大氣污染控制工程課程設計韓欣池

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1、 專業(yè)：　 環(huán) 境 工 程　 班級：　 環(huán) 081　 學號：　 0808042024 姓名：　 韓 欣 池 　 完成日期　 2011 年　1　月　12　日 前言 硫氧化物產(chǎn)生的一次污染和二次污染對人類產(chǎn)生嚴重的危害。生成硫氧化物的主要途徑是燃煤過程向大氣中排放大量的硫氧化物氣體。我國是以煤為主要能源的國家。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，能源的消耗量逐步上升，大氣污染物的排放量相應增加。而就我國的經(jīng)濟和技術發(fā)展就我國的經(jīng)濟和技術發(fā)展水平及能源的結構來看，以煤炭為主要能源的狀況在今后相當長時間內(nèi)不會有根本性

2、的改變。我國的大氣污染仍將以煤煙型污染為主。因此，控制燃煤煙氣污染是我國改善大氣質(zhì)量、減少酸雨和SO2危害的關鍵問題。 一、 課程設計的題目 某燃煤鍋爐房煙氣凈化系統(tǒng)設計 二、 課程設計的目的 通過課程設計進一步消化和鞏固本課程所學的內(nèi)容，并使所學的知識系統(tǒng)化，培養(yǎng)運用所學理論知識進行凈化系統(tǒng)設計的初步能力。通過設計，了解工程設計的內(nèi)容、方法及步驟，培養(yǎng)學生確定大氣污染控制系統(tǒng)的設計方案、進行設計計算、繪制工程圖、使用技術資料、查閱有關設計手冊、編寫設計說明書的能力。 三、 設計原始資料 鍋爐型號：SZL6－1.25－AII型，共2臺（每臺蒸發(fā)量為6t/h） 所在地區(qū)：二類區(qū)。2

3、009年新建。 鍋爐熱效率：75%，所用的煤低位熱值：20939kJ/kg，水的蒸發(fā)熱：2570.8kJ/kg 鍋爐出口煙氣溫度：160℃ 煙氣密度：（標準狀態(tài)下）1.34kg/m3 空氣過剩系數(shù)：α=1.3 排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：15% 煙氣在鍋爐出口前阻力：800Pa 當?shù)卮髿鈮毫Γ?8kPa 平均室外空氣溫度：15℃ 空氣含水率(標準狀態(tài)下)按0.01293kg/m3 煙氣的其它性質(zhì)按空氣計算 煤的工業(yè)分析： C：65%　　　H：4%　　　S：1%　　　O：4% N：1%　　　W：7%　　　A：18% 按鍋爐大氣污染排放標準（GB13271

4、-2001）中二類區(qū)標準執(zhí)行 煙塵濃度排放標準（標準狀況下）：200㎎/ 二氧化硫排放標準（標準狀況下）：900㎎/ 凈化系統(tǒng)布置場地如圖1所示的鍋爐房北側(cè)20m以內(nèi)。 圖1 鍋爐房平面布置圖 四、 設計計算 (一)、用煤量計算 每臺鍋爐的所需熱量為：Q＝蒸發(fā)量水的蒸發(fā)熱 =6102570.8=1.5410kJ/h 所需的煤量為：==982.2kg/h 　　Hn——煤的低位熱值 　　η熱——鍋爐的熱效率 (二)、煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計算 以1kg煤燃燒為基礎，則

5、 重量（g） 摩爾數(shù)（mol） 產(chǎn)物摩爾數(shù)（mol） 需氧數(shù)(mol) C 650　　　54.167　　　 CO:54.167 54.167 H 40 40 HO:20 10 S 10 0.3125 SO: 0.3125 0.3125 O 40 2.5 (O:1.25) -1.25 N 10 0.714 N:0.357 0

