课程设计--DZL2-13型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统的设计.doc
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大气课程设计报告书
大气污染控制工程
课程设计
目录
1设计方案的选取 3
1.1确定工艺 3
1.2工艺流程简图 3
1.3与其他工艺的比较 3
2基本参数计算 5
2.1烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算 5
2.1.1烟气流量的确定 5
2.1.2烟气浓度的计算 6
2.1.3二氧化硫浓度的计算 6
2.2除尘及脱硫效率的计算 6
2.2.1二氧化硫及烟尘排放量的确定 6
2.2.2效率的计算 7
3袋式除尘器的选型与计算 7
3.1袋式除尘器的选型 7
3.1.1清灰方法的选择与比较 7
3.1.2滤料的选取 9
3.1.3滤袋形状及进气方式的选择 9
3.1.4清灰方式的选择 10
3.2袋式除尘器的相关计算 10
3.2.1处理气量的确定 10
3.2.2过滤风速的选取 11
3.2.3过滤面积的计算 11
3.2.4单条滤袋的面积 11
3.2.5滤袋的数量 12
3.3根据计算选择袋式除尘器 12
4填料塔的计算 13
4.1基本参数 13
4.2物料衡算 14
4.3填料塔工艺尺寸的计算 15
4.3.1塔径的计算 15
4.3.2填料层高度的计算 16
4.4填料层压降的计算 17
4.5附属装置的选择 19
4.5.1液体分布器选取 19
4.5.2除雾器的选择 19
4.5.3液体再分布器的选取 20
5管径的确定 20
6系统阻力的计算 20
6.1摩擦压力损失 21
6.2雷诺数的计算 21
6.3摩擦压力损失的计算 22
6.4弯头的阻力损失 22
6.5管道上渐扩管的阻力损失 23
6.6系统总阻力的计算 26
7风机和电动机的选择与计算 26
7.1标准状态下的风机风量的计算 26
7.2风机的选择 26
8烟囱的设计 27
8.1烟囱直径的计算 27
8.2烟囱底部直径 28
8.3烟囱的抽力 28
参考文献 30
1设计方案的选取
1.1确定工艺
由于方案设计要求为DZL2-13型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统的设计，所以除尘方式为袋式除尘器，主要确定湿式脱硫工艺。
经过多方面资料的查询确定我们的选用双碱法脱硫工艺。
1.2工艺流程简图
图1工艺流程图
1锅炉2袋式除尘器3灰斗4烟囱5气气热交换器6除雾器7填料塔8缓冲箱9配药箱10石灰仓11中间仓12熟化室13石灰反应器14浓缩池15过滤池
1.3与其他工艺的比较
湿法烟气脱硫，特点是脱硫系统位于烟道的末端、除尘器之后，脱硫过程的反应温度低于露点，所以脱硫后的烟气需要再加热才能排出。
由于是气液反应，其脱硫反应速度快、效率高、脱硫剂利用率高，如用石灰做脱硫剂时，当Ca／S=1时，即可达到90%的脱硫率，适合大型燃煤电站的烟气脱硫。
但是，湿法烟气脱硫存在废水处理问题，初投资大，运行费用也较高。
以下是各种湿法脱硫工艺的优缺点分析对比：
石灰石/石膏法的主要优点是：
适用的煤种范围广、脱硫效率高（有的装置Ca/S=1时，脱硫效率大于90%）、吸收剂利用率高（可大于90%）、设备运转率高（可达90%以上）、工作的可靠性高（目前最成熟的烟气脱硫工艺）、脱硫剂—石灰石来源丰富且廉价。
但是石灰石/石膏法的缺点也是比较明显的：
初期投资费用太高、运行费用高、占地面积大、系统管理操作复杂、磨损腐蚀现象较为严重、副产物—石膏很难处理（由于销路问题只能堆放）、废水较难处理
氧化镁法，一些金属氧化物如MgO、MnO2和ZnO等都有吸收SO2的能力，可利用其浆液或水溶液作为脱硫剂洗涤烟气脱硫。
我国氧化镁资源丰富，可考虑此法要求必须对烟气进行预先的除尘和除氯，而且该过程中会有8%的MgO流失，造成二次污染。
氨法脱硫工艺副产品硫酸铵的销路和价格是氨法工艺应用的先决条件，这是由于氨法所采用的吸收剂氨水价格远比石灰石高，其吸收剂费用很高，如果副产品无销路或销售价格低，不能抵消大部分吸收剂费用，则不能应用氨法工艺，此外氨水来源也是选择此工艺的必要条件，由于以上缺点在这里我们不选用该处理方法。
海水脱硫法，工艺简单，无需脱硫剂的制备，系统可靠可用率高，根据国外经验，可用率保持在100% 脱硫效率高，可达90％以上；不需要添加脱硫剂，也无废水废料，易于管理；与其他湿法工艺相比，投资低，运行费用也低，但只能用于海边电厂，且只能适用于燃煤含硫量小于1.5％的中低硫煤。
