燃煤锅炉房除尘脱硫系统设计

课程设计说明书

某燃煤锅炉房除尘脱硫系统设计

专业：环境工程13-1

姓名：陈启帆

学号：23

2016 年 6 月

目录1 概述 (2)

1.1 设计目的 (2)

1.2 设计原始资料.......... 错误！未定义书签。

1.3 设计内容............ 错误！未定义书签。

2 燃煤锅炉排烟量，烟尘浓度、二氧化硫浓度的计算 (3)

2.1 标准状态下理论空气量. (5)

2.2 标准状态下理论烟气量. (5)

2.3 标准状态下实际烟气量. (6)

2.4 标准状态下烟气含尘浓度. (6)

2.5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算. (7)

3 除尘器的选择 (7)

3.1 除尘器应该达到的除尘效率. (7)

3.2 除尘器的选择 (7)

3.3 脱硫设备的设计与计算

┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈

┈┈┈┈┈┈┈8

4 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置 (12)

4.1 各装置及管道布置的原则. (12)

4.2 管径的确定 (12)

5 烟囱的设计 (13)

5.1 烟囱高度的确定. (13)

5.2 烟囱直径的计算. (13)

5.3 烟囱的抽力 (14)

6 系统阻力计算 (15)

6.1 摩擦压力损失 (15)

6.2 局部压力损失 (16)

7 风机和电动机的选择及计算 (19)

7.1 标准状态下风机风量计算. (19)

7.2 风机风压计算 (19)

7.3 电动机功率计算. (20)

参考文献 (27)

1 概述

1.1 设计目的

通过本课程设计的综合训练，使环境工程专业学生掌握《大气污染控制工程》课程所要求的基本设计方法，具备初步的大气污染控制工程方案及设备的独立设计能力，锻炼学生查阅和收集专业资料和设计手册的技能，培养学生综合运用所学的理论知识独立分析和解决大气污染控制工程实际问题的实践能力。

1.2 设计原始资料

1、锅炉耗煤及排烟情况

锅炉型号：SZL8-1.25 型（共 3 台）燃煤量：1196 kg/h （台）烟气出口处离地面 2.5m

排烟温度：160℃

烟气密度（标态）： 1.304kg/m 3 空气过剩系数： 1.40 飞灰占煤中不燃分分比例：19%

2、煤质分析

C Y=65.5%，H Y=5.5%，O Y=4.5%，N Y=1%，

S Y=1%，A Y=15.5%，W Y=6%，V Y=1%

3、粉尘粒径分布

粒径（μm）15~25 8~15 5~8 3~5 1~3 ≤ 1

含量（%） 3.6 4.8 49.2 37.1 4.2 1.1

4、气象资料

当地气象资料显示：该地区年平均气压97.86kPa ；空气中含水（标态）：0.0129kg/m 3；年平均气温18.6 ℃；极端最高气温

38.5 ℃；极端最低气温-1 ℃。

出口烟气按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2014）中二类标准执行。

烟尘浓度排放标准（标准状态下）：50mg/m3

二氧化硫排放标准（标准状态下）：300mg/m3

1.3 设计内容

1、基本物料衡算：计算燃煤锅炉排烟量、烟尘浓度、二氧化硫浓度及净化效率的计算；

2、净化系统工艺方案的确定；

3、主要设备尺寸的计算；

4、管网布置及计算：确定各装置的位置及管道的布置，并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径及系统总阻力。

5、风机及电机的选择设计：根据净化系统处理的烟气量、烟气温度及系统总阻力等的计算，选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。

6、编写设计说明书，约1～1.5 万字。

7、图纸要求：

（1）除尘系统图一张（推荐图幅A2）。系统图应按比例绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。

