的計算，可以保證煙囪的效率和穩(wěn)定性。3.5系統(tǒng)阻力的計算系統(tǒng)阻力是指流體在管道中流動時所受到的阻力。在設計和計算環(huán)保設備時，需要考慮系統(tǒng)阻力的大小及其對設備運行的影響。系統(tǒng)阻力的計算包括摩擦阻力損失計算、局部阻力損失計算和系統(tǒng)總阻力計算等。3.5.1摩擦阻力損失計算摩擦阻力損失是指流體在管道中流動時，由于管道內壁和流體之間的摩擦而產生的阻力。摩擦阻力損失的大小與管道長度、管道直徑、流速等因素有關。通過合理的計算，可以確定管道的尺寸和工藝參數。3.5.2局部阻力損失計算局部阻力損失是指流體在管道中通過彎頭、三通、節(jié)流器等局部構件時所受到的阻力。局部阻力損失的大小與局部構件的形狀、尺寸等因素有關。通過合理的計算，可以確定局部構件的尺寸和工藝參數。3.5.3系統(tǒng)總阻力計算系統(tǒng)總阻力是指流體在管道中流動時所受到的總阻力。系統(tǒng)總阻力的大小與摩擦阻力損失、局部阻力損失等因素有關。通過合理的計算，可以確定系統(tǒng)的尺寸和工藝參數。3.6風機和電動機的計算風機和電動機是環(huán)保設備中常用的動力設備。在設計和計算風機和電動機時，需要考慮設備的功率、轉速、效率等因素。通過合理的計算，可以確定風機和電動機的尺寸和工藝參數。1.前言隨著經濟和社會的發(fā)展，燃煤鍋爐排放的二氧化硫嚴重地污染了我們的環(huán)境。由于中國燃料結構以煤為主，導致中國目前大氣污染仍以煤煙型污染為主，其中塵和酸雨危害最大，且污染程度還在加劇。因此，控制燃煤煙塵和SO2對改善大氣污染狀況至關重要。高溫氣體凈化主要包括脫硫和除塵兩部分，此外還須脫除HCI、HF和堿金屬蒸汽等有害雜質。本設計除塵采用袋式除塵器，其除塵效率一般可達99%以上。雖然它是最古老的除塵方法之一，但由于它效率高，性能穩(wěn)定可靠、操作簡單，因而獲得越來越廣泛的應用。目前，世界上煙氣脫硫工藝有上百種，但具有實用價值的工藝僅十幾種。根據脫硫反應物和脫硫產物的存在狀態(tài)可將其分為濕法、干法和半干法三種。濕法脫硫工藝應用廣泛，占世界總量的85.0%。本設計采用石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術，其工藝成熟，吸收劑廉價易得，因而得到廣泛應用。2.設計任務2.1設計題目鍋爐煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設計。2.2設計原始數據1.鍋爐設備主要參數表1鍋爐設備主要參數|主蒸汽壓力|燃煤量|額定蒸發(fā)量(t/h)|主蒸汽溫度℃|排煙溫度℃||---|---|---|---|---||2.2098MPa|15403.6t/h|4140-150℃|32℃|2.煙氣密度(標準狀態(tài)下)：1.34kg/m3空氣過剩系數：α=1.35排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：16%煙氣在鍋爐出口前阻力：800Pa當地大氣壓力：97.86kPa冬季室外空氣溫度：-2℃空氣含水(標準狀態(tài)下)按0.01293kg/m3煙氣其他性質按空氣計算3.煤的工業(yè)分析值：C=68%H=4%S=1%O=2%根據鍋爐大氣污染排放標準（GB13271-2001）中的二類區(qū)標準，煙塵濃度排放標準為200mg/m3，二氧化硫排放標準為900mg/m3。凈化系統(tǒng)的布置場地應在鍋爐房北側15m以內。管道長度為50m，有90°彎頭10個。