6、 W 70 3.889 HO:3.889 0 A 180 飛灰:18015%=27g 0 標準狀態(tài)理論需氧數(shù) 54.167+10+0.3125-1.25=63.2295mol/kg=1.4163 m/kg １． 標準狀態(tài)下理論干空氣量 =1.41634.78=6.77 m/kg 空氣含水體積分數(shù)0.01293==1.6091% 標準狀態(tài)下實際濕空氣量 6.77=8.945mol/kg 標準狀態(tài)下理論煙氣量 CO

7、:54.167 mol/kg SO: 0.3125 mol/kg N:0.357+3.7863.2295=239.37 mol/kg HO: 20+3.889+8.9451.6091%=24.033 mol/kg ==7.12 m/kg ２． 標準狀態(tài)下實際煙氣量 =+(α-1)= 7.12+6.77（1.3-1）=9.15 m/kg（濕煙氣） =9.15-=8.61 m/kg（干煙氣） ３． 標準狀態(tài)下煙氣中含塵濃度 ===2.9510 mg/m（濕煙氣） 式中 ——排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例 A——煤中不可燃成分的含量 ——

8、標準狀態(tài)下實際煙氣量(m/㎏) 4. 標準狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度 ===2.1910 mg/m（濕煙氣） 式中 m(SO2)---燃燒煤生成的二氧化硫質(zhì)量，kg ——標準狀態(tài)下實際煙氣量(m/㎏) 5. 標準狀態(tài)下總煙氣量 Q=*設計耗煤量=9.15982.2/3600=2.50m/s (三)、凈化設備的選擇 １． 設備應達到的凈化效率 　　　　 式中 ρs——標準狀態(tài)下鍋爐煙所排放標準中的規(guī)定值，mg/m3； ρ——標準狀態(tài)下煙氣污染物濃度，mg/m3； 根據(jù)鍋爐表1鍋爐煙塵最高允許排放濃度和煙氣黑度限值可知: 鍋爐類別 適用區(qū)域

9、 煙塵排放濃（mg/m3) 煙氣黑度 Ⅰ時段 Ⅱ時段 燃 煤 鍋 爐 自然通風鍋爐 （<0.7MW(1t/h)） 一類區(qū) 100 80 1 二、三類區(qū) 150 120 其它鍋爐 一類區(qū) 100 80 1 二類區(qū) 250 200 三類區(qū) 350 250 燃 油 鍋 爐 輕柴油、煤油 一類區(qū) 80 80 1 二、三類區(qū) 100 100 其它燃料油 一類區(qū) 100 80* 1 二、三類區(qū) 200 150 燃氣鍋爐 全部區(qū)域 50 50 1 表1 鍋爐煙塵最高允許排放濃度和煙氣黑度

10、限值 I時段：2000年12月31日前建成使用的鍋爐; II時段：2001年1月1日起建成的使用的鍋爐（含在I時段立項未建成或未使用的鍋爐和建成使用的鍋爐中需要擴建、改造的鍋爐）。 由于鍋爐廠所在地區(qū)為：二類地區(qū)、2006年新建，所以煙塵最高允許排放濃度為200 mg/m3 ∴=1-=93.22% ２． 除塵器的選擇 工況下的煙氣量 (m/h) 式中——標準狀態(tài)下的煙氣流量，m/h； ——工況下煙氣溫度，K; ——標準規(guī)狀態(tài)下煙氣溫度，273K。 =14759.05（m/h） 則煙氣流量為 m/s； 根據(jù)工

11、況下的煙氣量、煙氣溫度及要求達到的除塵效率確定除塵器：由《除塵器手冊》中選取HCWS系列文丘里水膜脫硫除塵器。煙氣溫度：160℃ 除塵效率：93.12% 壓力降（阻力）≥ 800Pa 表1 HCWS系列文丘里水膜脫硫除塵器 型號 處理煙氣量/() 除塵器 進口流速/(m/s) 文丘里喉部流速/(m/s) 筒體內(nèi)上升流速/(m/s) 脫硫效率/ 耗水量/(t/h) 阻力/(mm) 除塵效率/ 配套鍋爐容量/(t/h) HCWS 15000~18000 9.5~13 55~70 3.5~4.5 60~80 5~6 80~120 95~97.5

