某铜冶炼工程贫化电炉除尘设计

黄石理工学院毕业设计(论文)11.设计任务书1.1毕业设计目的毕业设计研究是完成教学计划，达到本科生培养目标的重要环节。通过深入工程实践、完成工程设计、撰写研究论文等毕业设计诸环节，着重培养学生综合分析问题和解决问题的能力、组织管理和社交能力、独立工作能力，培养学生具有一定的工程意识以及严谨的科学作风、认真的工作态度，树立事业心和责任感。1.2设计课题某铜冶炼工程贫化电炉除尘设计1.3有关参数及资料(1)烟气性质烟气成份(％)烟气量烟气温度℃烟气含尘CO2SO2O2H2ON26.060.6514.855.1573.29750060018.5(2)当地气象条件：年平均气温17℃，极端最高、最低气温分别为40.7和-11.0℃，气温最高7月份，平均气温29.2℃，气温最低1月份，平均气温3.9℃，全年主导风向为E，年平均风速为2.2m/s，年最大风速为17.0m/s,年平均气压101.2Kpa大气稳定度为中性D类。环境空气质量等级：二级1.4设计内容和深度要求(1)必须满足国家和行业对环保的要求，各项指标必须达到或优于国家标准。具体标准值参阅相关行业标准或综合排放标准黄石理工学院毕业设计(论文)2(2)设计出切实可行的烟尘净化工艺，确定管道系统断面尺寸、压力损失，选择主要的设备。(3)确定烟囱高度及出口直径。(4)提交设计说明书、计算书各一份。(5)绘制设计图纸一套，包括除尘系统工艺流程图，系统总平面布置图、立面图、主要设备构筑图。1.5设计原则(1)选用处理工艺成熟，效果好，能保障除尘系统长期运行。(2)投资省，运行费用低，占地面积小，管理方便。(3)除尘装置的负荷适应性强，设备的各部分均应体现技术上的可行性和经济上的合理性，装置要易安装和检修。1.6设计依据(1)《锅炉大气污染物排放标准》GB113271-2001(2)《工业企业设计卫生标准》GBZ1-20021.7设计参考资料(1)张殿印张学义除尘技术手册冶金工业出版社2002年2月(2)李连山大气污染控制工程武汉理工大学出版社2003年8月(3)刘天齐三废处理工程技术手册废气卷化学工业出版社1999年5月(4)陆耀庆供暖通风设计手册中国建筑工业出版社1987年12月(5)陈家庆环保设备原理与设计中国石化出版社2005年9月(6)吴忠标实用环境工程手册（大气污染控制工程）化学工业出版社2001年9月黄石理工学院毕业设计(论文)32.工程说明书2.1污染源概况该铜冶炼工程贫化电炉烟气中的主要污染物为颗粒物和SO2，烟气含尘浓度为18.5g/m3,SO2浓度计算如下:已知:P=101325Pa,2SOV=7500×0.65%=48.753m,R=8.3151JmolK,T=600+273.15=873.15K,由理想气体状态方程可得:2/()SOnPVRT=101325×48.75/(8.315×873.15)=680.36mol2SOm=680.36×64=43543.18g,2SO=43543.18/7500=5.813/gm查《锅炉行业大气污染物综合排放标准》可知,颗粒物与2SO浓度限值分1003/mgm、8503/mgm。可见,该贫化电炉烟气中颗粒物和SO2都远超出标准限值,故必须进行相应尾气除尘净化处理。2.2主要设备及工艺概况2.2.1换热器换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。（1）混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。（2）蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。