大气污染控制系统工程课程设计31598文档格式.docx
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大气污染物的种类非常多，根据其存在状态，可将其概括为两大类：
气镕胶状态污染物和气体状态污染物。
气体状态污染物种类极多，主要有五个方面：
以二氧化硫为主的含硫化合物、以氧化氮和二氧化氮为主的台氮化合物、碳的氧化物、碳氢化合物与卤素化合物等。
关于大气污染物的危害，在这里主要介绍粉尘和二氧化硫的危害。
粉尘的危害：
粉尘的危害，不仅取决于它的暴露浓度，还在很大程度上取决于它的组成成分、，理化性质、粒径和生物活性等。
粉尘的成分和理化性质是对人体危害的主要因素。
有毒的金属粉尘和非金属粉尘〔铬、锰、镐、铅、汞、砷等〕进入人体后，会引起中毒以至死亡。
无毒性粉尘对人体亦有危害。
例如含有游离二氧化硅的粉尘吸，入人体后，在肺沉积，能引起纤维性病变，使肺组织际渐硬化，严重损害呼吸功能，发生“矽肺〞病。
二氧化硫的危害：
二氧化硫为一种无色的中等强度刺激性气体。
在低浓皮下，二氧化硫主要影响是造成呼吸道管腔缩小，最初呼吸加快，每次呼吸曼减少。
浓度较高时，喉头感觉异常，并出现咳嗽、喷嚏、咯痰、声哑、胸痛、呼吸困难、呼吸道红肿等症状，造成支气管炎、哮喘病，严重的可以引起肺气肿，甚至致人于死亡。
随着经济和社会的开展，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。
《大气污染控制工程》课程设计任务书
一、题目
二、目的
通过课程设计进一步消化和巩固《大气污染控制工程》课程所学容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进展火电厂烟气净化系统设计的初步能力。
通过课程设计，初步了解工程设计的容、方法与步骤，培养学生确定大气污染控制系统的设计方案、进展简单的设计计算、绘制系统流程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。
三、设计容和要求
该课程设计的容以火电厂烟气净化的系统设计为核心，依据火电厂烟气污染物特点，进展总体烟气净化方案设计；
以物料守恒、能量守恒为依据，对烟气净化系统核心设备的物料参数、总体尺寸与阻力损失进展具体计算；
绘制系统流程图，并编写设计说明书。
1、根据原始设计资料计算
（1）锅炉排烟量、烟尘、NOx和SO2的浓度。
（2）以满足超低排放为要求，计算除尘、脱硝和脱硫的效率。
烟气净化系统的总体设置方案
（1）脱硝：
SNCR〔炉〕+SCR〔炉后〕
（2）除尘：
电袋除尘或袋式除尘器〔一级〕+湿式静电除尘器〔二级〕
（3）脱硫：
石灰石——石膏湿法脱硫
2、对各个净化装置进展设计计算与相关说明。
（1）脱硝
SNCR：
确定SNCR系统的安装位置
复原剂的选择
复原剂耗量与相应稀释物料耗量的计算
SCR：
SCR安装位置与反响器数量
催化剂类型的选择与填装情况复原剂的选择
吹灰器的选择与数量确实定
（2）除尘
对整个除尘系统的工艺流程进展描述
烟气量的计算〔考虑SCR\SNCR以与漏风率对烟气量的影响〕
电除尘：
除尘器的安装位置的说明
总集尘面积的计算、入口和出口截面积的计算
电场数和通道数的选择
清灰方式与灰斗相关描述
袋式除尘器：
布袋尺寸的选择与布袋条数的计算
（3）脱硫
对整个脱硫系统的工艺流程进展说明
烟气量的校核〔烟气温度降低后烟气体积流量的变化〕