12、6 表2 設備外形結構尺寸 7450 250 4700 1650 850 330 180 1400 850 3925 190 250 650 250 800 520 360 220 540 70 270 ２． 脫硫器的選擇 　 鍋爐二氧化硫和氮氧化物最高允許排放濃度，按表2的時段規(guī)定執(zhí)行。 表5 鍋爐二氧化硫和氮氧化物最高允許排放濃度 鍋爐類別 適用區(qū)域 SO2排放濃度（mg/m3） NOx排放濃度（mg/m3） Ⅰ時段 Ⅱ時段 Ⅰ

13、時段 Ⅱ時段 燃煤鍋爐 全部區(qū)域 1200 900 / / 燃油鍋爐 輕柴油、煤油 全部區(qū)域 700 500 / 400 其它燃料油 全部區(qū)域 1200 900* / 400* 燃氣鍋爐 全部區(qū)域 100 100 / 400 第Ⅱ時段燃煤鍋爐二氧化硫最高允許排放濃度為900mg/m3 所以，設備應達到的脫硫效率： ＝1-=58.14% 式中 ρ——標準狀態(tài)下鍋爐SO所排放標準中的規(guī)定值，mg/m3； ——標準狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度 要求達到的排放濃度: 900 mg/m3 (四)、確定設備、風機和煙囪的位置及

14、管道的布置 １． 各裝置及管道布置的原則 根據(jù)鍋爐運行情況和鍋爐房現(xiàn)場的實際情況確定各裝置的位置。一旦確定了各裝置的位置，管道的布置也就基本可以確定了。對各裝置及管道的布置應力求簡單，緊湊，管路短，占地面積小，并使安裝、操作和檢修方便。 ２． 管徑的確定 式中Q——工況下管內(nèi)煙氣流量，m3/s； v——煙氣流速，m/s；（可查有關手冊確定，對于鍋爐煙塵v=10~15m/s ,取v=11.5 m/s） 則 圓整并選取風道 表6 圓斷面風管統(tǒng)一規(guī)格 外徑/mm 鋼板通風管 外徑允許偏差/mm 壁厚/mm 650 2.0 內(nèi)徑d=650

15、-2*2.0=646 (mm) 由公式計算出實際煙氣流速： v===12.52(m/s) (五)、煙囪的設計 １． 煙囪高度的確定 一個煙囪的所有鍋爐的總蒸發(fā)量為Q=12t/h（兩臺鍋爐）， 表7 燃煤、燃油（燃輕柴油、煤油除外）鍋爐房煙囪最低允許高度 鍋爐房裝機總?cè)萘? MW <0.7 0.7～<1.4 1.4～<2.8 2.8～<7 7～<14 14～<28 t/h <1 1～<2 2～<4 4～<10 10～<20 20～≤40 煙囪最低高度 m 20 25 30 35 40 45 查上表可得： ２． 煙囪直徑的計

16、算 煙囪出口內(nèi)徑可按下式計算 　　　　　 式中Q——通過煙囪的總煙氣量，m3/h； v——按表選取的煙囪出口煙氣流速，m/s)。 表8　　煙囪出口煙氣流速（m/s） 通 風 方 式 運 行 情 況 全負荷時 最小負荷 機械通風 10~20 4~5 自然通風 5~10 2.5~3 選定v=4.5m/s 圓整取d=1.1m 煙囪底部直徑

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23、 式中d2——煙囪出口直徑，m； H——煙囪高度，m； i——煙囪錐度，通常取i＝0.02~0.03。 選定i=0.028 ３． 煙囪的抽力 式中　H——煙囪高度，m； tk——外界空氣溫度，℃； tp——煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，℃； B——當?shù)卮髿鈮?，Pa。 (六)、系統(tǒng)阻力的計算 １． 摩擦阻力損失 對于圓管　　　　 式中　L——管道長度，m； d

