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强烈推荐大气污染控制工程毕业论文
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前 言
大气是人类赖以生存的最基本的环境因素，构成了环境系统的大气环境子系统。
一切生命过程，一切动物、植物和微生物都离不开大气。
大气为地球生命的繁衍，人类的发展，提供了理想的环境。
它的状态和变化，时时处处影响到人类的活动与生存。
造成大气污染的原因，既有自然因素又有人为因素，尤其是人为因素，如工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。
随着人类经济活动和生产的迅速发展，在大量消耗能源的同时，也将大量的废气、烟尘物质排入大气，严重影响了大气的质量，特别是在人口稠密的城市和工业区域。
造成大气污染的物质主要有：
一氧化碳CO、二氧化硫SO2、一氧化氮NO、臭氧O3以及烟尘、盐粒、花粉、细菌、苞子等。
酸雨对人类产生着最直接、最严重的危害。
形成酸雨的根本原因是燃煤过程向大气中排放大量的硫氧化物等酸辛气体。
我过是以煤为主要能源的国家。
随着国民经济的发展，能源的消耗量逐步上升，大气污染物的排放量相应增加。
而就我国的经济和技术发展就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。
我国的大气污染仍将以煤烟型污染为主。
因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和SO2危害的关键问题。
目前烟气脱硫除尘一体化装置主要是通过工艺改造和设备优化组合来实现脱硫除尘的目的，很少有人来通过改良脱硫除尘剂的配方
来实现这一目的。
假如能够在现有的成熟的高效率脱硫工艺的基础上，在投资成本和运营成本都不高的情况下，通过一些工艺的改良和脱硫药剂的改善来提高其除尘效率，使得该脱硫除尘一体化装置既有良好的脱硫效果，又能获得较高的除尘效率。
这种技术的研制和开发一定会有很好的推广价值，产生良好的社会效益和经济效益。
前言
第一章总论…5
1.1概述…5
1.2设计任务书…6
1.3设计依据和原则…8
第二章除尘系统…9
除尘技术简介
1机械除尘器…9
2袋式除尘器…10
3电除尘器…12
4湿式除尘器…13
第三章 烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算…14
3.1烟气量的计算…14
3.2烟气含尘浓度的计算…15
3.3烟气中二氧化硫浓度的计算…16
第四章除尘器的选择…16
4.1除尘器应达到的除尘效率…16
4.2工况下的烟气量…16
第五章脱硫装置的选择…17
5.1概述…17
5.2湿式石灰脱硫…18
第六章确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置…19
6.1各装置及管道布置的原则…20
6.2管径的确定…20
6.3烟囱的设计…21
6.4系统阻力计算…22
6.5风机和电动机的选择及计算…25
6.6系统中烟气温度的变化…27
第七章设备及系统布置图…28
7.1设备一览表…28
7.2通风除尘系统布置图…28
参考文献…29
设计小结…30
第一章总论
1.1概述
随着经济和社会的发展，燃煤锅炉排放的二氧化硫严重地污染了我们赖以生存的环境。
由于中国燃料结构以煤为主的特点，致使中国目前大气污染仍以煤烟型污染为主，其中尘和酸雨危害最大，且污染程度还在加剧。
因此，控制燃煤烟尘的SO2对改善大气污染状况至关重要。
高温气体净化主要包括脱硫和除尘两部分，此外还须脱除HCI、HF和碱金属蒸汽等有害杂质。
在常规工艺中，脱硫和除尘作为独立的单元操作分别在各自的装置中完成。
而在脱硫除尘一体化工艺过程中，将脱硫和除尘两个单元操作结合起来，即在一个操作单元中既达到除尘的目的又满足脱硫的要求。
脱硫除尘一体化操作可以简化工艺流程，节约设备投资。
因而，研究开发适合于我国燃煤锅炉烟气脱硫除尘一体化设备具有重要的使用价值。
目前烟气脱硫除尘一体化装置主要是通过工艺改造和设备优化组合来实现脱硫除尘的目的，很少有人来通过改良脱硫除尘剂的配方来实现这一目的。
假如能够在现有的成熟的高效率脱硫工艺的基础上，在投资成本和运营成本都不高的情况下，通过一些工艺的改良和脱硫药剂的改善来提高其除尘效率，使得该脱硫除尘一体化装置既有良好的脱硫效果，又能获得较高的除尘效率。
这种技术的研制和开发一定会有很好的推广价值，产生良好的社会效益和经济效益。
1.2设计任务书
1.2.1设计题目：
某燃煤采暖锅炉房烟气净化系统设计
1.2.2设计目的
通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，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，培养学生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、实用技术资料、编写设计说明书的能力。
