DZL2-13型锅炉中硫煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计--课程设计.doc

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中北大学信息商务学院

课程设计任务书

2015~2016学年第二学期

学院：

化工与环境学院

专业：

环境工程

学生姓名：

张红学号：

1304014104

课程设计题目：

DZL2-13型锅炉中硫烟煤烟气

袋式除尘湿式脱硫系统设计

起迄日期：

16.5.15~16.6.24

课程设计地点：

中北信商

指导教师：

刘侃侃

系主任：

张建忠

下达任务日期:

2016年4月29日

课程设计任务书

设计目的：

DZL2-13型锅炉中硫烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计

设计原始资料：

锅炉型号：

DZL2-13即，单锅筒纵置式链条炉，蒸发量2t/h,出口蒸汽压力13MPa

设计耗煤量：

390kg/h

设计煤成分：

C=64.5%H=4%O=3%N=1%S=1.5%A=18%W=8%V=15%；属于中硫煤。

排烟温度：

160℃

空气过剩系数=1.3

飞灰率=16%

烟气在锅炉出口前阻力500Pa

污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中二类区新建排污项目执行。

连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度50m,90°弯头10个。

设计内容：

（1）根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生烟气量，烟尘和二氧化硫浓度。

（2）净化系统设计方案的分析，包括净化设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；净化效率的影响因素。

（3）除尘设备结构设计计算

（4）脱硫设备结构设计计算

（5）烟囱设计计算

（6）管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择。

（7）根据计算结果绘制设计图，系统图要标出设备、管件标号、并附明细表；除尘系统、脱硫设备平面图、剖面布置图若干张，已解释清楚为宜，最少4张A4图，并包括系统流程图一张。

前言

在目前，大气污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。

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害。

人类不仅能适应自然环境，而且还能开发利用自然资源，改造自然环境，使环境更加适合于人类生存。

在人为活动影响下形成的环境，称为次生环境。

工农业生产排放大量有毒有害污染物，严重污染大气、水、土壤等自然环境，破坏生态平衡，使人类生活环境的质量急剧恶化，人类生产和生活活动排入环境各种污染物，特别是生产过程排放的污染物种类极多，而且随着科学技术和工业的发展，环境中污染物的种类和数量还在与日俱增。

这些污染物随同空气、饮水和食物进入人体后，对人体健康产生各种有害影响。

大气污染是随着产业革命的兴起，现代工业的发展，城市人口的密集，煤炭和石油燃料的迅猛增长而产生的。

近百年来，西欧，美国，日本等工业发达国家大气污染事件日趋增多，本世纪50-60年代成为公害的泛滥时期，世界上由大气污染引起的公害事件接连发生，例如：

英国伦敦烟雾事件，日本四日市哮喘事件，美国洛杉矶烟雾事件，印度博帕尔毒气泄漏事件等等，不仅严重地危害居民健康，甚至造成数百人，数千人的死亡。

我国随着经济的快速发展，因燃煤排放的二氧化硫、颗粒物等有毒有害的污染物质急剧增多。

空气污染以煤烟型为主，主要污染物是二氧化硫和烟尘。

据统计，1990年全国煤炭消耗量10.52亿吨，到1995年煤炭消耗量增至12.8亿吨，二氧化硫排放量达2232万吨。

超过欧洲和美国，居世界首位。

-9-

目录

前言

1.工艺流程及选择

2.除尘器的设计及计算

2.1燃煤锅炉烟气量，烟尘和二氧化硫浓度计算…………………….1

2.1.1标准状态下理论空气量……………………………………..1

2.1.2标准状态下理论烟气量……………………………………..1

2.1.3标准状态下实际烟气量……………………………………..1

2.1.4烟气含尘浓度……………………………………………….1.

2.1.5标准状态下烟气二氧化硫浓度计算………………………1.

2.2除尘器选择

2.2.1除尘效率……………………………………………………2

2.2.2工况下烟气流量……………………………………………2

2.2.3除尘器的选择……………………………………………….2

2.2.4管道布置及各管道管径……………………………………3

2.2.5烟囱的设计………………………………………………….4

2.2.6系统阻力计算……………………………………………….6

2.2.7风机和电机的选择和计算…………………………………..8

附图

参考文献

2.除尘器的设计及计算

2.1燃煤锅炉烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算

2.1.1标准状况下理论空气量

Qa’=4.76*（1.867C+5.56H+0.7S-0.7O）

式中：

CHSO—分别为煤中各元素的质量分数

Qa’=4.67*（1.867*0.645+5.56*0.04+0.7*0.015-0.7*0.03）

=6.613（㎥/kg）

2.1.2标准状况下理论烟气量

Qs’=1.867*（C+0.375S）+11.2H+1.24W+0.016Qa’+0.79Qa’+0.8N

式中：

W—煤中水分的质量分数；

N—N元素在煤中的质量分数。

Qs’=1.867*（0.645+0.375*0.015）+11.2*0.04+1.24*0.08+0.016*6.613+0.79*6.613+0.8*0.01

=7.10（㎥/kg）

2.1.3标准状况下实际烟气量

Qs=Qs’+1.016*（a-1）*Qa’