双减法脱硫工艺：
克服了石灰石-----石膏法容易结垢的缺点，并进一步提高脱硫效率而发展起来的。
要先用碱金属盐类如钠盐的水溶液吸收SO2，然后在另一个石灰反应器中用石灰或石灰石吸收SO2的吸收液再生，再生的吸收液返回吸收塔再用。
而SO2还是以亚硫酸钙和是高的形式沉淀出来。
由于其固体的产生过程不是发生在吸收塔中的，所以避免了石灰石-----石灰法的结垢问题。
双碱法比传统的湿法脱硫有以下优点：
（1）以钠碱作为吸收剂，系统一般不会产生沉淀物；
（2）吸收剂的再生和脱硫渣的沉淀发生在脱硫塔以外，避免了塔德堵塞和磨损提高了运行可靠性，降低了操作费用
（3）钠基吸收液吸收SO2速度快，故可用较小的液气比，达到较高的脱硫率。
缺点是：
NaSO3氧化副反应产物Na2SO4较难再生，需不断的补充NaOH或Na2CO3而增加碱的消耗量。
另外，Na2SO4的存在也将降低石膏的质量。
总之，双碱法脱硫技术是国内外运用的成熟技术，是一种特别适合中小型锅炉烟气脱硫技术，具有广泛的市场前景。
经过多方面的比较我们选用双碱法作为最终的脱硫工艺。
2基本参数计算
2.1烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算
2.1.1烟气流量的确定
以1kg煤燃烧为基础
组分
重量（g）
摩尔数（mol）
需氧量（mol）
产物量（mol）
C
650
54.167
54.167
54.167
H
40
40
10
20
O
23
1.438
-0.719
--
N
7
0.5
--
--
S
34
1.063
1.063
1.063
H2O
100
5.556
--
5.556
灰分
14
--
--
--
挥发分
86
--
--
--
标准状态下理论需氧量为:
54.167+10-0.719+1.063=64.511mol/kg
标准状态下理论N2量:
因为空气中N2:
O2≈3.76:
1所以标准状态理论N2量为：
64.511×3.76=242.5614mol/kg
标准状态下理论产物量:
54.167+20+1.063+5.556=80.786mol/kg
标准状态下理论烟气量=理论N2量为+产物量=242.5614+80.786=323.3474mol/kg
标准状态下理论空气量:
64.511×4.76=307.0724mol/kg
标准状态下实际空气量=标准状态下理论空气量×a（空气过剩系数=1.2）
=307.0724×1.2=368.487mol/kg
标准状态下实际干烟气量=标准状态下理论烟气量+标准状态下过剩空气量
=标准状态下理论烟气量+（标准状态下实际空气量-标准状态下理论空气量）
=323.3474+368.487-307.0724=384.76mol/kg=384.76×=8.6m3/kg
水分含量=12.966×8.9375×22.4÷18÷1000=0.14m3/kg
标准状态下实际湿烟气量Qy=标准状态下实际干烟气量+水分含量
=8.6+0.14=8.74m3/kg
2.1.2烟气浓度的计算
mg/h
标准状态下烟气含尘浓度
（㎏/m3）
式中:
Qy——标准状态下实际烟气量,m3/kg；
A——煤中不可燃成分的含量（此处1kg煤中含A150g）
dSh——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数，%。
C==2.56×103mg/m3
2.1.3二氧化硫浓度的计算
标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算
（mg/）
式中:
QY——标准状态下燃煤产生的实际烟气量,m3/kg；
S——煤中可燃硫的质量分数，%。
CSO2==7.78×103mg/m3
2.2除尘及脱硫效率的计算
2.2.1二氧化硫及烟尘排放量的确定
首先确定烟囱高度通过烟囱高度确定污染物排放量。
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2）确定烟囱的高度。
表2锅炉烟囱高度表
锅炉总额定出力/（t/h）
<1
1~2
2~6
6~10
10~20
26~35
烟囱最低高度/m
20
25
30
35
40
45
由于本设计中锅炉的的总定额出力为2t，所以烟囱的高度为为30m，本方案设计中选烟囱的高度为30m，
若烟囱高度达不到GB13271—2001表4锅炉房烟囱最低允许高度（4t锅
炉烟囱高度最低35m，6t锅炉烟囱高度最低40m）的要求，其排放标准值按50%执行.
