大氣脫硫除塵設(shè)計.doc
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1、 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書 學(xué)院(系): 能動學(xué)院 課程名稱:大氣污染控制工程 指導(dǎo)教師(簽名): 專業(yè)班級: 環(huán)工11 (1、2組) 學(xué)生姓名: 王浩 學(xué)號: 201120303044 一、課程設(shè)計題目 某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計 二、課程設(shè)計的目的 通過本課程設(shè)計環(huán)節(jié)的進行,目的是使學(xué)生對大氣污染控制工程課程中的理論基礎(chǔ)知識有更深入的理解,培養(yǎng)學(xué)生獨立設(shè)計能力,具備分析問題和解決問題的實踐能力,能夠所學(xué)知識進行工程實踐。掌握基本的設(shè)計方法,學(xué)會查閱技術(shù)資料,樹立正確的設(shè)計思想和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。
2、 三、課程設(shè)計的主要內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計要求、工作量要求等) 一.設(shè)計原始資料 1.鍋爐設(shè)備的主要參數(shù) 表一 鍋爐設(shè)備的主要參數(shù) 額定蒸發(fā)量(t/h)(2臺) 主蒸汽壓力(MPa) 主蒸汽溫度(℃) 燃煤量(t/h) 排煙量(m3/h) 排煙溫度(℃) 220 10 500 40 450000 145 2.煙氣密度(標準狀況下):1.34㎏/m3 空氣含水(標準狀況下):0.01296㎏/m3 煙氣在鍋爐出口的阻力:800Pa
3、 排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例:15% 當?shù)卮髿鈮海?7.86KPa 冬季室外空氣溫度:-20℃ 空氣過剩系數(shù):a=1.3 3.煤的工業(yè)分析值:C=68%;H=4%;S=1.5%;N=1%;W=6%;A=15%;V=13% 應(yīng)用基灰分:13.38%;應(yīng)用基水分:16.32%;可燃基揮發(fā)分:41.98%;應(yīng)用基低位發(fā)熱量:16768Kj/kg 二、設(shè)計排放標準 煙塵濃度排放標準(標準狀況下):200㎎/ m3 二氧化硫排放標準(標準狀況下):900㎎/ m3 三、設(shè)計要求 按鍋爐大氣污染排放標準(GB13271-
4、2001)中二類區(qū)標準執(zhí)行 凈化系統(tǒng)布置場地在鍋爐房北側(cè)20米以內(nèi) 一組設(shè)計除塵系統(tǒng) 二組設(shè)計脫硫系統(tǒng) 圖1-1.鍋爐房平面布置圖 四、工作進度安排 設(shè)計期限:2周 五、主要參考文獻 [1]大氣污染控制工程》郝吉明,馬廣大主編高等教育出版社 [2]《工業(yè)鍋爐除塵設(shè)備》 國家環(huán)保局支持中國環(huán)境科學(xué)出版社 [3]《除塵設(shè)備設(shè)計》化工設(shè)備設(shè)計全書編輯委員會編著上海科學(xué)技術(shù)出版社 [4]《鍋爐房工藝與設(shè)備》 劉新旺
5、主編科學(xué)出版社出版社 [5]《環(huán)保設(shè)備原理設(shè)計與應(yīng)用》鄭銘主編,陳萬金副主編;化學(xué)工業(yè)出版社 [6]《環(huán)保工作者實用手冊》楊麗芬,李友琥主編科學(xué)出版社 審核批準意見 系(教研室)主任(簽字) 目 錄 前 言 2 1設(shè)計任務(wù)書 3 1.1課程設(shè)計題目 3 1.2設(shè)計原始材料 3 2 設(shè)計方案的選擇確定 3 2.1標態(tài)下實際煙氣量的計算 4 2.2二氧化硫濃度的計算 5 2.3工況流量及去除效率的計算 6