1.2.3设计原始资料
（1）锅炉
型号：
SZP4—13型，共4台
设计耗煤量：
800kg。
烟气其他性质按空气计算
煤的工业分析值：
按锅炉大气污染物排放标准（GB 13271—2001）中二类区标准执行。
烟尘浓度排放标准（标准状态下）：
200mgm3。
二氧化硫排放标准（标准状态下）：
900mgm3。
净化系统布置场地如图1所示的锅炉房北侧15m以内。
图1锅炉房平面布置图
1.2.4设计内容和要求
（1） 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算。
（2）净化系统设计方案的分析确定。
（3） 除尘系统比较和选择：
确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。
（4） 管网布置及计算：
确定各装置的位置及管道布置。
并计算个管段的管径、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：
根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。
（6） 编写设计说明书：
设计说明书按设计程序编写、包括方案的确定，设计计算、设备选择和有关设计的简图等内容。
（7） 图纸要求：
除尘系统平面图、剖面布置图2-3张。
图中设备管件应标注编号，编号应与系统图对应。
锅炉烟气除尘系统平面布置图（A4）1张。
按比例绘制。
1.3设计依据和原则
1.3.1设计依据
（1）《锅炉大气污染物排放标准》（GWPB3-1999）
（2）《全国通用通风管道计算手册》
（3）《除尘工程设计手册》
1.3.2设计原则
本设计遵循如下原则进行工艺路线的选择及工艺参数的确定：
（1）基础数据可靠，总体布局合理。
（2）避免二次污染，降低能耗，近期远期结合、满足安全要求。
（3）采用成熟、合理、先进的处理工艺，处理能力符合处理要求；
（4）投资少、能耗和运行成本低，操作管理简单，具有适当的安全系数，各工艺参数的选择略有富余，并确保处理后的尾气可以达标排放；
（5）在设计中采用耐腐蚀设备及材料，以延长设施的使用寿命；
（6）废气处理系统的设计考虑事故的排放、设备备用等保护措施；
（7）工程设计及设备安装的验收及资料应满足国家相关专业验收技术规范和标准。
第二章除尘系统
除尘技术简介
现在工厂中普遍采用的除尘设备包括机械除尘器、袋式除尘器、电除尘器和湿除尘器等。
但每种除尘净化系统总有其技术上的优点和缺点，应根据实际情况选择合适的除尘设施与工艺。
1机械除尘器
通常是指利用质量力（重力、惯性力和离心力等）的作用使颗粒物与气流分离的装置。
它包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。
机械除尘设备的优缺点：
优点：
⑴机械除尘利用的力比较单一，且除尘装置构造简单且没有运动部件。
所以除尘装置故障少，容易操作和管理，运行费用相对较低，投资费用也较少。
⑵机械除尘可以用作多级除尘的第一级分离，也可以单独使用。
当单独使用时一般用于对除尘效率要求不高，或者仅仅需要简单除尘的场合。
缺点：
⑴机械除尘分离细小粉尘的能力比较弱，它对粒径较大（大于50μm）的粉尘有较高的除尘效果，但对粒径较小（小于5μm）分离效果较差。
⑵机械除尘作用力单一，但设计计算复杂，而且设计计算数据容易受到多种因素影响，特别是外来气流（如漏风）对除尘效果影响特别大。
2袋式除尘器
是含尘气体从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁空气由排出口排出，沉积在滤料表面的粉尘，可以在机械振动的作用下从滤料表面脱落，最终落入灰斗中的一种除尘净化设施。
袋式除尘器的清灰方式主要有：
（1）气体清灰：
气体清灰是借助于高压气体或外部大气反吹滤袋，以清除滤袋上的积灰。
气体清灰包括脉冲喷吹清灰、反吹风清灰和反吸风清灰。
（2）机械振打清灰：
分顶部振打清灰和中部振打清灰（均对滤袋而言），是借助于机械振打装置周期性的轮流振打各排滤袋，以清除滤袋上的积灰。
（3）人工敲打：
是用人工拍打每个滤袋，以清除滤袋上的积灰。
袋式除尘设备的优缺点：
优点：
⑴袋式除尘器可以捕集多种干性粉尘，特别是高比电阻粉尘；
⑵袋式除尘器可设计制造出适应不同气量的含尘气体的要求，除尘器的处理烟气量可从几m3h到几百万m3h；
⑶袋式除尘器对净化含微米或亚微米数量级的粉尘粒子的气体效率较高，一般可达99%，甚至可达99.99%以上；
⑷袋式除尘运行稳定可靠，没有污泥处理和腐蚀等问题，操作、维护简单。
缺点：
⑴袋式除尘器不适于净化含粘结和吸湿性强的含尘气体，用布袋防尘器净化烟尘时的温度不能低于露点温度，否则将会产生结露，堵塞布袋滤料的孔隙；
⑵袋式除尘器的应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能所影响，且会出现烧袋糊袋现象；