脱硫剂耗量与相应工艺水耗量〔t/h，t/d，t/a〕
氧化空气量与风机选型
脱硫产物生成量的计算〔t/h，t/d，t/a〕与石膏脱水系统的描述
脱硫塔主要构件〔喷淋装置、除雾器、搅拌器〕的数量、型式的选择
循环浆液泵数量与选型
3、烟囱的设计计算
计算烟囱高度与出入口截面积，分别按照地面最大浓度、地面绝对最大浓度方法和P值法进展烟囱高度的设计计算。
4、阻力计算
对各净化系统的阻力进展计算。
5、编写设计说明书：
设计说明书按设计步骤编写，包括方案确实定、设计计算、设备选择和说明等容。
课程设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结与参考文献等局部，文字应简明、顺畅、容正确完整，书写工整、装订成一册。
6、绘制一烟气净化系统流程图〔2号图〕：
以锅炉为起点，烟囱为终点。
其中锅炉与尾部烟道的受热面不要求详细标出，示意即可。
流程图中应标出设备名称，设备尺寸不要求完全按照尺寸比例画出，合理即可。
设计资料5
1、锅炉设备简介
600MW〔HG-2000/25.4—YM12型〕锅炉为一次中间再热、超临界压力变压运行带置式再循环泵启动系统的本生直流锅炉，单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、∏型布置，紧身封闭。
30只低N0x轴向旋流燃烧器采用前后墙布置、对冲燃烧，6台HP1003/Dyn中速磨煤机配正压直吹制粉系统。
最续蒸发量（BMCR）2000t/h，额定蒸发量（BRL）1863.6t/h。
锅炉排烟温度132℃，设计煤种的投煤量为276.81吨/小时。
2、气象资料
项目
单位
统计值
备注
30年一遇10min平均最大风速
m/s
10米高度
多年平均风速
多年平均气温
℃
多年平均相对湿度
%
53
多年平均气压
hPa
3、煤质与灰质成分分析
煤质特性表
名称
符号
设计煤种
收到基碳
Car
收到基氢
Har
收到基氧
Oar
收到基氮
Nar
收到基硫〔全硫〕
St,ar
收到基灰分
Aar
收到基水分（全水分）
Mt,ar
收到基总成分
空气枯燥基水分
Mad
枯燥无灰基挥发分
Vdaf
收到基低位发热量
Q
kJ/kg
20130
kcal/kg
19289
哈氏可磨指数
HGI
飞灰成分分析〔重量百分比〕
二氧化硅
符号
SiO2
单位
三氧化二铝
Al2O3
三氧化二铁
Fe2O3
氧化钙
CaO
氧化镁
MgO
氧化钠
Na2O
氧化钾
K2O
三氧化硫
SO3
二氧化钛
TiO2
五氧化二磷
P2O5
4、石灰石成分分析
石灰石成份分析表
编号
项目
数据
1
％〔wt〕
2
4
5
7
烧失量
8
石灰石粉活性
第一章原始设计资料计算
1.锅炉排烟量的计算
质量〔g〕
摩尔量〔mol〕
理论需氧量〔mol〕
理论烟气量〔mol〕
C
H
O
N
-
S
15
M
60
A
理论需氧量：
理论空气量：
×
理论空气体积：
10-³
³
空气过剩系数：
根据资料查得α取值围为1.02－1.05，本设计取α
℃时饱和水汽压力Pv=1182.5Pa，相对湿度φ=53％。
空气含湿量：
d0φPv／﹙P-φPv〕
1182.5〕=0.0056Kg／m³
空气中水汽体积分数：
φw=0.0056/（0.804+0.0056）=0.0069=0.69％
实际湿烟气体积：
Vfg=Vfgº
-Va〔α-1〕=5.543+5.39/（1-0.0069）×