本设计中烟囱高的未达到标准则按排放标准的50%执行，且锅炉大气污染排放标准（GB13271-2001）中二类区执行标准为：
烟尘浓度排放标准（标准状况下）：
200㎎/
二氧化硫排放标准（标准状况下）：
900㎎/
则，设计中烟尘浓度排放标准（标准状况下）：
100㎎/二氧化硫排放标准（标准状况下）：
450㎎/
2.2.2效率的计算
烟尘去除效率为：
η=
脱硫效率：
η=×100%=94.22％
3袋式除尘器的选型与计算
3.1袋式除尘器的选型
3.1.1清灰方法的选择与比较
袋式除尘器清灰方法有手工清灰、机械清灰和脉冲喷吹清灰等几种。
手工清灰方式适用于烟气量比较小的除尘设备的青灰，并且清灰的周期不易确定，并确人为清灰存在一定的安全隐患，所以在这里我们不选用该清灰方式。
振动清灰方，利用机械装置阵打或摇动悬吊滤袋的框架,使滤袋产生振动而清落灰尘,圆袋多在顶部施加振动,使之产生垂直的或水平的振动,或者垂直或水平的两个方向同时振动,施加振动的位置也有在滤袋中间的位置的.由于清灰时粉尘要扬起,所以振动清灰时常采用分室工作制,即将整个除尘器分隔成若干个袋室,顺次地逐室进行清灰,可保持除尘器的连续运转.进行清灰的袋室,利用阀门自动地将风流切断,不让含尘空气进入.以顶部为主的振动清灰,每分钟振动可达数百次,使粉尘脱落入灰斗中。
振动清灰方式的机械构造简单，运转可靠，但清灰作用较弱，适用于纺织布滤袋。
脉冲喷吹清灰方式，即固定滤袋用的多孔板（花板）设在箱体的上部，在每排滤袋的上方有一喷吹管，喷吹管上对着每一滤袋的中心开一压气喷射孔（嘴），喷吹管的另一端与脉冲阀、控制阀等组成的脉冲控制系统及压缩空气储气罐相连接，根据规定的时间或阻力值，按自动控制程序进行脉冲喷吹清灰。
滤袋多采用外滤式，内侧设支撑骨架，粉尘被捕集而沉降在滤袋的外侧的表面。
清灰时的一瞬间，当高速喷射气流通过滤袋顶端时，能诱导几倍于喷射气量的空气，一起吹向滤袋内部，形成空气波，使滤袋由上向下产生急剧的膨胀和冲击振动，产生很强的清落粉尘的作用。
脉冲周期可以调整，一般为1分钟到几分钟。
根据脉冲喷吹气流与净化气流的流动方向，有顺喷式、逆喷式和对喷式三种方式。
顺喷式为两种气流方向一致，净化后清洁空气由滤袋底部排出：
对喷式实际是把滤袋分为两部分，一半对喷，另一半顺喷。
在喷吹时，被清灰的滤袋不起捕尘作用，因喷吹时间很短，且滤袋是一排一排第一次进行喷吹清灰，几乎可以把捕尘作业看作是连续进行的，因此可以采取分室结构进行离线清灰，也可以不分室进行在线清灰。
脉冲清灰作用较强，清灰效果较好，可提高过滤风速。
其强度和频率都是可以调节的，清灰作用于大气压文氏管构造以及射流中心线和滤袋中心线是否一致等因素有关。
滤袋较长时，使用较好的喷吹装置同样可以获得良好的清灰效果。
由于清灰作用强，对于粘类滤料也是有效的。
毡类滤料的使用也开始广泛起来。
毡类滤料，从微观角度来看，整体都可，用于有效过滤，所以，其表观过滤速度可比纺织布高，从而使装置小型化。
而且脉冲喷吹清灰的清灰过程不中断滤料工作，能实现粘附性强的粉尘脱落，清灰时间间隔短，可选用较高的过滤速度。
所以在本方案设计中选用脉冲喷吹式带式除尘器。
3.1.2滤料的选取
由于锅炉出口处烟气温度为160℃,要求填料有较高的耐高温性能和耐氧化性能，综合各方面因素和比较我们筛选出两种滤料可以满足本方案设计的要求，
它们的详细资料如下：
表3滤袋性质
种类
性能
名称
密度
使用温度
耐热性
抗拉强度/MPa
断裂延伸率/%
耐磨性
耐腐蚀性
可燃性
最高
最低
干热
湿热
有机酸
无机酸
碱
合成纤维
聚四氟乙烯
2.3
280~300
B
B
33
13
B
A
A
A
无机纤维
玻璃纤维
2.54
315
A
A
145~158
3~5
E
A
A
B
不燃
通过参考各种相关资料和综合分析，由于聚四氟乙烯价格较贵，虽然它和玻璃纤维一样能满足本方案要求，但为了节省资金我们最终选用玻璃纤维作为袋式除尘器的滤料。
3.1.3滤袋形状及进气方式的选择
3.1.3.1滤袋形状的选择
滤袋按形状可以分为圆袋式除尘器和扁袋式除尘器两种。
圆袋式除尘器：
