环境工程课程设计(大气)

（燃煤采暖锅炉烟气处理系统设计）第1页（共29页）前言据统计,我国目前约有30万台中小型燃煤工业锅炉,耗煤量占全国原煤产量的1/3。而这些锅炉中,大部分没有安装脱硫设备,致使许多地区酸雨频频发生,严重危害了工农业生产和人体健康。因此,烟气脱硫是当前环境保护的一项重要工作。能用于烟气脱硫和除尘的设备很多，但要满足运转稳定可靠、不影响生产同时去除且压力降较小等要求，以袋式除尘器和旋流板为宜。1.设计任务书1.1.课程设计题目燃煤采暖锅炉烟气处理系统设计1.2.设计原始材料锅炉型号：SZL4-13型（额定热功率2.8MW），共3台设计耗煤量：600kg/h·台烟气温度：160℃脱硫塔出口烟温：60℃标准状态下烟气密度：1.34kg/m3空气过剩系数：α=1.4锅炉外形尺寸：4866×3660×2550锅炉烟囱尺寸：Φ600排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：16%烟气在锅炉出口前阻力：800Pa当地大气压力：97.86kPa冬季室外空气温度：5℃标准状态下空气含水：0.01293kg/m3烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值：C=68%H=4%S=1%O=5%N=1%W=6%A=15%V=13%锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）二类标准：标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m3标准状态下二氧化硫排放标准：900mg/m32.设计概况2.1.设计内容（燃煤采暖锅炉烟气处理系统设计）第2页（共29页）某燃煤采暖锅炉，烟气排放最大量Q=18450m3/h，烟气最高温度160℃，烟气含尘量2340mg/m3，烟气中二氧化硫含量1950mg/m3。2.2.设计依据《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2001《袋式除尘器技术要求》GB/T6719-2009《袋式除尘器性能测试方法》GB12138-89《袋式除尘器安装技术要求与验收规范》JB/T8471-1996《环境空气质量标准》GB3095-19962.3.设计要求2.3.1.排放标准锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）二类标准：标准状态下烟尘浓度排放标准：200mg/m3标准状态下二氧化硫排放标准：900mg/m33.处理工艺设计3.1.除尘工艺设计3.1.1.各除尘器的简述离心式除尘器离心分离除尘器的工作原理是，利用烟气作旋转运动，依靠离心作用将烟气中粉尘分离出来。这种离心力要比单独靠中立获得的分离大得多，因而除尘较有效。它的结构简单，运行操作方便，可以分离捕集较细的粉粒，但除尘效率不高，约85%左右，阻力一般不大于1000Pa，因此，它被广泛应用于独立的除尘装置，也可作其他除尘器的预处理装置。洗涤式除尘器洗涤式除尘器是用液滴、液膜、气泡等洗涤含尘气体，使含烟气相互凝集，从而使尘粒得到分离的装置。其中应用最多的是文丘里洗涤除尘器，它的主要部件是文丘里管。压力水从文丘里管的喉口的小孔进入，高速的含尘烟气流通过喉口将水雾化成无数水滴，同时使尘粒粘附在所生产的水滴上。将这种气液混合物引入分离器，使水滴与尘粒分离，烟气得到净化。文丘里洗涤器的除尘效率一般在95%以上，它随液滴直径、喉管气速的增加而增加。当液滴直径比尘粒大50倍时，其除尘效率最高。这种除尘器结构简单，除尘效率高，水滴还能吸收烟气中的二氧化硫的三氧化硫。其缺点是阻力大，需要有污水处理装置。袋式除尘器袋式除尘器是使含尘气体通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置，采用玻璃纤维作滤料的空气过滤器，主要可用于通风及空气调节的气体净化。（燃煤采暖锅炉烟气处理系统设计）第3页（共29页）袋式除尘器的除尘机理如下：含尘气体进入滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气体从排出口排出，沉积在滤料上的粉尘可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中。粉尘因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，逐渐在滤袋表面形成粉尘初层。初层形成后，它成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率，滤布起形成粉尘初层和支撑它的骨架作用，但随着粉尘在滤袋上的积聚，滤袋两侧的压力增大，会把有些已附在滤料上的细小粉粒挤压过去，使除尘效率下降。