/kg煤
每小时烟气量：
Q=Qs×
10³
/h
当空气过剩系数为1.03时，根据α=1+α〔O2p〕α（N2P）-α〔O2p〕）
得实测氧量α〔O2p〕=0.608％
超低排放标准：
氮氧化物50mg/mN³
二氧化硫35mg/mN³
，烟尘5mg/mN³
大气污染物基准氧含量排放浓度折算方法：
C=C`×
〔21-O2）/（21-O2`）
2.NOx和SO2浓度与去除效率
1〕烟尘：
根据经验可认为灰飞中灰飞占80％，底渣占20％。
标准状态下烟尘浓度：
C`尘×
=47177mg/m³
根据大气污染物基准氧含量排放浓度折算方法，得C折尘=C`尘×
〔21-6〕/〔21-0.608〕=34703mg/m³
除尘效率：
η尘=〔34703-5〕/34703=99.986％
2）×
，
折算后C折SO2=C`SO2×
脱硫效率：
ηSO2=〔4205.55-35〕/4205.55=99.17％
3）×
mg/kg
低氮燃烧：
C实NOx×
C折NOx×
脱硝效率：
ηNOx==〔865.85-50〕/865.85=94.23％
3.烟气净化系统的总体设置方案
1）脱硝局部：
经上述计算知脱硝效率需达到94.23％，经考虑选择炉低氮燃烧+SNCR和炉后SCR技术相结合的方式来去除NOx。
理论上SNCR脱硝效率可达75％，但实际应用中，考虑到NH3损耗和NH3泄露问题，SNCR设计效率为30%-50%。
SCR技术脱硝效率高，理论上可接近100%的脱硝率，商业燃煤，燃气和燃油锅炉烟气SCR脱硝系统，设计脱硝率可大于90%,由于维持这种高效率费用高，实际SCR系统的操作效率在70%-90%之间。
2）除尘局部:
根据上述计算除尘率为99.985%，单一的静电除尘和布袋除尘均有其优缺点。
电袋复合除尘器是基于静电除尘和布袋除尘两种成熟的除尘理论而提出的一种新型的除尘技术。
它结合了电除尘器和布袋除尘器的优点，除尘效率高，可达99.99%，既能满足新的环保标准，又能增加运行可靠性，降低电厂除尘本钱，故本设计采用电袋复合除尘器。
3）脱硫局部：
根据上述计算脱硫效率为99.17%，目前国国外烟气脱硫工艺主要有干法，半干法和湿法三种。
近年来尽管半干法何干法脱硫技术与其应用有了较大的开展空间，但是湿法脱硫仍是世界上目前应用最广的脱硫技术，其优点是技术成熟，脱硫效率高，操作简便，吸收剂廉价易得适用煤种围广，所用设备简单等优点。
结合本设计处理烟气的指标，本设计选用湿式脱硫工艺来进展脱硫处理。
〔2-2〕
第二章脱硝工艺
1.脱硝系统工艺说明
SNCR〔选择性非催化复原〕脱硝技术是没有催化剂存在的条件下，利用复原剂将烟气中的NOx复原为无害的氮气和水的一种脱硝方法。
该方法首先将含NHx的复原剂喷入炉膛温度为800-1000℃的区域。
在高温下，复原剂迅速热分解成氨气并与烟气中的NOx进展复原反响生成氮气和水。
该方法以炉膛为反响器，可通过对锅炉进展改造实现，投资相对较低，施工期较短。
SNCR脱氮是利用喷入系统的复原剂氨或尿素将烟气中的氮氧化物复原为无害的氮气和水。
尿素相对氨而言，储存更安全且能更好的在烟气中分散，对于大型锅炉，尿素应用更广。
SCR〔选择催化复原〕是指在氧气和非均相催化剂存在条件下，用复原剂氨气将烟气中的NO复原为无害的氮气和水的工艺。
与SNCR一样，这种工艺之所以称作选择性，是因为复原剂氨气优先与烟气中的氮氧化物反响，而不是被烟气中的氧气氧化，烟气中氧气的存在能促进反响，是反响系统中不可缺少的局部。
