某公司烧结机烟气脱硫除尘工程设计
大气污染控制工程设计报告
设计题目: 某公司烧结机烟气脱硫除尘工程设计方案
专 业 化学与环境工程
班 级 0903
学 号 [1**********]08
学生姓名 石 帅
设计时间 2012-2013学年下学期
教师评分
2012年 06月 18 日
目 录
1. 概述 ....................................... 2
1.1烟气脱硫除尘工程设计目的 ............ 2
1.2课程设计的组成部分 .................. 3
2. 烟气脱硫除尘工程设计的内容 ................. 4
2.1主要工艺计算 ........................ 4
2.2净化系统设计方案的分析确定错误!未定义
书签。
2.3除尘器和脱硫净化塔设计 .............. 6
2.4管网布置及计算 ..... 错误!未定义书签。
2.5风机及电机的选择设计 ............... 19
3. 总结 ...................................... 24
3.1设计总结 ........................... 24
3.2参考文献 ........................... 24
1. 概述
由于多管除尘器除尘的除尘效率不是很高,特别是对小颗粒粉尘的除尘效率
低,经多管旋风除尘后的原烟气中烟尘含量仍较高, 烟气中的烟尘除对脱硫系统的稳定运行产生影响外,还使烟尘回收利用价值大大降低。但由于烧结机生产形
式严峻,改造多管除尘器不具备条件,所以在维持现有生产的条件下,对现有多
管除尘器及引风机不做改动,在引风机的后部设计低压脉冲布袋除尘系统和脱硫
系统,使烟尘进一步回收利用和脱硫系统的稳定运行。
优点:除尘效率高,可达99.5 %以上,可以捕捉微细尘粒,耗电较少,操作
简便,能达到理想的除尘效果。
脱硫液采用内循环吸收方式。烟气与从上而下的、由喷嘴充分雾化的脱硫液
逆向对流接触,碱性的脱硫液充分吸收烟气中的SO2 后进入除雾器除雾,净化并
除雾之后的烟气可以直接排放。吸收了SO2 的脱硫液流入塔釜,由循环液泵从塔
釜打到喷淋层上,在喷淋层被喷嘴雾化,并在重力作用下落回塔釜。同时为了控
制脱硫浆液的浓度,用浆液排出泵外排一部分浆液至渣处理系统出渣。另外根据
塔釜浆液的pH 值变化,控制灰浆泵的转速,控制加入塔釜的石灰浆液量,实现
对脱硫液中脱硫剂浓度和pH 的相对稳定的控制,保证脱硫效率。
1.1烟气脱硫除尘工程设计目的:
通过设计进一步消化和巩固本能课程所学内容,并使所学的知识系统化,培
养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力。通过设计,了解工程设计的
内容、方法及步骤,培养确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘
制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。
1.2课程设计的组成部分
锅炉型号:SZL4-13型,共4台(2.8MW ³4)
设计耗煤量:600kg/h(台)
排烟温度:160℃
烟气密度(标准状态下):1.34kg/m3
空气过剩系数:α=1.4
排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例:16%
烟气在锅炉出口前阻力:800Pa
当地大气压力:97.86kPa
冬季室外空气温度:-1℃
空气含水(标准状态下)按0.01293kg/m3
烟气其他性质按空气计算
煤的工业分析值:
C Y =68% HY =4% SY =1% OY =5%
N Y =1% WY =6% AY =15% VY =13%
按锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2001)中一类区II 时段标准执行。
即:烟尘浓度排放标准(标准状态下):80mg/m3
二氧化硫排放标准(标准状态下):900mg/m3
净化系统布置场地如图3-1-1所示的锅炉房北侧15m 处,有一块长18米、
宽12米的空地,拟将净化系统安置此处。
2. 烟气脱硫除尘工程设计的内容
2.1主要工艺计算:
燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算:
⒈标准状态下理论空气量为:
Q '
a =4.76(1.867CY +5.56HY +0.7SY -0.7O Y )=4.76(1.867*0.68+5.56*0.04+0.7*0.01
-0.7*0.05)=6.97(m3/kg)
⒉标准状态下理论烟气量(设空气含湿量12.93g/m3):
Q '
s =1.867(C Y +0.375SY )+11.2HY +1.24WY +0.016Q'
a +0.79Q'
a +0.8NY
=1.867(0.68+0.375*0.01)+11.2*0.04+1.24*0.06+0.016*6.97+0.79*6.97+0.