（2）除尘系统平面图一张（推荐图幅A2）。

2 燃煤锅炉排烟量、烟尘和二氧化硫浓度的计算

2.1 标准状态下理论空气量建立煤燃烧的假定：

1. 煤中固定氧可用于燃烧；

2. 煤中硫主要被氧化为SO2；

3. 不考虑NOX的生成；

4. 煤中的N 在燃烧时转化为N2。标准状态下理论空气量：

Q a 4.67 1.867C Y 5.56H Y 0.7S Y 0.7O Y m3/kg 式中

C Y=65.5%，H Y=5.5%，S Y=1%，O Y=4.5%——分别为煤中各元素所含的质量分数。

结果为

Q a=7.02 m 3/kg

2.2 标准状态下理论烟气量标准状态下理论烟气量：

Q s 1.867 C Y 0.375S Y 11.2H Y 1.24W Y 0.016Q a 0.79Q a 0.8N Y m3/kg 式中

Q a ——标准状态下理论空气量，m3 /kg；W Y—

—煤中水分所占质量分数，6%；

N Y——N元素在煤中所占质量分数，1%。

结果为

3

Q s=7.59 m3 /kg

2.3 标准状态下实际烟气量

标准状态下实际烟气量：

Q s Q s 1.016 1Q a m3/kg

——空气过量系数； 1.40

Q s ——标准状态下理论烟气量，m3 /kg；

Q a——标准状态下理论空气量，m3 /kg；标准状态下烟气流量Q应以m3 / h计，因此，

Q Q s 设计耗煤量

结果为

3

Q s=10.44 m3 /kg

Q Q s 设计耗煤量10.44 1196 12486.24 m3 /h

2.4 标准状态下烟气含尘浓度

标准状态下烟气含尘浓度：

d sh A Y

C dsh A kg/m 3

Q s

式中

d sh——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数，19%；

A Y——煤中不可燃成分的含量；15.5%

Q s——标准状态下实际烟气量，m3 /kg。

式中

S Y ——煤中含可燃硫的质量分数； 1% Q s ——标准状态下燃煤产生的实际烟气量

C SO 2

=1915.7 mg/m 3

C=0.00282 kg/m 3 =2820 mg/m 3

2.5 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算

C

SO 2

2S Y

106 mg/m3

m 3 /kg 。

结果为

3 除尘器的选择

3.1 除尘器应该达到的除尘效率

1C S

C

3

C ——标准状态下烟气含尘浓度，mg/m3；

C s——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg/m3。

结果为

=98.2% 脱硫效率计算：

C

1-C

so2

84.3%

C so2

式中：C so2 —标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中规定值为300mg/m 3

C so2 —标准状态下二氧化硫浓度1915.7 mg/m 3；

3.2 除尘器的选择

工况下烟气流量：

QT Q QT m3/h T 式中

Q——标准状态下的烟气流量，m3 /h

T ——工况下烟气温度，K

T ——标准状态下温度，273 K

19804 5.5

3600

根据工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定除尘 器：选择 LDB-70 脉冲袋式除尘器，产品性能规格见表 3.1

表 3.1LDB-70 脉冲袋式除尘器产品性能规格

根据资料得滤袋规格为直径×高： 120× 5000mm ，外形尺寸为长×宽× 高：

2000×2200×8000mm 。 4）袋径及长径比

袋径取 d=0.12m ，滤袋的长度取 L=5m ，则长径 L/D=5/0.12=41.6

5）. 工艺中袋式除尘器中滤料面积的计算

结果为

12486.24 273 160 =

273

19804 m 3 /h

q v

60v F

19804 60 2

2

165 (m 2 )

Q

3600 m

3

/s

6）确定滤袋尺寸：直径 d=0.12m ，高度 l=5m ，则每条滤袋面积 a ：

a πdl 3.14 0.12 5 1.88m

滤袋条数：

过滤面积为 A'=88 ×1.88=165.4 m 2

7）核算过滤气速

在 2-5m/min 的范围内，符合要求。

除尘器入口烟气高度设为 3m ，出口烟气高度为 7m

3.3 脱硫设备的设计与计算

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%[3] 。

采用石灰 / 石灰石浆液吸收烟气中的 SO2，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

A 165 a 1.88

88个

Q 19804

60A 60 165.4

2m/ min

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：CaO H2O Ca(OH) 2

11

Ca(OH) 2 SO2 CaSO3 H2O H 2O

22

11

CaCO3 SO2 H2O CaSO3 H2O CO2 ↑

22

11

CaSO4 H 2O SO2 H 2O Ca(HSO 3 )2

22

由于烟气中含有O2，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CaSO3 1H2O氧 2 化称为CaSO4 2H2O ：

1

2CaSO4 H2O O2 3H 2O 2CaSO4 2H 2O

4 2 2 2 2 4 2

由于在吸收过程中生成了部分Ca(HSO3)2 ，在氧化过程中，亚硫酸氢钙也被氧化，分解出少量的SO2 ：

1

Ca(HSO 3 )2 O2 H2O CaSO4 2H 2O SO2

2

设备运行过程中的问题及出现这种问题的原因： (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；Ca(OH) 2或CaCO3沉积或结晶析出；CaSO3或CaSO4 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

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。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

SO 2 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。

3. 吸收塔内流量计算

假设吸收塔内平均温度为 80 C ，压力为 120KPa ，则吸收塔内烟气流量 为：

273 t 101.325

Q V Q V

273 P

273 80 101.325 3

10.4

11.35m 3/s

273 120

式中：

Q V —吸收塔内烟气流量， m 3/s ； Q —标况下烟气流量， m 3/s ；

4. 吸收塔径计算

依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可选择吸收塔内烟气流速

取塔径 D 0 2200mm

5. 吸收塔高度计算

吸收塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。

1）吸收区高度：依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得，设吸收

12 / 28

v 3m/s ，则吸收塔截面

则塔径 d 为：

A 为：

A

Q v

11.35

3

3.78m 2 2.2m

v

4 3.78 3.14

塔喷气液反应时间 t=3s ，则吸收塔的吸收区高度为： H 1 v t 3 3 9m 吸收区一般设置 3～ 6 个喷淋层，每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴， 本设计中设置 4 个喷淋层， 喷淋层间距为 2m ，入口烟道到第一层喷淋 层的距离为 2m ， 最后一层喷淋层到除雾器的距离 1m 。 （2）除雾区高度：除雾器用来分离烟气所携带的液滴