6、 3脫硫工藝的選擇 7 4相關(guān)的設(shè)計計算 9 4.1.1脫硫塔設(shè)計計算 10 4.1.2塔徑及底面積計算 12 4.1.3漿液池 12 4.1.5煙氣進出口的設(shè)計 13 4.1.6除霧區(qū)高度計算 14 4.1.7脫硫塔總高度 4.2 5 小結(jié) 15 參考文獻 16 前 言 二氧化硫是大氣中主要污染物之一,是衡量大氣是否遭到污染的重要標志。世界上有很多城市發(fā)生過二氧化硫危害的嚴重事件,使很多人中毒或死亡。在我國的一些城鎮(zhèn),大氣中二氧化硫的危害較為普遍而又嚴重。因為煤炭在我國的能源結(jié)構(gòu)中依舊占據(jù)重要的地位,所以我國的大
7、氣污染以煤煙型污染為主,這就直接導(dǎo)致了我國的SO2排放量連年增長,SO2的排放已導(dǎo)致許多地區(qū)出現(xiàn)了嚴重的酸雨現(xiàn)象,由此引起我國酸雨區(qū)不斷擴大,造成全國每年經(jīng)濟損失1000億元以上,接近當年國民生產(chǎn)總值的2.4%。我國目前許多中小型燃煤工業(yè)鍋爐,這成為我國SO2排放的主要來源之一。而在這些鍋爐中,大部分沒有安裝脫硫設(shè)備,致使許多地區(qū)酸雨頻頻發(fā)生,嚴重危害了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康。 目前世界上減少二氧化硫排放量的主要措施有三種: 1.原煤脫硫技術(shù),可以除去燃煤中大約40%一60%的無機硫。優(yōu)先使用低硫燃料,如含硫較低的低硫煤和天然氣等。 2.改進燃煤技術(shù),減少燃煤過程中二氧化硫
8、和氮氧化物的排放量。例如,液態(tài)化燃煤技術(shù)是受到各國歡迎的新技術(shù)之一。它主要是利用加進石灰石和白云石,與二氧化硫發(fā)生反應(yīng),生成硫酸鈣隨灰渣排出。對煤燃燒后形成的煙氣在排放到大氣中之前進行煙氣脫硫。 3.目前主要用石灰法,可以除去煙氣中85%一90%的二氧化硫氣體。不過,脫硫效果雖好但十分費錢。例如,在火力發(fā)電廠安裝煙氣脫硫裝置的費用,要達電廠總投資的25%之多。這也是治理酸雨的主要困難之一。。 本設(shè)計是某燃煤采暖鍋爐房煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計,主要目的就是脫硫,以達到污染物排放標準。燃煤鍋爐燃燒過程排放的煙氣中含有大量的二氧化硫污染物,若不采取措施,將會對周圍大氣環(huán)境及居民造成嚴重的影響與
9、危害。 通過本課程設(shè)計環(huán)節(jié)的進行,目的是使學(xué)生對大氣污染物控制工程中的理論基礎(chǔ)知識有更加深入的理解,培養(yǎng)學(xué)生獨立設(shè)計能力,具備分析問題和解決問題的實踐能力。 1 設(shè)計任務(wù)書 1.1課程設(shè)計題目 某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設(shè)計 1.2設(shè)計原始材料 1. 煤的工業(yè)分析如下表(質(zhì)量比,含N量不計): 表1 低位發(fā)熱量 C H S W A V 16768kj/kg 68% 4% 1.5% 6% 15% 13% 2.空氣過剩系數(shù):1.3 3.排煙溫度:145℃ 4.煙氣密度:1.34kg/m3 5.按鍋爐大氣污染物排放標準(GB13
10、217-2001)中二類區(qū)標準執(zhí)行: 煙塵濃度排放標準 (標準狀況下): 200mg/m3 二氧化硫排放標準 (標準狀況下): 900mg/m3 2 設(shè)計方案的選擇確定 2.1標態(tài)下實際煙氣量的計算 燃燒單位質(zhì)量煤所需理論空氣量: 表3 樣煤成分表 重量(g) 摩爾數(shù)(mol) 需氧數(shù)(mol) C 680 56.67 56.67 H 40 40 10 S 15 0.47 0.47 H2O 60 3.33 以1kg燃煤燃燒為基礎(chǔ),則由上樣煤成分表得 理論需氧量為56.67+
11、10+0.47=67.14mol/kg 假定干空氣中氮和氧的摩爾比(體積比)為3.78,則1kg煤完全燃燒所需要的理論空氣量為: 67.14(3.78+1)22.4/1000=7.19m3/kg 理論空氣量條件下煙氣組成(mol)為: CO2:56.67 H2O:20+3.33 SOx:0.47 N2:67.143.78 理論煙氣量為 即 空氣過剩系數(shù)時,實際煙氣量為 2.2二氧化硫濃度的計算 煙氣中SO2濃度: V——標準狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實際煙氣量, 2.3工況流量及
