shp10-25型锅炉高硫无烟煤烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计Word文档下载推荐.doc
《shp10-25型锅炉高硫无烟煤烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计Word文档下载推荐.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《shp10-25型锅炉高硫无烟煤烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计Word文档下载推荐.doc（33页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
通过本课程设计，掌握《大气污染控制工程》课程要求的基本设计方法，掌握大气污染控制工程设计要点及其相关工程设计要点，具备初步的大气污染控制工程方案及设备的独立设计能力；
培养环境工程专业学生综合运用所学的理论知识独立分析和解决大气污染控制工程实际问题的实践能力。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
1.设计题目SHP10-25型锅炉高硫无烟煤烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计
2.设计原始资料
锅炉型号：
SHP10-25即，双锅筒横置式抛煤机炉，蒸发量10t/h，出口蒸汽压力25MPa
设计耗煤量：
1.25t/h
设计煤成分：
CY=76%HY=2%OY=4%NY=1%SY=3%AY=10%WY=4%；
VY＝8％属于高硫无烟煤
排烟温度：
160℃
空气过剩系数＝1.35
飞灰率＝21％
烟气在锅炉出口前阻力750Pa
污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2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100m，90°
弯头20个。
3.设计内容及要求
（1）根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量，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等。
（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、管件编号、并附明细表；
除尘系统、脱硫设备平面、剖面布置图若干张，以解释清楚为宜，最少3张A4图，并包括系统流程图一张。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
课程设计计算说明书一份，并按照规定格式打印装订；
课程设计所需若干图纸，要求作图规范，A4纸打印。
4．主要参考文献：
1.郝吉明，马广大.大气污染控制工程.第二版.北京：
高等教育出版社，2002.
2.黄学敏，张承中.大气污染控制工程实践教程.北京：
高等教育出版社，2003.
3.刘天齐.三废处理工程技术手册·
废气卷.北京：
化学工业出版社，1999.
4.张殿印.除尘工程设计手册.北京：
化学工业出版社，2003.
5.童志权.工业废气净化与利用.北京：
6.周兴求，叶代启.环保设备设计手册—大气污染控制设备.北京：
7.罗辉.环保设备设计与应用.北京：
5．设计成果形式及要求：
一、说明书装订顺序：
说明书封面、任务书、目录、正文、参考文献、附图。
二、说明书格式
（1）用11.11.1.1做标题，标题左顶格，不留空格。
（2）一级标题3号宋体加黑；
二级标题4号宋体加黑；
三级标题小4号宋体加黑。
（3）“目录”居中，用小4号宋体加黑，1.5倍行距。
（4）正文小4号宋体，1.5倍行距。
（5）“参考文献”标题格式同一级标题，内容格式同正文小4号宋体，1.5倍行距。
（6）页码排序从正文开始，用“第～页”形式，居中。
三、设计图A4纸规范打印，包括图框、明细表，平面布置图中要有方位标志（指北针）。
6．工作计划及进度：
2013年5月20日～5月26日：
领取课程设计任务书，明确课程设计的内容，查阅相关资料。
5月27日～6月16日：
设计计算、绘制相关图纸。
6月17日：
打印装订设计说明书，答辩或成绩考核。