直径一般为120~300mm，高度一般为2~3m。
长径比一般为10~25，最大可以达到40，滤袋长径比和过滤风俗有关，可以按下表选用
表4过滤风速选取表
过滤风速/（m/min）
<0.5
0.5~1.5
>1.5
滤袋长径比（e/d）
30
25
20
优点：
圆袋的支撑骨架及连接简单，清灰容易，维护管理也比较方便，所以应用非常广泛。
扁袋式除尘器：
滤袋为扁平型，厚度及履带间隙为25~50mm，高度为0.6~1.2m,深度为300~500mm；最大优点是：
单位容积的过滤面积大，但是清灰、检修、换袋很复杂，因此应用范围受限。
3.1.3.2进气方式与过滤方式的选择
进气方式有上进气和下进气两种方式。
采用上进气时，粉尘的沉降速度与气流速度相重叠，能在滤袋上形成较均匀的粉尘层，过滤性能好，但配气室设在上部，是除尘器高度增加，并有积灰现象。
采用下近期方式时，粗尘粒可直接沉降于灰斗中，降低了滤袋的负荷与磨损。
但由于气流方向与灰尘下落方向相反，清灰后的细尘会重新沉积与滤袋表面，降低了清灰效果。
过滤方式有外虑和内虑两种方式，如图1所示。
内虑式是使含沉气流进入滤袋内部，粉尘被阻留于滤袋内表面，净化气穿过滤袋逸至袋外，袋外干净，便于换袋与检修，且袋内无骨架，减少了滤袋的磨损，但滤袋扭曲较大，仅适用于机械振打与逆气流清灰方式；外虑气流方向则相反，滤袋内必设骨架，适于脉冲喷吹、高压气流喷吹清灰方式，但滤袋与骨架磨损较大。
由以上分析，本设计方案选用下进气上排气外虑式进气方式和过滤方式！
3.1.4清灰方式的选择
清灰方式有人工清灰、机械清灰；逆气流、气环清灰；脉冲喷吹；反吹风与振动结合等几种。
一般反吹与振动为间歇式，即清灰时切断气流。
气流和脉冲为连续式，即清灰时不切断气流，但气环反吹对滤袋磨损很快，气环相与传动构件易发生故障，目前使用较少。
本设计方案选用脉冲喷吹方式进行清灰。
3.2袋式除尘器的相关计算
3.2.1处理气量的确定
从锅炉流出的烟气在进入除尘器时，由于除尘器的密封不严等原因使进入除尘器的烟气流量变大，即除尘器本身存在漏风率，除尘器的漏风附加率一般为10%~15%，本方案中取漏风率为13%，
工况下烟气流量
Q/=（m3/h）==5016（m3/h）
则烟气的流量为
由前面计算可知：
所以：
3.2.2过滤风速的选取
风速的大小与含尘气体的性质、织物的类别及粉尘的性质有关。
一般脉冲袋式除尘器的过滤风速在2~4m/min，经过参考相关袋式除尘器的设计实例，本设计采用的过滤风速为3m/min
3.2.3过滤面积的计算
总过滤面积的计算公式为：
S——总过滤面积，；
S1——滤袋工作部分的过滤面积，
S2——滤袋清灰部分的过滤面积，
Q——通过除尘器的总气体量，
——过滤速度，
滤袋清灰部分的过滤面积是指滤袋没用来过滤的面积，一般占滤带面积的5%~10%，本方案计算中取8%；
所以：
3.2.4单条滤袋的面积
Sd——单条圆形滤袋的公称面积，m2
D——滤袋直径，m
L——滤袋长度，m
由前面描述可知：
滤袋120mm~300mm，在此选D=150mm
滤袋长度（即高度）L一般为2~3m,在此选L=2.5m
所以：
3.2.5滤袋的数量
由前面计算出的总过滤面积和单条滤袋的面积既可以求出履带条数
3.3根据计算选择袋式除尘器
由前面的计算，参阅《除尘设计工程手册》，本方案设计中我们选用了LSB48-I、I/A型脉冲袋式除尘器，其基本参数如下：
表5LSB48-I、1/A型脉冲袋式除尘器技术性能
型
号
处理烟气量
（m3）
除尘效率
（%）
本体
阻力
（Pa）
过滤面积（m2）
滤袋
数量
（条）
脉冲阀
数量
（个）
LSB48-I、1/A
5430—13570
>99.5
0.6—1.2
45
48
8
过滤风速
（m3/min）
气源压力
（kPa）
滤袋规格
（长×宽×高）（mm）
脉冲控制仪表
最大外形尺寸
（长×宽×高）（mm）
设备质量
（kg）
2—5
196—294
120×2500
电控或气控
1800×1400×4550
1370.70
表6LSB48-I、1/A型脉冲袋式除尘器的外型尺寸（mm）
A
B
e
D