⑶据统计，用袋式除尘器净化大于17000m3h含尘烟气量所需的投资要比电除尘器高，而用其净化小于17000m3h含尘烟气量时，投资费用比电除尘器省。
3电除尘器
是在通过高压电场进行分离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下，使尘粒聚集在集尘板上将粉尘从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。
电除尘设备的优缺点：
优点：
⑴电除尘器可以净化气量较大且温度较高的含尘烟气。
在工业上净化105～106m3h的烟气，且用于净化350℃以下的烟气，可长期连续运行
⑵除尘效率高。
如果设计合理，安装施工质量高，电除尘器可以达到任何除尘效率的要求。
目前，工业上应用的电除尘器，多数的除尘效率已达到99%以上。
⑶电除尘器结构简单，气流速度低，压力损失小，干式电除尘器的压力损失大约为100～200Pa，湿式电除尘器的压力损失稍高些，通常只有200～300Pa。
⑷电除尘器能够除下的粒子粒径范围较宽，对于0.1μm的粉尘粒子仍有较高的除尘效率。
⑸电除尘器的能量消耗比其他类型除尘器低。
如以每小时净化1000m3烟气计算，电除尘器的电能消耗约为0.2～0.8kw·h。
缺点：
⑴电除尘器的除尘效率受粉尘物理性质影响很大，特别是粉尘比电阻的影响更为突出。
电除尘器最适宜捕集比电阻为104～5×1011
⑵袋式除尘器的应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能所影响，且会出现烧袋糊袋现象；
⑶电除尘器不适宜直接净化高浓度含尘气体。
⑷电除尘器对制造和安装质量要求很高，需要高压变电及整流控制设备，且占地面积大。
4湿式除尘器
是使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞或者化学作用捕集颗粒，使粉尘从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。
湿式除尘设备的优缺点：
优点：
⑴湿式除尘器的除尘效率不仅能与布袋和电除尘器相当，而且还可适用这些除尘器所不能胜任的除尘条件。
表现在湿式除尘器对净化高温、高湿、高比阻、易燃、易爆的含尘气体具有较高的除尘效率。
⑵湿式除尘器在去除含尘气体中粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些有毒有害的气态污染物。
因此，湿式除尘器既可以用于除尘，又可以对气体起到冷却、净化的作用。
⑶设备投资少，构造比较简单：
在耗用相同能耗的情况下，湿式除尘器的除尘效率比干式除尘器的除尘效率高。
缺点：
⑴湿式除尘器的粉尘回收困难，且排出的沉渣需要处理。
⑵湿式除尘器不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体。
⑶净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水（或液体）将具有一定程度的腐蚀性。
因此，除尘系统的设备均应采取防腐措施。
⑷湿式除尘器因含水运行，在寒冷地区设备容易结冻，因此，要采用防冻措施。
第三章 烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算
3.1烟气量的计算
（1）标准状态下理论空气量
Q`a=4.78×（1.867CY+5.56HY+0.7SY-0.7OY） （m3kg）
式中：
CY、HY、、SY、OY——分别为煤中各元素所含的质量分数。
Q`a=4.78×（1.867×68%+5.56×4%+0.7×1%-0.7×5%）=7.00（m3kg）
（2）标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93gm3）
Q`S=1.867（CY+0.375SY）+11.2HY+1.24WY+0.016Q`a+0.79Q`a+0.8NY （m3kg）
式中：
Q`a——标准状态下理论空气量，m3kg；
WY——煤中水分所占质量分数，%；
NY——N元素在煤中所占质量分数，%。
Q`S=1.867×（68%+0.375×1%）+11.2×4%+1.24×6%+0.016×7.00+0.79×7.00+0.8×1%=7.45（m3kg）
（3）标准状态下实际烟气量
QS=Q`S+1.016（a-1）Q`a （m3kg）
式中：
a——空气过量系数（a=1.45）；
QS——标准状态下实际烟气量，m3kg；
Q`S——标准状态下理论烟气量，m3kg。
注意：
标准状态下烟气流量Q应以m3h计，因此Q=QS×设计耗煤量。
QS=7.45+1.016×（1.45-1）×7.00=10.65（m3kg）
（4）标准状态下烟气流量
Q=QS×设计耗煤量（m3h）=10.65×800=8520（m3h）
3.2烟气含尘浓度的计算
标准状态下烟气含尘浓度
C=dsh×AYQS （kgm3）
式中：
dsh——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；