系主任审查意见：
签字：
年月日
SHP10-25型锅炉高硫无烟煤
烟气旋风除尘湿式脱硫系统设计
摘要：
在SHP10-25型锅炉中燃烧高硫无烟煤产生的大气污染物含尘浓度为4160mg/m3，SO2的浓度为12200mg/m3，而烟气烟尘最高允许排放浓度为200mg/m3，SO2最高允许排放浓度为900mg/m3。
因此，利用旋转气流在旋风除尘器中产生的离心力使尘粒从气流中分离，然后采用湿式石灰石/石灰法去除SO2，使高硫无烟煤燃烧产生的烟气被净化。
本论文通过设计烟气除尘脱硫的工艺流程，并按照设计手册对相关构筑物的尺寸进行计算，按GB5468—91对锅炉出口的烟尘浓度、锅炉烟尘排放浓度、烟气黑度及有关参数进行测试分析，确保达到锅炉大气污染物排放标准，避免造成环境污染。
关键词：
高硫无烟煤；
旋风除尘；
湿式脱硫；
烟气净化
目录
1前言 1
2烟气污染物排放量计算 1
2.1设计原始资料 1
2.2烟气体积及污染物排放量 2
2.3烟尘及SO2浓度 3
3净化系统设计方案分析 3
3.1旋风除尘系统设计 3
3.1.1旋风除尘器的特点及工作原理 3
3.1.2运行参数的选择与设计 5
3.1.3除尘器净化效率的影响因素 5
3.2湿式石灰石/石灰法脱硫系统设计 6
3.2.1湿式石灰石/石灰法的工作原理及特点 6
3.2.2运行参数的选择和设计 7
3.2.3脱硫效率的影响因素 8
4除尘设备结构设计计算 9
4.1旋风除尘器的选型 9
4.2基本参数 9
4.3设计计算 10
4.4除尘设备校核 11
5脱硫设备结构设计计算 11
5.1喷淋塔内流量计算 11
5.2喷淋塔径计算 11
5.3喷淋塔高度计算 12
5.4脱硫设备校核 13
6烟囱设计计算 13
6.1烟气释放热计算 14
6.2烟囱直径的计算 14
6.3烟气抬升高度计算 15
6.4烟囱阻力计算 15
6.5烟囱高度校核 15
7管道系统设计 16
7.1管径的计算 16
7.2压力损失计算 16
7.2.1管道沿程阻力计算 17
7.2.2管道局部阻力计算 17
7.2.3总压力损失计算 17
7.3风机、电机的选择 18
7.3.1风机风量的计算 18
7.3.2风机风压的计算 18
7.3.3选用风机和电机 18
7.4电动机功率核算 19
8结论 19
8.1除尘脱硫系统的主要设计参数 19
8.1.1旋风除尘器 19
8.1.2湿式脱硫系统 20
8.1.3烟囱设计 21
8.1.4管道系统 21
8.2气体净化效果分析 21
8.3方案设计评价 22
致谢 24
参考文献 25
附图 26
II
1前言
中国的大气环境污染仍以煤烟型为主，主要污染物为颗粒物和SO2。
大气污染物对人体健康、植物、器物和材料，及大气能见度和气候皆有重要影响。
空气质量的日益恶化，使得对大气污染物排放及烟气净化处理要求更严格。
大气的污染主要是由于燃料的不完全燃烧引起，高硫无烟煤因其固定碳含量高，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟等特性，在其烟气中SO2含量高，烟尘产生量大。
目前，针对该种烟气，除尘装置主要采用机械除尘器如重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器，还有电除尘器、袋式除尘器和湿式除尘气等。
国内外在脱硫方面按照脱硫剂的形态可把烟气脱硫技术划分为湿法、干法和半干法。
湿法脱硫采用碱性溶液等吸收剂吸收洗涤除去烟气中的SO2，主要技术有湿式石灰石法、镁法、钠法、海水法等。
干法脱硫是采用粉状或颗粒状等吸收剂、吸附剂或者催化剂在无液相介入的完全干燥的状态下进行脱硫，主要是循环流化床法等。
半干法烟气脱硫是在气、液、固三相中进行脱硫的，脱硫产物也是干粉状，主要有旋转喷雾干燥法、炉内喷钙尾部增湿活化法等。
锅炉型号为SHP10—25即双锅筒横置式抛煤机炉，在燃烧高硫无烟煤时选择采用烟气旋风除尘湿式脱硫系统。
利用旋转气流在旋风除尘器中产生的离心力使尘粒从气流中分离。
然后脱硫处理，湿式石灰石/石灰法烟气脱硫系统具有技术成熟；
脱硫率高，可达95%以上；
烟气处理量大；
煤种适应性强；
吸收剂利用率高，可超过90%等优点。
该系统能够使高硫无烟煤燃烧产生的烟气能较大程度的被净化，从而达到大气污染物的排放标准，避免使大气造成污染。
2烟气污染物排放量计算
2.1设计原始资料