该技术既能单独使用，也能与其他氮氧化物控制技术联合使用。
本设计采用的复原剂是液氨，在大气压是气体，因此必须在加压条件下进展运输或贮存。
2.SNCR
1）确定SNCR系统的安装位置：
该技术是将含NHx的复原剂喷入炉膛温度为800-1000℃的区域，在高温下，复原剂迅速热分解成氨气并与烟气中的氮氧化物进展复原反响生成氮气和水，该方法以炉膛为反响器，炉膛壁上安装有复原与喷嘴，复原剂通过喷嘴喷入烟气中，并与烟气混合，反响后的烟气流出锅炉，整个系统有复原剂贮槽，复原剂喷入装置和控制仪表所构成。
2）复原剂的选择：
氨气是以气态形式喷入炉膛，尿素是以液态喷入，当氨与氮氧化物反响不完全时，未反响的氨气将从SNCR系统逸出，因此，复原剂喷入系统必须将复原剂喷入到锅炉有效的部位，以保证氨与氮氧化物的混合均匀，尿素相对氨而言，贮存更安全，且能更好的在烟气中分散。
本系统采用复原剂为尿素。
3）复原剂耗量与相应稀释物料耗量的计算
根据所给数据可假设氮氧化物中NO和NO2的体积分数分别为95%和5%。
由V1/V=n1/n=m1/M1/m/M得质量分数为m1/m=V1×
M/（V×
M1）
30/（30×
0.95+46×
46/（30×
O×
C折NO×
O2×
C折NO2×
低氮燃烧+SNCR：
Ox×
SNCR脱硝效率：
ηSNCR=〔86585-605.28〕/865.85=30.1％
SNCR以尿素作为复原剂将NOx复原为N2，因需较高的反响温度〔930-1090℃〕，复原剂通常注入炉膛，主要的化学反响为：
CO（NH2）22→2N2+CO2+2H2O60/C1=2×
0.301）
4CO（NH2）2+6NO2→7N2+4CO2+8H2³
C尿素³
商业化的SNCR系统的复原剂应用率一般只有20%-60%，取40%，
24×
3=99810kg
尿素溶解罐总容积以满足全厂所有机组在工况下一天的尿素溶液耗量，配制的尿素溶液浓度宜为40%-55%〔取质量分数为50%〕。
24/50%=66540kgV=m/Þ
取49900m³
尿素溶液储罐的总储存容量宜为全场所有机组工况下5-7天的日平均消耗量，取7天，
如此66540×
7=465780kg
假设把50%尿素溶液稀释为10%，如此需加水体积为：
m水=1386.25-2772.5=11090kgV水=11090×
校正烟气体积Q1=13800.89+1580580.1=1594385m³
（1）SCR安装位置与反响器
依据SCR脱硝反响器相对的安装位置，SCR系统有高粉尘布置，低粉尘布置和尾部布置三种方式。
高粉尘布置：
SCR反响器布置在锅炉省煤器和空气预热器之间，此时烟气温度在300-400℃围，是大多数金属氧化物催化剂的最优反响温度，烟气不需要加热即可获得较高的NOx净化效果，但催化剂处于高尘烟气中，条件恶劣，寿命会受如下因素影响：
①飞灰中K、Na、Ca、Si、As会使催化剂污染或中毒；
②飞灰磨损反响器并使催化剂堵塞；
③假设烟气温度过高会使催化剂烧结；
低粉尘布置：
SCR反响器布置在省煤器后的高温电除尘器和空气预热器之间，该布置方式可防止烟气中的飞灰对催化剂的污染和对反响器的磨损与堵塞，其缺点是大局部电除尘器在300~400oC的高温下无常运行。
尾部布置方式：
SCR反响器布置在除尘器和烟气脱硫系统之后，催化剂不受飞灰和SO2等的污染，但由于烟气温度较低，仅为50~60oC一般需要气一气换热器〔GGH〕或采用加设燃油或燃天然气的燃烧器将烟灰提高到催化剂的活性温度，势必增加能源消耗和运行费用。