設計要求包括以下內容：（1）根據燃煤的原始數據計算鍋爐燃燒產生的煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度；（2）凈化系統(tǒng)設計方案的分析，包括凈化設備的工作原理及特點、運行參數的選擇與設計、凈化效率的影響因素等；（3）除塵設備結構設計計算；（4）脫硫設備結構設計計算；（5）煙囪設計計算；（6）管道系統(tǒng)設計，阻力計算，風機電機的選擇；（7）編寫設計說明書，包括方案的確定、設計計算、設備選擇和有關設計的簡圖等內容；（8）繪制系統(tǒng)圖和系統(tǒng)平面布置圖。煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計算以1kg煤為例，組分質量、摩爾數、需氧量、產煙氣量等數據已給出。標準狀態(tài)下理論空氣量為7.11(m3/kg)，標準狀態(tài)下理論煙氣量為7.42(m3/kg)，標準狀態(tài)下實際煙氣量為9.91(m3/kg)。每小時產生的煙氣量為3.61×105(m3/h)。在袋式除塵器中，含塵氣體從進氣口進入除塵器，經過預處理后進入布袋室，被布袋過濾材料截留，凈化后的氣體則從出氣口排出。當袋式除塵器運行一段時間后，由于過濾材料上積累了大量的粉塵，會影響除塵效果，此時需要進行清灰操作。清灰方式有機械振打、氣體反吹和脈沖清灰等多種方法，其中脈沖清灰是最常用的一種方法。脈沖清灰是利用壓縮空氣將濾袋內的粉塵吹掉，清灰效果好，不會對濾袋造成損傷。袋式除塵器是一種高效可靠的除塵設備，其除塵效率可達99%以上。雖然這種方法最早出現，但由于其性能穩(wěn)定、操作簡單，因此在工業(yè)尾氣的凈化方面得到了廣泛應用。隨著科技的發(fā)展，袋式除塵器在濾料、清灰方式和運行方式等方面也得到了不斷的改進和創(chuàng)新。傳統(tǒng)的圓形濾袋已經被扁形濾袋所取代，扁袋在相同的過濾面積下具有更小的體積，更適合實際應用。含塵氣流從下部孔板進入圓筒形濾袋內，經過濾料的孔隙后，粉塵被捕集于濾料上，而清潔氣體則通過排出口排出。常用的濾料由棉、毛、人造纖維等加工而成，濾料本身網孔較大，孔徑一般為20-50μm，表面起絨的濾料為5-10μm，因此新鮮濾料的除塵效率較低。顆粒逐漸在濾袋表面形成粉塵層，常稱為粉塵初層，成為袋式除塵器的主要過濾層，提高了除塵效率。濾布只起著形成粉塵初層和支撐它的骨架作用。但隨著顆粒在濾袋上積聚，濾袋兩側的壓力差增大，會把有些已附在濾料上的細小粉塵擠壓過去，使除塵效率下降。因此，除塵器阻力達到一定數值后，要及時清灰。清灰不能過分，否則會引起除塵效率顯著降低。對于粒徑0.1-0.5μm的粒子，清灰后濾料的除塵效率在90%以下；對于1μm以上的粒子，效率在98%以上。當形成顆粒層后，對所有粒子的效率都在95%以上，對于1μm以上的粒子效率都高于99.6%。另一個影響袋式除塵器效率的因素是過濾速度。過濾速度定義為煙氣實際體積流量與濾布面積之比，也稱為氣布比。其大小直接影響到袋式除塵器的一次性投資、運行費用、除塵效率等。過濾速度太高會造成壓力損失過大，降低除塵效率，使濾袋堵塞以至快速損壞。但是，提高過濾速度可以減少過濾面積，以較小的設備來處理同樣流量的氣體。過濾速度小會提高除塵效率，延長濾袋使用壽命，但會造成除塵器過于龐大，一次性投資加大。它與粉塵性質、氣體含塵濃度、濾袋材質和清灰方式等因素有關。一般若含塵濃度高、粉塵顆粒小，過濾速度應取小值，反之則取高值。濾料是袋式除塵器的核心部分，其性能對袋式除塵器的操作有重要影響。在選擇濾料時，必須考慮含塵氣體的特征，例如顆粒和氣體的性質（溫度、濕度、粒徑和含塵濃度等）。性能良好的濾料應具備容量大、吸濕性小、效率高、阻力低、使用壽命長、耐溫、耐磨、耐腐蝕和機械強度高等優(yōu)點。除了與纖維本身的性質有關外，濾料表面結構也對濾料特征有很大影響。表面光滑的濾料容塵量小，清灰方便，適用于含塵濃度低、黏性大的粉塵，采用的過濾速度不宜過高。