SHP10-25即双锅筒横置式抛煤机炉，蒸发量10t/h，出口蒸汽压力为25MPa。
1.25t/h。
CY=76%；
HY=2%；
OY=4%；
NY=1%；
SY=3%；
AY=10%；
WY=4%；
VY＝8％，属于高硫无烟煤。
160℃。
空气过剩系数α＝1.35。
飞灰率＝21％。
烟气在锅炉出口前阻力为750Pa。
2.2烟气体积及污染物排放量
以1kg高硫无烟煤燃烧为基础，燃烧情况如表2.1。
表2.1燃烧情况表
化学成分
质量/g
物质的量/mol
理论空气量/mol
理论烟气量/mol
C
760
63.33
H
20
10
5
O
40
2.5
－1.25
N
0.36
S
30
0.94
W
2.22
所以理论需氧量为（63.33+5+0.94）mol/kg=69.27mol/kg（煤）。
假定干空气中氮和氧的摩尔比为3.78，则1kg高硫无烟煤完全燃烧所需要的理论空气量为：
即
理论烟气量为：
即
空气过剩系数α＝1.35时，实际烟气量为：
标准状况下，该锅炉产生的烟气流量为：
温度为160℃时，实际烟气体积V烟为：
该锅炉产生的烟气流量为：
2.3烟尘及SO2浓度
烟气含尘浓度CA为：
烟气中SO2的浓度CSO2为：
3净化系统设计方案分析
3.1旋风除尘系统设计
3.1.1旋风除尘器的特点及工作原理
旋风除尘器是由进气管、排气管、圆筒体、圆锥体和灰斗组成。
旋风除尘器结构简单，易于制造、安装和维护管理，设备投资和操作费用都较低，已广泛用来从气流中分离固体和液体粒子，或从液体中分离固体粒子。
在普通操作条件下，作用于粒子上的离心力是重力的5～2500倍，所以旋风除尘器的效率显著高于重力沉降室。
在机械式除尘器中，旋风式除尘器是效率最高的一种。
它适用于非黏性及非纤维性粉尘的去除，大多用来去除5μm以上的粒子，并联的多管旋风除尘器装置对3μm的粒子也具有80～85%的除尘效率。
选用耐高温、耐磨蚀和腐蚀的特种金属或陶瓷材料构造的旋风除尘器，可在温度高达1000℃，压力达500×
105Pa的条件下操作。
从技术、经济诸方面考虑旋风除尘器压力损失控制范围一般为500～2000Pa。
因此，它属于中效除尘器，且可用于高温烟气的净化，是应用广泛的一种除尘器，多应用于锅炉烟气除尘、多级除尘及预除尘。
它的主要缺点是对细小尘粒（<
5μm）的去除效率较低。
旋风除尘器的工作原理是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离。
当含尘气体由切向进气口进入旋风除尘器时，气流由直线运动变为圆周运动，旋转气流的绝大部分沿除尘器内壁呈螺旋形向下、朝向锥体流动，通常称此为外旋气流。
含尘气体在旋转过程中产生离心力，将相对密度大于气体的粉尘粒子甩向除尘器壁面。
粉尘粒子一旦与除尘器壁面接触，便失去径向惯性力而靠向下的动量和重力沿壁面下落，进入排灰管。
旋转下降的外旋气流到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。
根据旋矩不变原理，其切向速度不断提高，粉尘粒子所受离心力也不断加强。
当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从除尘器中部由下反转向上，继续做螺旋形运动，构成内旋气流。
最后净化气体经排气管排出，小部分未被捕集的粉尘粒子也随之排出。
自进气管流入的另一小部分气体则向除尘器顶盖流动，然后沿排气管外侧向下流动。
当到达排气管下端时，即反转向上、随上升的内旋气流一同从排气管排出。
分散在这一部分气流中的粉尘粒子也随同被带走。
普通旋风除尘器气流流动状态如图3.1所示。
图3.1普通旋风除尘器的结构及内部气流
3.1.2运行参数的选择与设计
根据相关资料及实际运行情况，本设计中烟气的入口速度取为V1=20m/s。
根据国家相关规定及标准确灰分风的最高允许排放浓度为200mg/m3。
则本设中要求达到的除尘效率η为：
3.1.3除尘器净化效率的影响因素
影响除尘器性能的因素有：
二次效应，比例尺寸，进口风速和烟尘的物理性质。
二次效应：
即被捕集的粒子重新进入气流。
在较小粒径区间，应逸出的粒子由于聚集或被较大尘粒撞向壁面而脱离气旋气流被捕集实际效率高于理论效率。
在较大粒径区间，由于粒子被反弹回气流或沉积的尘粒被重新吹起，应沉降入灰斗的尘粒随净化气流一起排走，实际效率低于理论效率。
用环状雾化器在旋风除尘器内壁喷淋水，可有效地控制二次效应。