对上述进展综合考虑，本设计SCR反响器选择高尘布置。
〔2〕催化剂的选择与填装情况
可用于SCR系统的催化剂主要有贵金属催化剂、碱金属氧化物催化剂和分子筛催化剂三种类型
典型的贵金属催化剂是Pt或Pd作为活性组分，其操作温度在175~290oC之间，属于低温催化剂，这种催化剂复原NOx的活性很好，但选择性不高，NH3容易直接被空气中的氧氧化。
商业SCR催化剂即碱金属氧化物催化剂，其活性组分为V2O5，载体为锐钛矿型的TiO2、WO3和MoO3做助催化剂，负载在锐钛矿上的V2O5具有很好的SCR催化反响活性和稳定性，WO3和MoO3能抑制TiO2、由锐钛矿型向金红石型的转变，也能竞争TiO2外表上碱性位的吸附而抑制SO2的吸附。
分子筛催化剂也能应用于SCR反响，由于其操作温度高，主要用于燃气锅炉。
综上考虑选用碱金属氧化物催化剂，并且用于燃煤锅炉的SCR设备必须承受烟道气流中颗粒物的摩擦作用，因此使用平行流道的催化剂，平行流道意味着烟气直接通过开口的通道，并平行接触催化剂外表，气体中的颗粒物被气流带走，NOx靠紊流迁移和扩散，到达催化剂外表，常用催化剂形状是蜂窝状，它不仅强度好，而且容易清理。
反响器采用固定床平行通道形式，反响器为自立钢结构形式，催化剂底部安装气密装置，防止未处理过的烟气泄露，本电厂采用的烟气脱硝催化剂形式为平板式，烟气平行流过催化剂，催化剂床层由3+1层催化剂所组成，反响器装填有480m3的催化剂。
〔3〕复原剂的选择
液氨和氨水均能作为SCR反响的复原剂，液氨几乎是100%的纯氨，它在大气压是气体，因此必须在加压条件下进展运输和贮存，SCR系统中用作复原剂的氨，常用29.4%氨水进展运输和贮存。
与液氨相比，用氨水进展运输和贮存不存在安全问题，但要求较大的容器进展贮存，当使用29.4%的氨水作为复原剂时，为提供足够大的氨蒸汽压，SCR系统还需要蒸发器，因此考虑经济效益选用液氨为复原剂。
（4）复原剂耗量与相应稀释物料耗量的计算
SCR脱硝效率：
ηSCR=（605.28-50）/605.28=91.7%
SCR主要以液氨作复原剂，通常催化剂安装在单独的反响器，反响器位于省煤器之后或空气预热器之前。
此处烟气温度约为290-400℃，是复原反响的最优温度。
P’NO×
P’NO2×
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2×
8NH3+6NO2→7N2+12H2O4×
17/C4=3×
查规的氨气的逃逸浓度不大于3μL/L,
工况下氨气的逃逸浓度为：
3×
μ×
10﹣6m³
/m³
10﹣6+423.16〕×
（5）吹灰器的选择与数量确实定
（6）本设计选择声波吹灰器
对催化剂活性的影响：
声波吹灰器是非接触式的清灰方式，阻止灰粉在催化剂外表形成堆积，而蒸汽吹灰装置是待灰形成一定厚度后，再进展吹扫去除。
声波吹灰器能保持催化剂的连续清洗最大限度，最好的利用催化剂对脱硝反响的活性。
对催化剂寿命的影响：
声波吹灰器对催化剂没有任何副作用，而蒸汽吹灰方式由于湿度的影响，长期运行对催化剂的失效影响很大，有对催化剂发生腐蚀和堵塞的危险，声波吹灰器对催化剂没有磨损，可延长催化剂使用寿命，降低SCR维护本钱。
吹灰覆盖围：
声波吹灰器由于是依靠非接触式的声波，发现灰尘从结构外表脱落而被烟尘带走，声波在结构外表来回反射又不衍射，从而不存在死角，清灰非常彻底，适用于高尘布置方式，气灰量比拟大的设备