（3）间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等；板黄石理工学院毕业设计(论文)4面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等；其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。2.2.2除尘器选择除尘器时必须全面考虑有关因素，如除尘效率、阻力、一次投资费用、运行费用、占用建筑空间以及维护管理难易等，在通常情况下除尘效率常常是最主要的。一般说来，选择除尘器时应注意以下几个方面的问题。(1)气体的温度和性质；(2)粉尘的性质和粒径分布；(3)排放标准和除尘器进口含尘浓度。以下分别介绍袋式除尘器、电除尘器和湿式除尘器性能：(一)袋式除尘器袋式除尘器是利用多孔纤维材料制成的滤袋（简称布袋）将含尘气流中的粉尘捕集下来的一种干式高效除尘装置。工作原理:工作时含尘气体从箱体下部进入灰斗后,由于气流断面积突然扩大,流速降低,气流中一部分颗粒组、密度大的尘粒在重力作用下,在灰斗内沉降下来;粒度细、密度小的尘粒进入袋滤室后,通过滤袋表面的惯性、碰撞、筛滤、拦截和静电等综合效应,使粉尘沉降在滤袋表面并形成粉尘层.净化后的气体进入净气室由排风管风机排出.袋式除尘器的阻力值随滤袋表面粉尘层厚度的增加而增加.当其阻力达到某一规定值时,必须进行喷吹清灰。优点：袋式除尘器对净化含微米或亚微米数量级的粉尘的气体效率较高；可捕集多种干性粉尘，特别是高比电阻粉尘，采用袋式除尘器净化要比用电除尘器的净化效率高；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：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；捕适合净化含粘结和吸湿性强的含尘气体，用布袋除尘器净化烟尘时的温度不能低于露点温度，否则将会产生结露阻塞布袋滤料的孔隙。袋式除尘器包括脉冲袋式除尘器、反吹风袋式除尘器、机械振打袋式除尘器和简易袋式除尘器等.其中,脉冲袋式除尘器过滤负荷较高,滤料磨损较轻,使用寿命较长,黄石理工学院毕业设计(论文)5运行稳定可靠,已得到普遍采用。(二)电除尘器电除尘器使游离在气体中的粉尘颗粒荷电，在电场的驱动下作定向运动，从气体中被分离出来，分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上,而不是作用在整个气流上，这是电除尘过程与其他除尘过程的本质区别。工作原理:烟气进入电除尘器后，两金属板间在电场力的作用下，产生正、负离子及自由电子。这些离子受电场力的作用，便向两极运动产生电流，当场强达到某一定值时，离子定向运动速度很大，以至使气体产生的离子全部被电场驱向两极。当电路中的电压继续增大时，电场强度增大，并使电子和离子获得足够能量以至有可能产生新的电子、离子和增大电流。当电压升到一定程度，不仅活动性大的电子和部分阴离子能和中性气体分子碰撞发生电离作用，而且活动性小的阳离子也获得足够的能量与中性气体分子碰撞产生电离作用，致使电场中连续不断产生大量新离子，且电场中的电子的运动速度很大，使尘粒较快到达阳极，这时阳极上开始收集粉尘，接着粉尘在电场荷电到达电场，最后通过清灰装置粉尘振落至灰斗。优点：除尘效率高，可达99％以上；可以净化气量较大的烟气，工业上净化105～106m3/h烟气的电除尘器已得到普遍应用；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；可净化温度较高的含尘烟气；结构简单，压力损失小；电除尘器的能耗比其他高效除尘器低。缺点：电除尘器的一次投资费用高,占地面积较大,除尘效率受粉尘物理性质影响很大，特别是粉尘的比电阻的影响更为突出。电除尘器按清灰方式可分为干式和湿式。