12、去除效率的計算 工況流量 式中 Q——標準狀態(tài)下煙氣流量, ——工況下煙氣溫度,K ——標準狀態(tài)下溫度,273K 二氧化硫去除率: = 式中C、含義類上。 3.脫硫工藝的選擇 3.1 脫硫工藝比較 表5 幾種脫硫工藝比較 石灰石石膏法 簡易氨法 噴霧干燥法 LIFAC 電子束法 新氨法 磷氨肥法 環(huán)境性能 很好 好 好 好 很好 好 好 工藝流程簡易情況 石灰漿制備要求較高,流程也復(fù)雜 流程較簡單 流程較簡單 流程簡單 流程簡單,為干法過程 流程復(fù)雜,
13、要求電廠和化肥廠聯(lián)合實現(xiàn) 脫硫流程簡單,制肥部分復(fù)雜 工藝技術(shù)指標 脫硫率95%,鈣硫比1.1,利用率90% 脫硫率70%,鈣硫比1.1,利用率90% 脫硫率80%,鈣硫比2,利用率50% 脫硫率80%,鈣硫比2,利用率50% 脫硫率可達90%以上,并可脫一部分氮 脫硫率85%-90%,利用率大于90% 脫硫率95%以上 吸收劑獲得 容易 容易 較易 較易 一般 一般 一般 脫硫副產(chǎn)品 脫硫渣為CaSO4及少量煙塵,可以綜合利用,或送堆渣場堆放 脫硫渣為CaSO4及少量煙塵,可以綜合利用,或送堆渣場堆放 脫硫渣為煙塵、CaSO4、CaSO3、Ca(OH
14、)2的混合物,目前尚不能利用 脫硫渣為煙塵、CaSO4、CaSO3、CaO的混合物,目前尚不能利用 副產(chǎn)品為硫銨和硝銨混合物,含氮量20%以上,可作氮肥或復(fù)合肥料,無二次污染 副產(chǎn)品為磷酸銨和高濃度二氧化硫氣體(7%-11%),可直接用于工業(yè)硫酸生產(chǎn) 脫硫產(chǎn)品為含N+P2O5%以上的氮磷復(fù)合料 適用情況或應(yīng)用前景 燃高中硫煤鍋爐,當?shù)匾延惺沂V 燃燒高中硫煤鍋爐,當?shù)赜惺沂V 燃燒中、低硫煤鍋爐 燃燒中、低硫煤鍋爐 燃燒高中硫煤鍋爐,附近有液氨供應(yīng) 燃高中硫煤鍋爐,附近有聯(lián)合化肥廠和液氨 燃燒高硫煤鍋爐,附近有磷礦 對鍋爐及煙道的負面影響 腐蝕出口煙囪 腐蝕出
15、口煙囪 增加除塵器除灰量,塔壁易積灰 影響鍋爐和除塵器效率 腐蝕煙道 腐蝕煙道 3.2 煙氣脫硫(FGD)工藝經(jīng)濟性能比較 表6 幾種煙氣脫硫(FGD)工藝經(jīng)濟性能比較 工藝流程 濕式石灰石-石膏法 噴霧干燥法 LIFAC法 CDSI 法 適用煤種含硫量(%) >1.5 1-3 <2 <2 Ca/S 1.1 1.5 2.0 1.5 鈣的利用率(%) >90 40-45 35-40 4-45 脫硫成效(%) >90 80-85 70-75 60-70 投資占電廠投資比例(%) 13-19 8-1
16、2 3-5 2-4 脫硫費用(元/tSO2脫除) 900-1250 750-1050 600-900 600-800 設(shè)備占地面積 大 中 小 極小 灰渣狀態(tài) 濕 干 干 干 煙氣再熱 需 無需 無需 無需 3.3 脫硫方案的確定 目前, 燃煤企業(yè)脫硫技術(shù)大體可概括為干法、半干法和濕法, 而技術(shù)比較成熟、應(yīng)用最廣泛的是濕法石灰石/石膏法, 但是該工藝存在投資運行費用高、易結(jié)垢、易腐蝕等問題, 造成設(shè)備腐蝕快、維護費用高, 現(xiàn)場應(yīng)用也受到一定限制。 3.4 脫硫塔類型選擇 目前較常用的吸收塔主要有噴淋塔、填料塔、噴射鼓泡塔和道爾頓型
17、塔四類 。噴淋塔是濕法脫硫工藝的主流塔型,而填料塔作為氣液兩相在塔內(nèi)連續(xù)接觸的典型形式。 3.5 噴淋塔 含塵空氣進氣口進入除塵箱,因氣體突然擴張,流速驟然降低,顆料較粗的粉塵,靠其自重力向下沉降,落入灰斗。細小粉塵通過各種效應(yīng)被吸附在濾袋外壁,經(jīng)濾袋過濾后的凈化空氣,通過文氏管進入上箱體,從出氣口排出,被吸附在濾袋外壁的粉塵,隨著時間的增長,越積越厚,除塵器阻力逐漸上升,處理的氣體量不斷減少,為了使除塵器經(jīng)常保持有效狀態(tài),設(shè)備阻力穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi),就需要清除吸附在濾袋外面的積灰。 3.6 填料塔 填料塔內(nèi)氣液兩相連續(xù)接觸,清灰方式作用強度很大,而且其強度和頻率都可以調(diào)節(jié),所