吹灰器是一层催化剂对应一套吹灰装置，共需四套吹灰装置。
第三章除尘系统
1.除尘工艺
本设计除尘效率要求为99.985%，电除尘器和袋式除尘器的效率均可达99%以上。
电除尘器是利用粉尘颗粒在电场中荷电并在电场力作用下收尘机运动的原理实现烟气的净化。
其除尘效率高，且运行阻力低，但其受粉尘性能和烟气条件影响较大，且设备投资会较大。
袋式除尘器是气流经布袋的滤料，粉尘被捕集于滤料上，经过机械振动后落入灰斗中。
其除尘效率高，不受粉尘性能影响，但设备阻力偏大，滤袋寿命短。
电袋复合式除尘器是有机结合了静电除尘和布袋除尘的特点，通过前级电场的预收尘、荷电作用和后级滤袋区过滤除尘的一种高效除尘器，它充分发挥电除尘器和布袋除尘器各自的除尘优势，以与两者相结合产生新的性能优点，弥补了电除尘器和布袋除尘器的除尘缺点。
该复合型除尘器具有效率高，稳定，滤袋阻力低，寿命长，占地面积小等优点，是未来控制细微颗粒粉尘、PM2.5以与重金属汞等多污染物协同处理的主要技术手段。
综合，最终选择电袋除尘器，既充分利用了电·
袋除尘器的自身优势，既降低了投资本钱，也减少了占地面积，更加低了排放浓度，使除尘效率可达99.99%。
电袋除尘器分为串联式和混合式。
分体串联式除尘器需要额外的场地，电除尘器排出的荷电粉尘在进入袋式除尘器前可能会失去电荷。
一体式串联电袋除尘器只需在有除尘器与袋式除尘器之间设置气流调节装置，无需占用额外的场地，结构较简单，混合式除尘器均在一个单元，结构更紧凑，粉尘吸附更好，但结构太过复杂，检查维修较复杂，综合选用一体式串联电袋除尘器。
2.烟气量计算
/s
工况下流量Q’=Q1T’×
（132+273）/273=657m³
106m³
3.电除尘器计算
2〕沉淀极极板面积计算：
²
沉淀极板总面积：
SA=Qs=657×
对SA进展修正，系数k取1-1.5为宜，取修正系数为1.3，如此SA’²
3）除尘器的电场风速与有效断面计算：
查《除尘工程设计手册》表4-104电场风速取值围为0.7-1.4m/s，取为1m/s。
求得B=16.545m，取17m，如此H=328.5/16.545=19.855m,取20m。
4〕通道宽度与电场长度计算：
①通道宽度的选择：
因采用宽间距后，沉淀极和电晕机的数量减少，因而节约钢材，减轻质量。
沉淀极和电晕极的安装和维护都方便，极距增加，平均场强提高，极电流密度并不增加，对收集高比电阻粉尘有利。
通常以400-600mm较合理，取600mm。
②通道数，电场强度与电场数计算：
通道数：
Z=B/（2b-e）=17/（0.6-0.02）=29.3,取30个通道。
E为沉淀极板的阻流宽度。
5〕电除尘器清灰方式与灰斗的相关描述
清灰方式：
①本方案采用侧部脑臂锤机械振打方式清灰。
②灰斗：
采用锥形灰斗，灰斗采用钢结构，为了保持会抖的倾角大于灰斗的安装角，电厂有48个灰斗，并在灰斗有3道隔板，用来防止气流短路和二次飞灰的产生。
③除尘器共用48个灰斗，每个灰斗下部设有检修用的插阀瓣和星型卸灰阀，星型卸灰阀下部设有两条纵向螺旋，一条横向螺旋和一个贮灰仓，灰仓仓壁上设有仓壁振动器和高聊检测器，灰仓下部设星形阀和加湿器。
操作时，除尘器灰斗下星形阀，灰仓星形阀，加湿器按顺序卸灰。
④电场长
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