AY——煤中不可燃成分的含量；
QS——标准状态下实际烟气量，m3kg。
C=0.16×15%10.65=2.25×10-3（kgm3）=2.25×103（mgm3）
3.3烟气中二氧化硫浓度的计算
（1）标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算
CSO2=2SYQS（mgm3）
式中：
SY——煤中含可燃硫的质量分数；
QS——标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m3kg。
CSO2=2×1%×0.98×10610.65（mgm3）=1840.36（mgm3）
第四章除尘器的选择
4.1除尘器应达到的除尘效率
η=1-CSC
式中：
C——标准状态下烟气含尘浓度，mgm3；
CS——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mgm3。
则：
η=1-2002.25×103=91.11%
4.2工况下的烟气量
式中：
Q——标准状态下烟气流量，m3h；T`——工况下烟气温度，K；T——标准状态下温度，273K。
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XLD-4型多管式旋风除尘器，产品性能规格见表3.1
型号
配套锅炉容量（jH）
处理烟气量（m3h）
除尘效率%
设备阻力Pa
分割粒径d（50um）
质量kg
XLD-4
4
12000
92-95
3.06-3.3
2369
表4.1除尘器产品性能规格
A
B
C
D
E
F
G
H
M
N
1400
1400
300
50
350
1000
2985
4460
700
4235
表4.2除尘器外型结构尺寸（见图4.1）
图4.1除尘器外型结构尺寸
第五章脱硫装置的选择
5.1概述
目前烟气脱硫技术种类达几十种，按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫分为：
湿法、半干法、干法三大类脱硫工艺。
湿法脱硫技术较为成熟，效率高，操作简单。
传统的石灰石石灰—石膏法烟气脱硫工艺采用钙基脱硫剂吸收二氧化硫后生成的亚硫酸钙、硫酸钙，由于其溶解度较小，极易在脱硫塔内及管道内形成结垢、堵塞现象。
5.2湿式石灰脱硫
技术是用含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物，该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。
石灰石——石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术，日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。
5.2.1石灰石——石膏法脱硫工艺原理及流程
石灰石——石膏法脱硫工艺采用廉价易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液，当采用石灰为吸收剂时石灰粉经消化处理后加水制成吸收剂浆液。
在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应从而被脱硫，最终反应产物为石膏。
吸收塔内的反应、传递也极为复杂，总的反应为：
脱硫后的烟气经除雾器除去携带的细小液滴，经烟囱排入大气，脱硫石膏浆液经脱水装置脱水后回收利用。
剩余浆液与新加入的石灰石浆液一起循环，这样就可以使加入的吸收剂充分被利用，并确保石膏晶体的增长。
石膏晶体的正常增长是最终产品处理比较简单的先决条件。
新鲜的吸收剂石灰石浆液根据pH值和分离SO2量按一定比例直接加入吸收塔。
5.2.2脱硫效率的主要影响因素
湿式烟气脱硫工艺中，吸收塔循环浆液的pH值、液气比、烟气速度、烟气温度等参数对烟气脱硫系统的设计和运行影响较大。
5.2.2.1吸收塔洗涤浆液的PH
吸收塔洗涤浆液中pH值的高低直接影响SO2的吸收率及设备的结垢、腐蚀程度等,而且脱硫过程的pH值是在一定范围内变化的。
长期的研究和工程实践表明,湿法烟气脱硫的工艺系统一般要求洗涤浆液的PH值控制在4.5～5.5之间。
5.2.2.2液气比
石灰石法喷淋塔的液气比一般在（15～25）Lm3。
取LG＝18Lm3，则：
液体用量
5.2.2.3烟气流速和烟气温度
目前,将吸收塔内烟气流速控制在（2.6～3.5）ms较合理,典型值为3ms。
则吸收塔的截面积为：
A=QV=8.520×10^33×3600=0.79㎡
第六章确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置
6.1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、占地面积小，并使安装、操作和检修方便。
6.2管径的确定
管道直径：
式中：
——工况下管内烟气流量，m3s；
v——烟气流速，ms（对于锅炉烟尘为10--15ms）.