式中：

a—空气过剩系数

Qs=7.10+1.016*（1.3-1）*6.613

=9.116（㎥/kg）

注意：

标准状态下烟气流量应以㎥/h计，因此，Q=Qs*设计耗煤量

Q=Qs*设计耗煤量=9.116*380=3464.08㎥/h

2.1.4烟气含尘浓度

C=dsh/Qs*A

A—煤中不可燃组分含量

Dsh—飞灰占煤中不可燃质量分数

C=2.62（g/m3）

2.1.5标准状况下烟气中二氧化碳的浓度计算

Cso2=2S/Qs*108

CS02=2*0.015/9.116*108

=3.29*103（mg/m3）

2.2除尘器选择

2.2.1除尘效率

Ŋ=1-CS/C=1-100/2620

=96.18%

2.2.2工况下烟气流量

Q1=QPT’/TP’（m3/h）

=[3464*101.325*（273+160）]/[273*98]

=5680.60（m3/h）

2.2．3烟气除尘器选择

根据工况下烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率来确定除尘器（袋式

除尘器）

袋式除尘器是使含尘气体通过滤袋滤去其中离子的分离捕集装置，是过滤

式袋式除尘器中一种，其结构形式多种多样，按不同特点可分为圆筒形和扁形上进气和下进气，内滤式和外滤式，密闭式和敞开式；简易，机械振动，逆气流反吹，气环反吹，脉冲喷吹与联合清灰等不同种类,其性能比较如下表：

除尘种类

除尘效率

净化程度

特点

简易袋式

30

中

脉冲喷吹袋式

90

细

清灰方式作用强度很大，而且其强度

和频率都可以调节，清灰效果好

机械振动袋式

90

中

要求滤料薄而光滑，质地柔软，再过

滤面上生成足够的振动力。

气环式袋式

99

细

适用高湿度、高浓度的含尘气体，造

价较低，气环箱上下移动时紧贴滤袋，使

滤袋磨损加快，故障率较高

通过我组比较最终决定选用袋式除尘器，根据处理烟气性质及不同型式

的袋式除尘器的优缺点，最终决定选用MC6—I型系列逆喷脉冲袋式除尘器。

脉冲袋式除尘器是一种周期性的向滤袋内或滤袋外喷吹压缩空气来达到清除滤袋上积尘的袋式除尘器，它具有处理风量大，除尘效率高的优点，而且清灰机构设有运动部件，滤袋不受机械力作用，损伤较小，滤袋使用周期长的特点。

用《除尘器手册》中选取MC系列逆喷脉冲袋式除尘

结构特点:

主要由上箱体，中箱体，下箱体，排灰系统与喷嘴系统等几个主要部分组成。

上箱体内设有多孔板，滤袋，滤袋框架下箱体包括进气口、灰斗、检查门排灰系统由减速装置和排灰装置组成控制仪、控制阀、脉冲阀、喷管与气包等组成喷吹系统。

工作原理含尘气体由下箱体的进风口进入除尘器内经过滤袋过滤。

粉尘被阻留在袋外，净化气体进入袋内经过文氏管，由排风口排出机外，阻留在滤袋上的粉尘通过用电控；D、机控；J、或气控；Q、中的一种方式，控制开启脉冲阀定时分排，对滤袋进行清灰，其主要性能与主要结构尺寸见下表。

型号

过滤面积m2

滤袋数量/条

处理风量m3/h

脉冲阀个数/个

外形尺寸/长、宽、高

MC36-I

27

36

3250~6480

6

1425*1678*3600

设备质量/kg

滤袋尺寸/mm

设备阻力/Pa

除尘效率

入口含尘浓度g/m3

过滤风速m/min

1116.80

Φ120*2000

1200~1500

＞99%

2~14

2~4

主要结构尺寸：

型号

A

A1

B

B1

H

MC36-I

1678

1150

1340

1100

3660

影响因素:

过滤风速、滤料风速、滤料种类、清灰方式、入口含尘浓度、处理气体性质、净化物料种类等。

2.2.5管道布设及各管段管径

1.各装置及管道布置原则

根据锅炉运行情况和锅炉房现场的实际情况确定各装置的位置，一旦确定了各装置的位置，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。

2.管径的确定

d=（m）

式中：

v为烟气流速m/s（对于锅炉烟尘v=10~15m/s）

取v=13m/s则

d=

=0.393m

圆整并取风速

外径

外径允许偏差

壁厚

400

±1

0.06

内径d1=400-2*0.6=398.8m

由公式d=（m）得

烟气流速V=4Q/πd2=12.05m/s

由此可见，除尘器管径计算合理

2.2.6烟囱设计

1烟囱高度计算

根据锅炉的蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定表

确定烟囱高度。

锅炉烟囱高度

锅炉总额蒸发量（t/h）

＜1

1~2

2~6

6~10

10~20

20~35

烟囱最低高度（m）

20

25

30

35

40

45

由于给定锅炉型号DZL2-13蒸发量为2t/h，所以选定烟囱高度为30m.