18、以清灰效果好。 本設(shè)計采用噴淋塔。 4 相關(guān)的設(shè)計計算 4.1.1 脫硫塔設(shè)計計算 吸收塔是脫硫裝置的核心設(shè)備,采用集冷卻、吸收、除霧于一體的噴淋空塔。脫硫塔由塔筒體、吸收器、除霧器、沖洗系統(tǒng)等組成。 由前面計算得鍋爐在標準狀況下煙氣流量為: 4.1.2 塔徑及底面積計算 塔內(nèi)流速:取 煙氣中SO2的產(chǎn)生量為0.4722.4/100040000=421.12m3/h=0.117m3/s 煙氣的體積流量(標準狀況下)Q1=(9.64740000)/3600=107m3/s 設(shè)塔內(nèi)操作溫度為50℃,此條件下煙氣流量為: Q2=107(50+273)
19、/(20+273)=117.9m3/s 取2.89m D=2r=5.78m 即塔徑為5.78米。底面積S=πr2=26.23m2 4.1.3 吸收區(qū)的高度計算 依據(jù)石灰石法煙氣脫硫的操作條件參數(shù)得,選擇噴淋塔噴氣液反應(yīng)時間t=2.5s,則吸收區(qū)的高度為: h1=vt=4.52.5=11.25m 4.1.4漿液池 漿池容量V1=L/GQt 根據(jù)經(jīng)驗石灰石法噴淋塔中液氣比一般為15-25L/m3,本工藝取15L/m3 V─煙氣標態(tài)濕態(tài)容積 t―漿液停留時間 V=15117300=523.5m3 選取漿液池的內(nèi)徑略大于吸收區(qū)內(nèi)徑D2=7m 漿液池高度:h
20、2=4V/(πd22)=4526.5/(π72)=13.6m 煙氣進口底部到漿液面距離一般為0.8-1.2m,取h3=1m。 4.1.5煙氣進出口的設(shè)計 取入口寬度與直徑之比0.6,出口寬度與直徑之比取0.7.則入口寬度: L1=9.20.6=5.52m L2=9.20.7=6.44m 一般取吸收入口煙氣溫度為100,出口煙氣溫度為50. V入=117373.15/293.15=148.9m3/s V出=117323.15/293.15=128.9m3/s 進出口煙氣流速一般為12-18m/s,取15m/s 則入口高度h入=148
21、.9/(155.52)=1.79m 出口高度h出=128.9/(156.44)=1.33m 4.1.6 除霧區(qū)高度計算 除霧器設(shè)計為兩段,每層除霧器上下各設(shè)有沖洗噴嘴。最下層沖洗噴嘴距最上層噴淋層3~3. 5m ;距最上層沖洗噴嘴3. 4~3. 5m,這里都取3. 5m,則除霧區(qū)高度 最上層沖洗噴嘴距吸收塔出口的距離為塔直徑的50%~100%,這里取80%,故該距離為 4.1.7 脫硫塔總高度 綜上,噴淋塔總高度 4.2 煙囪的設(shè)計 4.2.1 煙囪高度的確定 4.2.2煙囪有效源高度 相關(guān)資料可得燃燒鍋爐煙囪最低允
22、許高度設(shè)為Hs=60m 煙氣熱釋放熱計算 工況下Qv= n1取3/5,n2取2/5,n0取0.292 4.2.3 煙囪直徑的確定 設(shè)煙氣在煙囪內(nèi)流速 V=40m/s,平均截面積為 A=163/40=4.07m2 平均直徑 4.3 系統(tǒng)阻力計算 4.3.1 摩擦阻力計算 式中L——管道長度,m d——管道直徑,m ——煙氣密度, ——管中氣流平均速率 ——摩擦阻力系數(shù) 5.小結(jié) 感謝我的指導(dǎo)老師商老師耐心的看完了我的設(shè)計。通過本次
23、課程設(shè)計,我充實了自己的專業(yè)知識,了解了很多環(huán)境工程設(shè)計方面的工藝,結(jié)合了課堂上的理論知識,熟悉了煙氣脫硫的計算與設(shè)計流程、方法與步驟,嘗試了編寫了一個簡單的設(shè)計說明書。 由于大氣設(shè)計的資料較少,此次設(shè)計遇到了很多困難,也感謝所有在此次設(shè)計中給予我?guī)椭慕M員。 參考文獻 [1] 郝吉明,馬廣大 大氣污染控制工程 高等教育出版社 2002. [2] 丁承剛. 濕法煙氣脫硫關(guān)鍵參數(shù)簡析[J ] 國際電力出版社 2002 [3] 金毓荃 環(huán)境工程設(shè)計基礎(chǔ)[M] 北京化學(xué)工業(yè)出版社 2002 [4] 柴曉利等 環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南[M] 化學(xué)工業(yè)出版社 2008 [5] 李喜等 煙氣脫硫技術(shù)研究進展[J] 化學(xué)工業(yè)與工程 2006
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