干式清灰是通过冲击振动来剥离电极上的粉尘，收集的粉尘是干燥的，便于综合利用。湿式清灰是用水冲洗电机，一般只在易爆气体净化或烟气温度过高，设有泥浆处理设备时才使用。(三)湿式除尘器湿式除尘器是利用水（或其他液体）与含尘气体相互接触，伴随有热、质的传递，经过洗涤使尘粒与气体分离的技术。工作原理:烟气自锅炉出来后，进入文丘里收缩管后，由于断面积逐渐减小，管内静压也逐渐转化为动能，使管内流速增加，气流进入喉管后，由于喉管断面积不变，黄石理工学院毕业设计(论文)6管内静压下降到最低值，并维持不变，此时气流流速达到最高值，气流进入渐扩管，由于断面积逐渐扩大，管内静压逐渐得到恢复，气流流速也逐渐下降，当气流进入扩散管喉，这些被水湿润的尘粒与雾滴之间，以及不同粒径的尘粒或雾滴之间，在不同惯性力的作用下，在相互碰撞接触中凝聚成粒径较大的含尘液滴。这些较粗的含尘液滴随气流进入脱水器喉，在重力、惯性力、离心力的作用下，从气流中分离出来，从而达到除尘之目的。优缺点：文氏管除尘器具有除尘效率高、结构简单、布置灵活、投资费用低等优点，但也存在阻力大、污水处理困难等缺点，因而应用范围受到限制。(四)三种除尘器技术经济比较经济指标的比较除尘器类型设备费运作费电除尘器高高袋式除尘器低低湿式除尘器低高技术指标的比较除尘器类型压力损失/Pa净化效率/％处理能力/hm/3电除尘器30090～99105～106袋式除尘器1200～150095～99几到几百万湿式除尘器600～900090～99几千到几万2.2.3烟气脱硫工艺湿法脱硫是利用各种碱性溶液吸收烟气中的,由于属于酸性氧化物,吸收后可生成稳定的盐,从而达到脱硫目的.脱硫后吸收液通过沉淀或再生等工艺出来后,可进行循环使用.常见的湿法烟气脱硫工艺有:石灰石/石灰法、纯碱法、双碱法、废碱液吸收法、氨法及氧化镁法等.湿法脱硫主体设备为脱硫塔。以下主要介绍石灰石/石灰法和双碱法(1)石灰石/石灰法石灰石/石灰法湿法脱硫最早由英国皇家化学工业公司在20世纪30年代提出,目黄石理工学院毕业设计(论文)7前是应用最广泛的脱硫技术.在现代的烟气脱硫工艺中,烟气用含亚硫酸钙的石灰石/石灰浆液洗涤,SO2与浆液中的碱性物质发生化学反应生成亚硫酸盐和硫酸盐,新鲜石灰石或石灰浆液不断加入脱硫液的循环回路.浆液中的固体(包括燃煤飞灰)连续地从浆液中分离出来并排往沉淀池.主要反应:1.2223SOHOHSO吸收2.323322CaCOHSOCaSOCOHO中和3.32321212CaSOHOCaSOHO氧化4.32321212CaSOHOCaSOHO结晶5.424222CaSOHOCaSOHO6.32332()CaSOHSOCaHSOpH控制(二)双碱法双碱法脱硫过程主要是二氧化硫与氢氧化钠发生化学反应，反应生成物亚硫酸钠溶于水，含亚硫酸钠的脱硫循环水与投加的氢氧化钙反应可生成氢氧化钠和亚硫酸钙。通过沉淀分离可将难溶的亚硫酸钙从循环水中清除，氢氧化钠易溶于水可循环使用，脱硫过程只消耗氢氧化钙。达到脱硫效率高，运行费用低的目的。双碱法烟气脱硫工艺同石灰石/石灰等其他湿法脱硫反应机理类似，主要反应为烟气中2SO先溶解于吸收液中，然后离解成33HHSO和，即：22()()(1)SOgSOaq2223()(2)SOaqHOHSO式（1）为慢反应，是速度控制过程之一。然后H与溶液中的OH发生中和反应，生成盐和水，促进2SO不断被吸收溶解。具体反应方程式如下：22322322322NaOHSONaSOHONaSOSOHONaHSO脱硫后的反应产物进入再生池内用另一种碱，一般是2()CaOH进行再生，再生反应如下:22331233322()2()2CaOHNaSONaOHCaSOCaOHNaHSONaSOCaSOHO存在氧气的条件下，还会发生以下反应：黄石理工学院毕业设计(论