比例尺寸：
旋风除尘器各部件有一定的尺寸比例，比例变化影响除尘器的效率和压力损失。
结构影响因素有入口形状，筒体直径，排出管直径，筒体和锥体高度，排尘口直径和除尘器底部的严密性等。
进口风速：
提高旋风除尘器的进口风速，会使粉尘受到的离心力增大，分割粒径变小，除尘效率提高，烟气处理量增加。
但入口风速过大，使除尘器阻力急剧加大，还会加剧粉尘的返混，导致除尘效率下降。
烟尘的物理性质：
增大烟尘中尘粒的真密度和粒径，除尘效率显著提高；
进口含尘浓度增大，除尘器阻力下降，对效率影响不大；
气体粘度增大和温度升高，使除尘效率提高。
3.2湿式石灰石/石灰法脱硫系统设计
烟气脱硫方法可分为两类即抛弃法和再生法，抛弃法即在脱硫过程中将形成的固体产物废弃，这需要连续不断加入新鲜的化学吸收剂，而再生法是指反应过的吸收剂可连续的在一个封闭系统中再生，再生后的脱硫剂和补充的新鲜吸收剂再回到脱硫系统循环使用。
按照脱硫剂是否以溶液状态进行脱硫可分为湿法和干法脱硫。
而现在使用最广泛的是湿式脱硫技术，燃用中高硫煤（含硫>
2%）机组、或大容量机组（≥200MW）的电站锅炉建设烟气脱硫设施时，一般应优先采用湿式石灰石一石膏法工艺，脱硫率应保证在90%以上。
本次课程设计就是高硫煤故用的是湿式石灰法。
3.2.1湿式石灰石/石灰法的工作原理及特点
采用石灰/石灰石浆液吸收烟气中的SO2，分为吸收和氧化两个阶段。
先吸收生成的亚硫酸钙，然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙（即石膏）。
该方法的实际反应机理是很复杂的，目前还不能完全了解清楚。
这个过程发生的反应如下。
吸收：
CaO+H2O=Ca（OH）2
CaCO3+SO2+0.5H2O=CaSO3·
0.5H2O+CO2↑
CaSO3·
0.5H2O+SO2+0.5H2O=Ca（HSO3）2
由于烟气中含有O2，因此吸收过程中会有氧化副反应发生。
氧化：
在氧化过程中，主要是将吸收过程中所生成的CaSO3·
0.5H2O氧化称为CaSO4·
2H2O：
2CaSO3·
0.5H2O+O2+3H2O=2CaSO4·
2H2O
由于在吸收过程中生成了部分Ca（HSO3）2，在氧化过程中，亚硫酸氢钙也被氧化，分解出少量的SO2：
Ca（HSO3）2+0.5O2+H2O=CaSO4·
2H2O+SO2
湿式石灰法脱硫有以下优点：
①脱硫效率高，吸收剂利用率高。
湿式石灰石-石膏法脱硫工艺脱硫率高达95%以上，脱硫后的烟气不但SO2浓度很低，而且烟气含尘量也进一步减少。
②适用于大容量机组，且可多机组配备一套脱硫装置。
③技术成熟，运行可靠性好。
湿式石灰石—石膏法脱硫装置投入率一般可达95%以上，由于其发展历史长、技术成熟、运行经验多，因此不会因脱硫设备而影响锅炉的正常运行。
④对煤种变化的适应性强。
无论是含硫量大于3%的高硫煤，还是含硫量低于1%的低硫煤，湿式石灰石/石灰—石膏法脱硫工艺都能适应。
当锅炉煤种变化时，可以通过调节钙硫比、液气比等因子，以保证设计脱硫率的实现。
⑤吸收剂资源丰富，价格便宜。
作为湿式石灰石-石膏法脱硫工艺吸收剂的石灰石，在我国分布很广，资源丰富，石灰石品位也很好，碳酸钙含量在90%以上，优者可达95%以上。
在脱硫工艺的各种吸收剂中，石灰石价格最便宜，破碎磨细也较简单，加之钙利用率高，有利于降低运行费用和推广应用。
⑥脱硫副产物便于综合利用。
湿式石灰石-石膏法脱硫工艺的脱硫副产物为二水石膏。
主要用途是建筑制品和水泥缓凝剂。
脱硫副产物综合利用的开展，不但可以增加电厂效益、降低运行费用，而且可以减少脱硫副产物处置费用，延长灰场使用年限。
缺点：
设备腐蚀；
易于结垢、堵塞；
投资费用高；
占地面积大，耗水量相对较大，有少量污水排放。
3.2.2运行参数的选择和设计
1.吸收反应时间t，一般石灰系统的烟气脱硫时间为3～5s,取t=4s。
2.钙/硫为根据经验一般：
1.05～1.1，取为1.05。
3.液气比根据经验取18L/m3。
4.浆液的质量浓度为10%～15%，取15%。
5.空塔流速一般为1～5m/s,取4m/s。
6.烟囱出口烟气流速参数如表3.1所示。
表3.1烟囱出口烟气流速/（m/s）
通风方式
运行情况
全负荷时
最小负荷
机械通风
10—20
4—5
自然通风
6—10
2.5—3
7.烟囱椎角i通常取i=0.02～0.03，取i=0.02。
8.摩擦阻力系数λ错误!