8*0.01=7.43 (m 3/kg)
⒊ 标准状态下实际烟气量:
Q =Q'
s +1.016(a-1)Q'
s =7.43+1.016*0.4*7.43=10.45(m /kg) S 3
所以标准状态下烟气流量:Q=QS ³设计耗煤量=10.45*600=6270(m 3/h)
⒋ 标准状态下烟气含尘浓度:
C=0.16*0.15/10.45=0.0023(kg/ m 3)
⒌ 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算:
Cso 2=2*0.01/10.45*1000000=1913.88(mg/m3)
2.2净化系统设计方案的分析确定:
一、设计依据:
1. 严格按照锅炉大气污染物排放标准(GB13271-2001)中二类区标准、
烟尘浓度排放标准、二氧化碳排放标准进行设计计算。
2. 本初步设计适用于烧结机烟气脱硫除尘工程。除尘采用低压脉冲
布袋除尘器,确保粉尘达标排放;脱硫工艺采用喷淋吸收塔作为吸收
设备;
二、设计流程及目标:
1. 本期工程设计烟气流程为:烧结机→引风机→低压脉冲布袋除尘器
→脱硫装置→塔顶烟囱直排; 原有烟道与烟囱作为烟气旁路。
保证出口烟尘排放浓度
效率>96%,脱硫效率>53%。
2. 本系统为烧结机运行时产生的烟气经多管除尘后的进一步除尘。除
尘系统包括布袋除尘器和输灰系统。
烟气流程为:多管除尘器→排烟总管道→引风机→低压脉冲布袋除尘
器→增压风机→喷淋吸收塔→达标排放.
输灰流程为:除尘器灰斗→卸灰阀→埋刮板输送机→集灰输送机→烧
结皮带机经过净化处理后的气体排放浓度小于80mg/m3。
3. 本脱硫系统主要有吸收系统、烟气系统、脱硫液循环系统、脱硫剂
输送系统、工艺水系统、渣处理系统及电气控制系统组成。
脱硫液采用内循环吸收方式。烟气与从上而下的、由喷嘴充分雾化的
脱硫液逆向对流接触,碱性的脱硫液充分吸收烟气中的SO2 后进入除
雾器除雾,净化并除雾之后的烟气可以直接排放。吸收了SO2 的脱硫
液流入塔釜,由循环液泵从塔釜打到喷淋层上,在喷淋层被喷嘴雾化,
并在重力作用下落回塔釜。同时为了控制脱硫浆液的浓度,用浆液排
出泵外排一部分浆液至渣处理系统出渣。另外根据塔釜浆液的pH 值
变化,控制灰浆泵的转速,控制加入塔釜的石灰浆液量,实现对脱硫
液中脱硫剂浓度和pH 的相对稳定的控制,保证脱硫效率。
脱硫剂制备系统包括化灰池、化灰泵、灰浆池、灰浆泵等设备。生石
灰粉由翻斗车输送至化灰池,经搅拌后由化灰泵送到灰浆池,通过灰
浆泵根据塔釜pH 值定量输送至塔釜,控制脱硫系统的pH ,保证整个
系统的稳定运行。
脱硫渣处理系统,包括渣浆池、滤液池、渣浆泵、滤液泵、板框压滤
机等。经板框压滤机脱水后的渣浆固含量>60%,能基本满足汽车装
运。脱硫渣主要成分是亚硫酸钙,其化学性质稳定,目前主要的处理
方式是外运填埋。
由于吸收塔内水蒸发和脱硫渣带水,必须对系统进行补水,以维系系
统水平衡。根据系统的需要,工艺水的补充方式为:(1)调节石灰
浆液浓度,对灰浆池进行补水;(2)对除雾器进行冲洗的方式补水。
2.3除尘器和脱硫净化塔设计:
1.除尘器应该达到的除尘效率:
η=1-80/2300=96.5%
2. 除尘器的选择:
工况下烟气流量:
QT '
Q =T ' (m 3/h )
式中
Q ——标准状态下的烟气流量,(m 3/h )
T ——工况下烟气温度,K
T ——标准状态下温度,373 K
结果为
Q ' =9754(m 3/h )
Q' 9754' ==2. 736003600(m 3/s )
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
XD-Ⅱ-4型陶瓷多管式旋风除尘器,产品性能规格见表3.1
表3.1除尘器产品性能规格
表3.2 除尘器外型结构尺寸(见图3.1)
3. 脱硫工艺流程图:
图3.1 除尘器外型结构尺寸
2.4管网布置及计算:
1. 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、占地面积小,并使安装、操作和检修方便。 管道直径:
d =
式中
4Q
πν
(m )
Q ——工况下管道内烟气流量,m 3/s
ν——烟气流速 m/s (对于锅炉烟尘ν=10-15 m/s)取ν=14 m/s
结果为
d=0.50(m)
圆整并选取风道:
表3.3 风道直径规格表
内径 :
d1=500-2³0.75=498.5(mm)
由公式
d =
可计算出实际烟气流速:
4Q
πν
(m )
V=13.9(m/s)
2. 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3.4)确定烟囱的高度。
表3.4 锅炉烟囱的高度
锅炉总额定出力:4³5=20(t/h), 故选定烟囱高度为40 m 3. 烟囱出口内径可按下式计算:
Q
d =0. 0188
υ
(m )
式中 Q——通过烟囱的总烟气量,m 3/h; v ——按表3选取的烟囱出口烟气流速,m/s.
表3.5烟囱出口烟气流速/ (m/s)
选定v=4m/s 结果为 :
d=1.49(m )
圆整取d=1.5m。 4. 烟囱底部直径:
d 1=d 2+2∙i ∙H
(m )
式中
d 2——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=0.025 结果为:
d 1=3.5(m )
5. 烟囱的抽力:
S . 0342H (1273+t -1
y =0273+t ) ∙B
k p
式中
(Pa )
H ——烟囱高度,m ;
t k t p
——外界空气温度, °C ——烟囱内烟气平均温度,°C
B ——当地大气压,Pa 。 结果为:
Sy=183(Pa )
6. 系统阻力的计算:
6.1摩擦力损失: (1)对于圆管:
L ρν2
∆p L =λ∙
d 2
式中
(Pa )
λ——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
ρ——烟气密度,kg/m3
ν——管中气流平均速率, m/s
L ——管道长度,m 对于直径500mm 圆管:
L=9.5m
273273
ρ=ρn
273+160=1. 34⨯443
=0. 84
(kg /m 3)
结果为:
∆p L =30. 4
(Pa )
6.2局部压力损失:
∆p =ξ∙
ρν2
2
(Pa )
式中
ξ——异形管件的局部阻力系数,
ν——与ξ相对应的断面平均气流速率,m/s ρ——烟气密度,kg/m3
图3.7中一为渐缩管。
图3.7 除尘器入口前管道示意图α≦45度时,ξ=0.1,
取α=45度,ν=13.8m/s 结果为:
∆p =8.0(Pa )
L1=0.05³tan67.5=0.12(m )
图3.7中二为30度Z 形弯头
H=2.985-2.39=0.595=0.6(m )
H/D=0.6/0.5=0.12
取ξ' =0.157
ξ=ξRe ξ' =1.57 (ξRe =1.0)
结果为:
∆p =12.6(Pa )
图3.7中三为渐阔管
A 20. 35⨯1
A 1
==(Pa )
3. 14⨯
0. 498515. 2
4
l (1-0. 495)3=2
⨯tan 15 =0. 93
(m )
图3.8中a 为渐扩管
图3.8 除尘器出口至风机入口段管道示意图
α≦45度时,ξ=0.1,
取α=30度,
ν=13.8m/s
结果为:
∆p =8.0(Pa )
L=0.93(m)
图3.8中b 、c 均为90度弯头
D=500,取R=D 则ξ=0.23
结果为:
∆p =18.4(Pa )
两个弯头
∆p ' =2∆p =2⨯18. 4=36. 8
(Pa )
对于如图3.9中所示T 形三通管
ξ=0.78
∆p =62.4(Pa )
对于T 形合流三通ξ=0.55 结果为:
∆p =44(Pa )
系统总阻力损失(其中锅炉出口前阻力为800Pa ,除尘器阻力1128Pa )为:
∑∆h =30. 4+84. 1+8+12. 6+15. 2+8+36. 8+62. 4+44+800+1128=2329. 5