24、——管道直徑，m； ρ——煙氣密度，kg/m3； v——管中煙氣流速，m/s λ——摩擦阻力系數(shù)，是氣體雷諾數(shù)Re和管道相對粗糙度的函數(shù)?？梢圆槭謨缘玫?。（實際中對金屬管道λ值可取0.02，對磚徹或混凝土管道λ可取0.04）。 a．對于φ650圓管 L=1.5 + 5.45 - 0.163 + 0.45 + 2.7 +7.341 + 1.5 = 18.778 (m) b．對于磚砌拱形煙道（參見右圖） D=650mm ∴B=690mm；A=0.6633m2 ∵ 式中，A為面積，X為周長 X= 2B+=20.69+ = 2.4633m ∴ R=0.6633/2

25、.4633=0.2693m L為6.14m , λ=0.04 =14.653(pa) ２． 局部壓力損失 式中　——異形管件的局部阻力系數(shù)，可在有關手冊中查到，或通過實驗獲得； v——與相對應的斷面平均氣流速率，m/s； ρ——煙氣密度，kg/m3。 （1） 圖4 中漸擴管ξ=0.19 漸縮管ξ=0.1 （2） 對于圖5 所示的T型三通管ξ=0.78 對于T型合流三通管ξ=0.55 （3） 圖5 中漸縮管ξ=0.1 90彎頭le=1.98m （4）鍋爐出口前阻力為800Pa （5）除塵器阻力為800~1200 Pa，取1000 P

26、a （6）系統(tǒng)總阻力為 （Pa） (七)、風機和電動機的選擇及計算 １． 風機風量的計算 式中　1.1——風量備用系數(shù)； 　　　Q——標準狀態(tài)下風機前風量，m3/h； 　　　tp——風機前煙氣溫度，℃，若管道不太長，可以近似取鍋爐排煙溫度； 　　　B——當?shù)卮髿鈮毫?，kPa。 ２． 風機風壓的計算 　　　　　 式中1.2——風壓備用系數(shù)； ——系統(tǒng)總阻力，Pa； Sy——煙囪抽力，Pa； tp——風機前煙氣溫度，℃； ty——風機性能表中給出的試驗用氣體溫度，℃；引風機為200℃ 根據(jù)Qy和Hy選定HL3—2A NO.10.5A 1450 工況序號為

27、5的高效排煙風機，性其能表如下： 機號傳動 方式 轉(zhuǎn)速/（r/min） 工況序號 流量/ 全壓/Pa 10.5A HL3—2A 5 49646 2444 3. 電動機功率的計算 式中Qy——風機風量，m3/h； Hy——風機風壓，Pa； η1——風機在全壓頭時的效率（一般風機為0.5-0.7）； η2——機械傳動效率，當風機與電動機直聯(lián)傳動時η2＝1，用聯(lián)軸器連接時η2＝0.95~0.98，用V形帶傳動時η2＝0.95； β——電動機備用系數(shù)，對引風機，β＝1.3。 根據(jù)電動機的功率，風機的轉(zhuǎn)速，傳動方式選擇電動機型號。經(jīng)查閱有關資料，由風機廠

28、家所給的參數(shù)指標，得配套電機性能參數(shù)如下： 表9：配套電機性能參數(shù) 功率（KW） 型號 噪音dB（A） 75 Y280s—4 94 五、 總結 在整個設計過程中計算量比較大，許多參數(shù)需要查閱相關手冊。在選定除塵器后，上網(wǎng)、去圖書館查閱相關書籍，查找參數(shù)。最后是畫圖的任務，需要耐心，要注意準確，不能抱敷衍態(tài)度。由于CAD課程是上學期學的，有很多功能還是不能熟練的操作，在反復實踐后，終于完成了最艱巨的畫圖任務，同時也加深了對CAD的認識，增強了自己的技術能力。 在這次設計過程中通過同學的幫助、老師的指導和自己的努力，我學到了許多東西，鍛煉了解決實際問題的能力。這次課程設計讓我受益良多。