, 在吸收塔中 ,

由上下两极除雾器 （ 水平或菱形 ） 及冲水系统 （ 包括管道、阀门和喷嘴 等 ） 构成。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最后一层喷淋层到除雾 器的距离 1m,除雾器的高度为 2.5m , 除雾器到吸收烟道出口的距离为 0.5m 。 则取除雾区高度为： H 2 4m

3）浆池高度：浆池容量 V

1按液气比浆液停留时间 t 1 确定：

V 1 L

Q t 1 1 G

1

15 5 3

37440 46.8m 3

1000 60

L

—液气比，一般为 15～25L /m 3，取 16L/m 3

； G

—标况下烟气量，

s ，一般 t 1为4min ~ 8min ，本设计中取值为

5min ；

D 0 ，本设计中选取的浆池直径 D 1为

2000mm ，

然后再根据 V 1

计算浆池高度：

式中： H 3 —浆池高度， m ；

式中：

m 3/h ；

t 1—浆液停留时间，

选取浆池直径等于吸收塔

H 3

4V 1

πD 1

4 46.8

3.14 22 1

4.9m

V1 —浆池容积，m3；从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.8 2m。本设计中取为 1.2m（4）喷淋塔烟气进口高度设计：喷淋塔烟气进口高度h4 3.210.52m ，烟气出口高度与进口高度相

420

同

5）吸收塔高度：

H H1 H2 H 3 9 4 14.9 1.2 0.52 2 30.14m

4 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置

4.1 各装置及管道布置的原则 根据锅炉运行情况及锅炉现场的实际情

况确定各装置的位置。 一旦 确定各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了。对各装置及管

道的布置应力求简单、紧凑、管路短、 和检修方便。

4.2 管径的确定

管道直径：

d

式中

Q

——工况下管道内烟气流量， m 3 /s

v ——烟气流速 m/s （ 对于锅炉烟尘 v =10-15 m/s ） 取 v =14 m/s 结果

为

4 5.5

d 4 51.45 0.7 m

圆整并选取风道 :

表 4.5 风道直径规格表

内径 :

dl 700-2 ×1=698mm

占地面积小，并使安装、操作 4Q

由公式

可计算出实际烟气流速：

4Q

v d 2

4 5.5

3.14 0.6982

14.4 m/s

5 烟囱的设计

5.1 烟囱高度的确定首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量（t/h ），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（表 5.1 ）确定烟囱的高度。

表 5.1 锅炉烟囱的高度

锅炉总额定出力：3×8=24（t/h ）, 故选定烟囱高度为45 m

5.2 烟囱直径的计算

烟囱出口内径可按下式计算：

d 0.0188 Q m

式中

Q ——通过烟囱的总烟气量，m3/h；

——按表 5.2 选取的烟囱出口烟气流速，m/s

表 5.2 烟囱出口烟气流速/ （m/s）

选定=4m/s

结果为:

d 0.0188 3 19804= 2.29m

取d=2.3 m

烟囱底部直

径：

d1 d2 2 i H (m)

式中

d2 ——烟囱出口直径，m；

H ——烟囱高度，m；

i ——烟囱锥度（通常取i=0.02-0.03 ）。

取i=0.02

结果为:

d=2.3 2 0.02 45=4.1 (m)

5.3 烟囱的抽力

11

S y 0.0342H B (Pa) y 273 t k 273 t p

式中

H ——烟囱高度，m；

t k ——外界空气温度，°C t p ——烟囱内烟气

平均温度，° C

B ——当地大气压，Pa。

结果为:

S y 169( pa)

烟囱烟气入口高度与风机水平

6.1 摩擦压力损失

（1）对于圆管：

L v

2

P L

L

d 2

式中

——摩擦阻力系数 （实际中对金属管道可

取 0.02. 对砖砌或混凝土管道可取 0.04 ）。

d ——管道直径 ,m

——烟气密度， kg/m 3 v ——管中气流平均速率 , m/s L ——管道长度 ,m

对于直径 700mm 圆管：

L=60m

n 273 1.304 273 0.80kg /m

3

273 160 443

结果为 :

6 系统阻力计算

Pa

P L

0.02

60 0.61

0.80 14.22

2

158.7 Pa

6.2 局部压力损失

p v

Pa

2

式中

——异形管件的局部阻力系数，

v ——与 相对应的断面平均气流速率， m/s

——烟气密度， kg/m 3

图中 2 为渐缩管。

图 6.2 除尘器入口前管道示意图

≦45 度时， =0.1， 取 =45 度， v =14.2m/s 结果为：

L1=0.05 ×tan67.5=0.12 （m ） 图中三为渐阔管

P 0.1

0.80 14.22

2

8.1( P a )