表面起絨的濾料容塵量大，顆粒能深入濾料內部，可以采用較高的過濾速度，但必須及時清灰。袋式除塵器的濾料種類較多。按濾料材質分，有天然纖維、無機纖維和合成纖維等；按濾料結構分，有濾布和毛氈兩類。棉毛織物屬于天然纖維，價格較低，適用于凈化沒有腐蝕性、溫度在350-360K以下的含塵氣體。無機纖維濾料主要指玻璃纖維濾料，具有過濾性能好、阻力低、化學穩(wěn)定性好、價格便宜等優(yōu)點。用硅酮樹脂處理玻璃纖維濾料能提高其耐磨性、疏水性和柔軟性，還可以使其表面光滑易于清灰，可在523K以下長期使用。但是，玻璃纖維較脆，經不起揉折和摩擦，使用上有一定的局限性。尼龍織布的最高使用溫度可達368K，耐酸性不如毛織物，但耐磨性好。奧綸的耐酸性好，耐磨性差，使用溫度可達423K。滌綸的耐熱、耐酸性能較好，耐磨性也僅次于尼龍，可長期在413K下使用，滌綸絨布在我國是性能較好的一種濾料。袋式除塵器的清灰方式有很多種。機械振打式清灰是最早出現的清灰方式之一，其結構一般是使用某些裝置來對濾袋的框架結構進行振打或搖晃，通過濾袋的振動來達到清落灰塵的目的。這種清灰方式結構非常簡單，甚至人工都可以完成。一般高頻率振動清灰和機械振打比較常見。機械振打式清灰的幾種操作方式包括沿水平方向振打、沿豎直方向振打、利用振動實現清灰、綜合前兩種方式疊加在一起，以及利用偏心軸上的搖桿。其中，利用偏心軸上的搖桿的清灰方式通過振動圓管，使濾袋在各個方向上產生搖動，從而實現清灰。此外，還有一種清灰方式是利用高速旋轉的偏心輪讓濾袋產生頻率很高的振動，從而實現清灰。不同的清灰方式有不同的優(yōu)缺點，應根據具體情況選擇合適的清灰方式。逆氣流清灰是一種除塵方式，其清灰時氣流方向與正常過濾時相反。在清灰時，需要關閉含塵氣流，開啟逆氣流進行反吹風。這樣可以使濾袋變形，從而讓沉積在濾袋內表面的灰塵破壞、脫落，最終落入灰斗。袋式除塵器的過濾風速一般為0.3-1.2m/min，壓力損失控制范圍為1000-1500Pa。與機械振打式類似，逆氣流清灰的袋式除塵器一般也是劃分成多個袋室的，并且通過使用閥門，來對袋室進行逐個的提供反向的氣流。這個反向氣流既可以由專門的風機來提供，也可以由系統(tǒng)的主風機來提供。為了增強逆氣流清灰裝置的清灰效果，常常會通過安裝一些自動閥門來使反向氣流產生脈沖。逆氣流清灰的清灰效果必須在過濾的氣流速度較低時才會體現出來，因為它本身的清灰作用就比較弱。但是它的優(yōu)點是清灰比較均勻，對濾袋的損壞比較小，而且也不會產生劇烈的振動。脈沖噴吹清灰是利用高壓壓縮空氣反吹，產生強度較大的清灰效果。在清灰操作時，將壓縮空氣噴射入濾袋，氣流的速度非常高，而且持續(xù)的時間非常短，一般不超過0.2s。同時，引導大量的空氣進入濾袋，使濾袋產生急劇的膨脹并發(fā)生振動，從而使粘附在濾袋上的粉塵脫離并清落下去。每清灰一次稱為一個脈沖，全部濾袋完成一個清灰循環(huán)的時間稱為脈沖周期，通常為60s。在選擇和計算袋式除塵器時，需要考慮除塵效率、工況下煙氣流量、濾料的選擇以及袋徑及長徑比等因素。除塵效率可以通過計算公式得出，而工況下煙氣流量需要考慮標準狀態(tài)下的煙氣流量、工況下的煙氣溫度、標準狀態(tài)下溫度以及工況下的大氣壓等因素。濾料的選擇需要根據煙氣溫度來確定，一般可以選擇可以在高溫下長期使用的玻璃纖維作為濾料。袋徑及長徑比則需要根據具體的除塵器設計來確定。根據要求，袋徑取d=400mm，濾袋長度取L=5m，因此長徑比為L/D=12.5，符合要求。接下來計算過濾面積，采用逆氣流反吹清灰，取υF=1.5m/min，總過濾面積為A=6355.56m2。確定濾袋尺寸為直徑d=0.4m，高度l=5.5m，每條濾袋面積為a=6.91m2，濾袋條數為920個。袋式除塵器分為六個室，單室濾袋條數為n=154條，取n=160條。