取v=14ms 则d=0.58 （m）
表6.1风道直径规格表
外径Dmm
钢制板风管
外径允许偏差mm
壁厚mm
600
±1
0.75
内径:
600-2×0.75=598.5（ms）
由公式
可计算出实际烟气流速：
V=13.34（ms）
6.3烟囱的设计
6.3.1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（th），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6.2锅炉烟囱的高度
锅炉总额定出力（th）
<1
1-2
2-6
6-10
10-20
26-35
烟囱最低高度m
20
25
30
35
40
45
锅炉总额定出力：
4×4=16（t。
6.3.2烟囱直径的计算
烟囱出口内径可按下式计算：
式中：
——通过烟囱的总烟气量，；
——按表:
6.3选取的烟囱出口烟气流速，ms
表6.3烟囱出口烟气流速（ms）
通风方式
运行情况
全负荷时
最小负荷时
机械通风
10-20
4-5
自然通风
6-10
2.5-3
选定=2.5ms
结果为:
d=1.74（m）圆整取d=1.8m。
烟囱底部直径：
式中
——烟囱出口直径，m；
——烟囱高度，m；
——烟囱锥度（通常取i=0.02-0.03）。
取i=0.02
结果为:
d1=3.4（m）
6.3.3烟囱的抽力
式中
——烟囱高度，m；——外界空气温度，°C
——烟囱内烟气平均温度°C——当地大气压，Pa。
结果为:
Sy=183（Pa）
6.4系统阻力计算
6.4.1摩擦压力损失
（1）对于圆管
式中：
L——管道长度（不包括管件、阀门自身尺寸大小）m；
d——管道直径，m；
ρ——烟气密度，kgm3；ν——管中气流平均速率，ms；
λ——摩擦阻力系数,是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度Kd的函数。
可以查手册得到（实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌或混凝土管道植可取0.04）。
对于直径600mm圆管：
L=9.03m
结果为:
△pL=0.02×（9.03÷0.6）×（0.84×142÷2）=24.8pa
（2）对于砖砌拱形烟道（见图6.4）
D=600mm
式中S为面积，
结果为：
B=637mm图6.4砖砌拱形烟道
6.4.2局部压力损失
式中:
——异形管件的局部阻力系数，
——与相对应的断面平均气流速率，ms
——烟气密度，kgm3
图6.5中一为渐缩管。
图6.5除尘器入口前管道示意图
≦45度时，=0.1，
取=45度，=13.34ms
结果为：
7.5（Pa）
L1=0.05×tan67.5=0.12（m）
图6.5中二为30度Z形弯头
H=2.985-2.39=0.595=0.6（m）
HD=0.60.5=1.2
取=0.157
==0.157（=1.0）
结果为：
11.7（Pa）
图6.5中三为渐阔管
图6.3中a为渐扩管
图6.6除尘器出口至风机入口段管道示意图
≦45度时，=0.1，
取=30度，=13.34ms
结果为：
7.5（Pa）L=0.93（m）
图6.6中b、c均为90度弯头
D=600，取R=D则=0.23
结果为：
17.2（Pa）
两个弯头:
对于如图6.7中所示T形三通管
=0.78
58.30（Pa）
对于T形合流三通=0.55
结果为：
41.11（Pa）
系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力1128Pa）为:
=30.4+84.2+7.5+11.7+15.2+7.5+34.4+58.3+41.1++800+1128=2218.3（Pa）6.5风机和电动机的选择及计算
6.5.1标准状态下风机风量计算
式中1.1——风量备用系数，——当地大气压，kP
——标准状态下风机前表态下风量，m3）F=∏L·D=2.29（m2）
室外管道长:
L=9.5-1.46=8.04（m）F=∏L·D=12.69（m2）
6.6.2烟气在烟囱中的温度降
式中:
——烟囱高度，m。
——温度系数，可由表7-2-1查得。
——合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，th；
表6.8烟囱温降系数
烟囱种类
钢烟囱（无衬筒）
钢烟囱（有衬筒）
砖烟囱（H<50m，壁厚小于0.5m）
砖烟囱（壁厚大于0.5m）
A
2
0.8
0.4
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