7. 系统中烟气温度的变化:
7.1 烟气在管道中的温度降:
∆t q ∙F 1=
Q ∙C (︒C )
V
式中
Q ——标准状态下烟气流量,m 3/h;
F ——管道散热面积,m 2
C V
——标准状态下烟气平均比热容(一般为1.352—1.357KJ/(m3²°C )
q ——管道单位面积散热损失 KJ/(m3²h)
Pa )
(
室内q =4187 KJ/(m3²h) 室外q =5443 KJ/(m3²h) 室内管道长:
L=2.18-0.6-0.12=1.46 F=∏L ²D=2.29 (m2)
室外管道长
L=9.5-1.46=8.04 (m) F=∏L ²D=12.62 (m2)
结果为 Δt1=9.4(°C)
7.2 烟气在烟囱中的温度降:
H ∙A ∆t 2=
D
式中
(︒C )
H ——烟囱高度,m 。
A ——温度系数,可由表7-2-1查得。
D ——合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和,t/h;
表4.1 烟囱温降系数
∆t 2=
HA D
=4(︒C )
总温度降:
∆t =∆t 1+∆t 2=13. 4(︒C )
2.5风机及电机的选择设计:
1. 风机风量的计算:
273+t p
273
101. 325B
Q y =1. 1Q ⨯
⨯
(m 3/h )
式中
1.1——风量备用系数,
Q ——标准状态下风机前表态下风量,m 3/h t p
——风机前烟气温度,若管道不太长,可以近似取锅炉排烟温度, °C
B ——当地大气压,kP 结果为
Q y =11109.8 (m 3/h)
2. 风机风压的计算:
H y =1. 2(∑∆h -S y )
273+t p 273+t y
⨯
101. 3251. 293
⨯B ρy
(Pa )
式中
1.2——风机备用系数;
∑∆h ——系统总阻力,Pa ;
S y t p t y
——烟囱抽力,Pa
——风机前烟气温度,°C
——风机性能表中给出的试验用气体温度,°C ——标准状态下烟气密度,kg/m3
ρy
结果为
H y =2400 (Pa)
根据H y 和Q y ,选定Y5-47Ⅱ型No.7c 的引风机,Y5-47Ⅱ型引风机是在原Y5-47Ⅱ型引风机性能基础上改进的产品,该引风机最佳工况点的全压内效率为85.6%,与原Y5-47Ⅱ型引风机相比较,由于进行了一系列改进,使噪声值有显著降低,噪声指标为12.5dB 。性能表如下。
表4.2引风机性能表
3. 电动机功率的计算:
Ne =
Q y H y β3600⨯1000η1η2
(kW )
式中
Q y H y
——风机风量,m 3/h ——风机风压,Pa
η1——风机在全压头时的效率(一般风机为0.6,高效风机约为0.9)
η2——机械传动效率,当风机与电机直联传动时η2=1,用联轴器连接时η2=0.95—0.98,用V 型带传动时η2=0.95
β——电动机备用系数,对引风机,β=1.3
Ne=16.9 (kW)
根据电动机的功率、风机的转速、传动方式选定Y180M-2型电动机。
4. 锅炉烟气除尘系统布置图和立面图分别见图4.3和4.4。
A-A 侧面图
图4.3 锅炉烟气除尘系统立面图
图4.4 锅炉烟气除尘系统布置图
3. 总结: 3.1设计总结:
对于烟气中那些微细尘粒, 在通过一级塔板后不可能全部被捕集, 还有一定数量的尘粒逸出, 当其通过多层塔板后, 微细尘粒凝并, 质量不断增大后被捕集、分离, 从而达到最佳除尘效果。
3.2参考文献:
[1] 郝吉明,马广大主编. 大气污染控制工程. 北京:高等教育出版社,2002 [2] 周兴求主编. 环保设备设计手册-大气污染控制设备. 北京:化学工业出版社,2004.
[3]大气污染控制工程(电子图书) [4]环保设备原理与设计应用(电子图书)
[5] 刘天齐主编. 三废处理工程技术手册(废气卷)北京:化学工业出版社,2002.
[6]网络除尘器资料和工艺流程图资料。