每個小室中將濾袋分為8組，每組由5列4排組成，每組之間留有400mm寬的檢修人行道，編排濾袋和殼體間也留有200mm寬的檢修人行道，每個濾袋中留50mm的間距。由此可計算出小室的B×L=5200×8600mm，過濾面積為A'=6633.6m2。核算過濾氣速為1.44m/min，在0.5-2.0m/min的范圍內，符合要求。根據除塵器的處理煙氣量和總過濾面積，選擇TFC-10000型號的反吹袋式除塵器。在進行脫硫設備的設計與計算時，采用石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術的原理。為5～10min，取7min。則漿池高度為：H3=V1A=451.2536.50=12.37m綜上所述，吸收塔總高度為：H=H1+H2+H3=9+4+12.37=25.37m。改寫如下：3.3.2石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術的工藝流程石灰石/石灰法濕式煙氣脫硫技術的工藝流程如圖1所示。鍋爐煙氣經過除塵和冷卻后，進入吸收塔。吸收塔內使用調配好的石灰石或石灰漿液洗滌含有SO2的煙氣，然后洗滌凈化后的煙氣經過除霧和再熱后排放。吸收塔內排出的吸收液流入循環(huán)槽，加入新鮮的石灰石或石灰漿液進行再生[1]。圖1石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術的工藝流程3.3.3吸收塔內流量計算假設吸收塔內平均溫度為80℃，壓力為120KPa，則吸收塔內煙氣流量為：QV=Q×273P3.61×105×273+t=109.49m3/s3600其中，QV為吸收塔內煙氣流量，Q為標況下煙氣流量。3.3.4吸收塔徑計算根據石灰石煙氣脫硫的操作條件參數，可選擇吸收塔內煙氣流速v=3m/s，因此吸收塔截面積為：A=QV÷v=36.50m2吸收區(qū)一般設置3～6個噴淋層，本設計中設置4個噴淋層，噴淋層間距為2m，入口煙道到第一層噴淋層的距離為2m，最后一層噴淋層到除霧器的距離1m。取塔徑D=7m，則塔徑d為：d=6.82m3.3.5吸收塔高度計算吸收塔可看做由吸收區(qū)、除霧區(qū)和漿池三部分組成。依據石灰石法煙氣脫硫的操作條件參數，設吸收塔噴氣液反應時間t=3s，則吸收區(qū)高度為：H1=v×t=9m除霧器的高度為2.5m，除霧器到吸收煙道出口的距離為0.5m。最后一層噴淋層到除霧器的距離1m。因此，除霧區(qū)高度為：H2=4m漿池容量V1按液氣比和漿液停留時間t1確定，其中液氣比一般為15～25L/m3，本設計取15L/m3，漿液停留時間t1為7min。則漿池高度為：H3=V1÷A=12.37m綜上所述，吸收塔總高度為：H=H1+H2+H3=25.37m。本設計中，吸收塔的設計流量為5分鐘內的煙氣量，即V1=451.25m3。為了滿足設計要求，漿池直徑被選為吸收塔直徑D，即D1=7m。根據V1計算漿池高度H3，公式為H3=4V1/（223.14×7π）=11.73m。煙氣進口底邊高度從漿池液面到煙氣進口底邊的高度為0.8：2m，在本設計中取為1.5m。噴淋塔煙氣進口高度h4的設計公式為：H4=此外，吸收塔的高度H為H1+H2+H3+H4+0.52×2=27.27m。煙囪的有效高度H由煙囪的幾何高度HS和煙囪抬升高度ΔH決定，公式為H=HS+ΔH。煙氣熱釋放率QH的計算公式為QH=0.35P×Qs×Ts，其中P為大氣壓力，Qs為實際排煙量，Ts為煙囪出口處的煙氣溫度。在環(huán)境大氣溫度下，煙氣流量為158.89m3/s，煙氣熱釋放率為1627.43kw。煙囪的平均內徑D可由公式D=4Qs/πυ計算，其中Qs為實際煙氣流量，υ為煙氣在煙囪內的流速。在本設計中，煙囪直徑被選為DN3.2m。煙