烟囱抬升高度

Qh=CPVa（Ta-T）

=1.38*0.918*（160-20）

Qh--烟囱的热排放率

Cp—标准状况下烟气平均比定压热容，取CP=1.38kg/m3

Va—标准状态下的烟气排放量m3/s

Ta--烟气出口温度

T0—当地平均气温取20

由于177.36KW＜2100KW

△h=2*（15VSD+0.01Qh）/u

VS—烟出口速度

D—烟囱出口温度

Qh—烟囱热排放率

u—烟囱出口环境平均风速m/s,取2.5m/s

VS=Q/A=（0.918*4）/（3.14*0.62）

△h=2*=3.76

烟囱总高度H为：

H=Ha+△h=33.76m

2.烟囱直径的计算

烟囱出口直径计算公式如下

d===0.695

圆整取d=0.7

烟囱出口烟气流速

通风方式

全负荷

最小负荷

机械通风

10~20

4~5

自然通风

6~8

2.5~3

根据表格选烟气出口流速w=4m/s

烟从底部直径：

D1=d+2ih=0.70+2*0.02*33.76=2.05m

d—烟囱出口直径

h—烟囱高度

i—烟囱锥度，取0.02

烟囱的抽力

Sy=0.0342*h*b（）

b—当地大气压pa

sy=0.0342*34*98*103（

=125.7pa

烟囱阻力计算

采用砖砌烟囱，阻力可按下式计算

△Pm=l

l--摩擦阻力系数，0.04

t—管道长度，m

d—管道直径，

p—烟气密度

v—管内烟气平均流速

△pm=0.04*（30*0.83*122）/2=91.91pa

则最大地面浓度pmax=2*0.6*2541）/3.14*2.5*2.72*36.472=0.11mg/m3

可见地面最大浓度小于国家规定，烟囱高度设计合理

2.2.7系统阻力计算

1.摩擦阻力损失△PL=*V

L—管道长度p—烟气密度

d—管道直径v—管道烟气流速

λ—摩擦阻力系数，查表得混凝土管道取0.04

对于Φ400圆，L=50

P=（1.36*273*98）/（433*101.325）=0.83

△PL=（0.02*50*0.83*12.052）/0.4*2=150.65Pa

2.局部压力损失

△P=*v=6.026

a.除尘器进气管的阻力损失

渐缩管的计算

α≤45°时ε=0.1

取α=45°，v=12.05m/s

△P==0.1*0.83*12.05/2=6.026

设两个均为90°弯头

D=400mm取R=1.5D则ε=0.175

△P=0.175*0.83*12.052/2=21.09

渐扩管计算

查化工附表则ε=0.25

△PL=0.25*0.87*12.052/2=15.06

L2=[（0.5-0.4）tan67.5]/2=0.12

b除尘器出气管的阻力损失计算

渐扩管计算

α≤45°时ε=0.1

取α=30v=12.05

△p=0.1*0.83*12.052/2=6.026

LA=（0.5-0.4）*tan67.5°/2=0.12

两个90°弯头

D=400mm取R=1.5D则ε=0.175

△P=0.175*0.83*12.052*2/2=21.09Pa

C对于T型三通

ε=0.55

△P=0.55*0.83*12.052/2=33.14

则系统总阻力{其中锅炉出口前阻力550pa,除尘器阻力1400pa}

∑h=150.65+6.025+6.026+21.09+15.06+6.026+21.09+33.14+550+1300=2106.70pa

2.2.8风机和电机选择

1.标准状态下风机风量计算

1.1—风量备用系数B—当地大气压

Q—标准状态下风机前风量，m/h

t—风机前烟气温度，若管道不长，可以近似取锅炉排烟温度

2.风机风压计算

Hy=

=2154.79pa

1.2—风压备用系数∑h—系统总阻力，pa

t—风机前温度，

PY—标准状态下烟气密度1.36kg/m3sy—烟囱产生的抽力，Pa

根据计算选择风机

型号

全压

风量

功率

转速

Y8-39

2136-5726

2500-26000

3-37

2850

3.电动机功率计算

=8.14kw

QY—风机风量HY—风机分压

Y1—风机在全头时的效率，一般为0.6

Y2—机械转动功率，用v行带动传动时=0.95

β—电动机备用系数，对引风机=1.3

根据电动机功率，风机转速，传动方式，选定Y160L-6型电动机（功率是11kw）

参考文献

1.贾绍义、柴诚敬，《化工原理课程设计》

2.熊振湖、费学宁、池勇志等，《大气污染防治技术及工程应用》

3.马广大，《大气污染控制工程》

4.胡洪营，《环境工程原理》，高等教育出版社

5.李功祥等，《常用化工单元及设备设计》，华南理工大学出版社

6.余国琮，《化工机械工程手册》，化学工业出版社，2003

7.路秀林等，《化工设备设计全书—塔设备》，化学工业出版社，2004

8.《化学工程手册第三卷》，化学工业出版社

9.《化工工艺设计手册》，化学工业出版社

10.董大勤等，《压力容器与化工设备衫手册》，化学工业出版社

11.王志魁《化工原理》化学工业出版社

左宗义等《画法几何与机械制图》华南理工大学出版社