未找到引用源。
，可查手册得到实际中对金属管道λ值取0.02。
9.管道的局部阻力系数取ξ，取ξ=0.29。
3.2.3脱硫效率的影响因素
（1）液气比：
吸收液与吸收气体的体积比即液气比（VL/VG）的大小是影响SO2去除的重要参数，增大VL/VG的作用是增大液气传质速率从而提高脱硫效率。
（2）吸收液pH值：
吸收液的pH值是烟气脱硫重点控制的化学参数之一，吸收液的pH值越高，越有利于SO2的吸收，有利于提高脱硫效率。
但高pH值容易造成系统结垢和堵塞，需增加冲洗的次数和能耗，因此需控制在适当水平。
（3）入口SO2浓度：
脱硫效率与烟气入口SO2浓度近似成反比，当进口SO2浓度增大，脱硫效率呈直线下降。
（4）钙硫比：
采用不同的钙硫质量比mCa/mS（0.6～1.6）来测试其对脱硫效率的影响。
结果表明：
随mCa/mS的增大，脱硫率增大。
当mCa/mS<
1时，提供的吸收剂不能满足吸收烟气中SO2的需要，这时脱硫率完全由吸收剂量所决定。
当mCa/mS﹥1时，即加入的吸收剂过量时，脱硫率的增加速率降低，石灰利用率也下降。
因此，为了提高系统的运行经济性及所需要的脱硫率，需控制mCa/mS在合理范围内（一般在1.05～1.1）。
（5）空塔流速（V）：
空塔流速的提高造成脱硫效率的下降。
因为脱硫器采用逆流操作，空塔气速的提高使得液滴的停留时间延长，但是塔内反应为快速化学反应，停留时间越长，液滴内脱硫剂的浓度越低，造成液滴内的SO2质量流速的减小，从而造成单个液滴脱硫效率的下降。
同时空塔流速增大，烟气在反应器中的停留时间缩短，减少了气、液间的接触时间，致使整个塔体的脱硫效率降低。
（6）烟气温度（T）：
随着烟气温度的增加，脱硫效率逐渐降低。
这是由于随着温度的增大，气体分子之间的相对运动加快，使部分吸收质分子解析速度加大，从而导致脱硫效率的降低。
可见在脱硫工艺过程中，适当的降低烟气温度有助于提高脱硫效率。
4除尘设备结构设计计算
4.1旋风除尘器的选型
根据国家规定的粉尘排放标准、粉尘的性质、允许的阻力和制造条件、经济性合理选择旋风除尘器的形式，选用高效旋风除尘器。
旋风除尘器的型号为XLP/B型。
选择XLP/B型旋风除尘器的理由：
（1）XLP/B型旋风除尘器是在一般旋风除尘器的基础上增设旁路式分离器的一种除尘器，阻力损失较小，特别对5μm以上的粉尘有较高的除尘效率。
（2）XLP/B型旋风除尘器对5μm以上的粉尘有较高的除尘效率，设计处理的烟气平均粒径为5μm以上的颗粒占95%，基本满足了颗粒物得处理要求。
（3）XLP/B型旋风除尘器一般压力损失在2000Pa以内，符合设计要求的压力损失。
（4）XLP/B型在颗粒粒径大于5μm以上时其分级除尘效率大于87.8%。
4.2基本参数
风量Q=17750m3/h，烟气温度T=433K，烟气含尘浓度CA=4260mg/m3，标准状况下烟气密度为1.293kg/m3，经除尘装置后粉尘排放浓度为200mg/m3，压力损失不大于2000Pa。
当选用XLP/B型旋风除尘器时，其局部阻力系数ξ=5.8。
假设进口气速V1=20m/s。
4.3设计计算
（1）根据上述数据，本设计要求达到的除尘效率为η：
（2）433K时的烟气密度ρ：
（3）根据假设进口气速V1=20m/s，计算压力损失：
故符合设计要求。
（4）旋风除尘器其他部件的尺寸：
①进口截面积A：
②入口宽度b：
③入口高度h：
④筒体直径D：
参考型号XLP/B—25.0的旋风除尘器，将筒体直径D修正为2500mm。
⑤排出管直径de：
⑥筒体长度L：
⑦锥体长度H：
升级会员 