L
E
a×b=c
a1
b1
1640
1360
380
300
1720
1500
16×100=1600
110
120
A1
B1
E1
y
x
F
a2×b2=c2
h
A2
1680
1600
120
38
4
1100
14×100=1400
119
220
B2
E2
A3
B3
E3
a1×8
a3×b3=c3
a2
150
95
436
356
100
36
2×100=200
20
4填料塔的计算
由前面的计算的体积分数为0.0023，可知用纯水吸收氨的方式在此不再适用，所以需用化学吸收的方法来处理废气中的，常用的化学吸收方法有双碱法、石灰石吸收法、氢氧化镁洗手法等
在综合考虑各种因素的前提下，本方案选用双碱法处理废气中的
又本方案进入填料塔时温度范围为60℃～80℃，计算时全部按70℃时溶液的相应参数来算
对低浓度吸收过程，选用5%的NaOH作为吸收剂。
混合气体的黏度可近似取为烟气空气的黏度。
综合考虑实验条件的要求，本方案采用金属鲍尔环（乱堆）做填料，其基本性能参数如下：
表7填料性质
金属鲍尔环
实际尺寸
比表面积
空隙率
堆积密度
填料因子
关联系数
38mm
ξ=
Φ=92/m
A=0.1
K=1.75
4.1基本参数
烟气和5%的NaOH溶液在70℃的物性常数如下：
烟气：
NaOH溶液：
在碱液中的扩散系数为:
烟气的流量为,本方案要求烟气中的去除效率为93%,计算时按去除效率为95%算
混合气体的黏度近似取70℃时的空气密度
查手册空气中的扩散系数
由手册查得，常温下70℃时：
70下在碱液中的亨利系数E=Kpa
相平衡常数
4.2物料衡算
衡算式：
V（Y1-Y2）=L（X1-X2）
y1==0.00272
y2=y1（1-95%）=0.00272×（1-95%）=0.000136
对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2=0
惰性气体流量V=×（1-0.00272）=147.135kmol/h
Y1=y1/（1-y1）=0.00272/（1-0.00272）=0.00273Y2=y2/（1-y2）=0.000136/（1-0.000136）=0.000136
查得总压101.3KPa,温度293K条件下SO2在水中
亨利系数E=3.55×103KPa
相平衡常数
溶解度系数H=0.0156kmol/m3·KPa
最小液气比：
===33.29
取操作液气比=49.94
由V（Y1-Y2）=L（X1-X2）知
X1=X2+（Y1-Y2）=0+=0.000055
进塔惰性气体的气体流量为：
4.3填料塔工艺尺寸的计算
4.3.1塔径的计算
lg
由前面填料的选取可知A=0.1,K=1.75
气相质量流量：
UV=5568×1.076=5991.17kg/h
液相质量流量：
UL=L×MV=9996.38×18=179934.84kg/h
lg
得：
空塔气速为泛点气速的50%~85%
取
由
塔径圆整：
得D=0.7m
泛点率校核
所以：
（0.50-0.80）在允许范围内
填料规格校核符合要求
液体喷淋密度校核
因为填料的直径为38mm<75mm所以取最小润湿速率为
根据填料参数知填料比表面积；
实际喷淋密度为符合要求
经以上校核可知：
填料塔直径D=700mm合理。
4.3.2填料层高度的计算
4.3.2.1气相总传质单元数的计算
脱吸因数为
气相总传质单元数为：
4.3.2.2气相总传质单元高度的计算
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：
查表得：
液体质量通量为：
气膜吸收系数由下式计算：
气体质量通量为：
液膜吸收系数由下式计算：
查资料知且鲍尔环的形状系数为
因为所以：
kGa及kGa需校核，校核公式如下：
则：
则：
4.3.2.3填料层的高度计算
取安全系数Z=1.5则填料层高度为
取实际填料层高度为Z=4m
对于鲍尔环填料层高与塔径之比，
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