袋除尘器的阻力一般为1000-2000Pa。另外，若除尘器阻力过高，还会使除尘系统的处理气体量下降，影响生产系统的排风效果。因此，除尘器阻力达到一定数值后要及时清灰，清灰不能过分，即不应破坏粉尘初层，否则会引起除尘效率显著降低。电除尘器电除尘器是利用静电力实现尘粒与烟气流分离的一种除尘装置。电除尘器是在放电极与平板状集尘极之间加以较高的直流电压，使电晕极发生电晕放电。当含尘烟气低速流过放电极与集尘极之间时，首先烟气中的气体分子发生电离，由于含尘烟气中大部分气体（氮气、氢气、二氧化碳）与电无亲和力，故会带负电荷成为负离子，它在向正极移动中遇到随烟气流动的大部分粉尘会使粉尘取得负电荷而转向阳极板上，使粉尘所带的电荷得到中和。集尘板上粉尘到一定厚度时，可用机械振打的方法使之落入灰斗。电除尘器的除尘效率与电场强度、集尘板面积、烟气流量、粉尘趋进速度，尤其是粉尘的导电性有关，电除尘器具有很高的除尘效率（可达99.99%），可捕集到0.1μm以上的尘粒。它阻力小，运行费用低，处理烟气量的能力大，运行操作方便，可完全实现自动化。缺点是设备庞大，投资费用高。旋风除尘器旋风除尘器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气-固分离装置。旋风除尘器用于工业生产以来，已有百余年历史。对于捕集5-10μm以上的粉尘效率较高，其除尘效率可达90%以上，被广泛地应用于化工、石油、冶金、建筑、矿山、机械、轻纺等工业部门。旋风除尘器结构简单，除尘器本身无运动部件，不需特殊的附件设备，占地面积小，制造、安装投资较少。操作、维护简单，压力损失中等，动力消耗不大，运转、维护费用较低。操作弹性较大，性能稳定，不受含尘气体的浓度、温度限制。对于粉尘的物理性质无特殊要求，同时可根据化工生产的不同要求，选用不同材料制成，或内衬各种不同的耐磨、耐热材料，以提高使用寿命。3.1.2.主要除尘器的选用在选择除尘技术时，应充分考虑经济性、可靠性、适用性和社会性等方面的影响。除尘技术的确定受到当地条件、现场条件、燃烧煤种特性、排放标准和需要达到的除尘效率等多种因素的影响。（燃煤采暖锅炉烟气处理系统设计）第4页（共29页）针对目前环保要求、污染物排放费用的征收情况以及静电除尘器和布袋除尘器在性能上的差异和在各行各业应用的实际情况，对两种除尘器在实际应用中的基本性能做一个简单客观的对比。1）除尘效率布袋除尘器：对人体有严重影响的重金属粒子及亚微米级尘粒的捕集更为有效。通常除尘效率可达99.99%以上，排放烟尘浓度能稳定低于50mg/Nm3，甚至可达10mg/Nm3以下，几乎实现零排放。电除尘器：随着国家环保标准的进一步提高和越来越多的电厂燃用低硫煤（或者经过了高效脱硫），比电阻大，即使达标也变得越来越困难。而布袋除尘器的过滤机理决定了它不受燃烧煤种物化性能变化的影响，具有稳定的除尘效率。针对目前国家环保的排放标准和排放费用的征收办法，布袋除尘器所带来的经济效益是显而易见的。2）系统变化对除尘器的影响锅炉系统是一个经常变动和调节的系统，因此从锅炉中出来的烟气物化性能、烟尘浓度、温度等参数也不能保证不发生变化。这一系列的变化，针对不同的除尘器会引起明显不同的变化。下面从主要的几个方面进行对比：（1）送、引风机风量不变，锅炉出口烟尘浓度变化①除尘器：烟尘浓度的变化只引起布袋除尘器滤袋负荷的变化，从而导致清灰频率改变（自动调节）。烟尘浓度高滤袋上的积灰速度快，相应的清灰频率高，反之清灰频率低，而对排放浓度不会引起变化。②对静电除尘器：烟尘浓度的变化直接影响粉尘的荷电量，因此也直接影响了静电除尘器的除尘效率，最终反映在排放浓度的变化上。通常烟尘浓度增加除尘效率提高，排放浓度会相应增加；烟尘浓度减小除尘效率降低，排放浓度会相应降低。（2）锅炉烟尘量不变，送、引风机风量变化①对布袋除尘器：由于风量的变化直接引起过滤风速的变化，从而引起设备阻力的变化，而对除尘效率基本没有影响。风量加大设备阻力加大，引风机出力增加；反之引风机出力减小。②对静电除尘器：风量的变化对设备没有什么太大影响，但是静电除尘器的除尘效率随风量的变化非常明显。若风量增大，静电除尘器电场风速提高，粉尘在电场中的停留时（燃煤采暖锅炉烟气处理系统设计）第5页（共29页）间缩短，虽然电场中风扰动增强了荷电粉尘的有效驱进速度，但是这不足以抵偿高风速引起的粉尘在电场中驻留时间缩短和二次扬尘加剧所带来的负面影响，因此除尘效率降低非常明显；反之，除尘效率有所增加，但增加幅度不大。（3）烟气温度的变化①对布袋除尘器：烟气温度太低，结露可能会引起“糊袋”和壳体腐蚀，烟气温度太高超过滤料允许温度易“烧袋”而损坏滤袋。但是如果温度的变化是在滤料的承受温度范围内，就不会影响除尘效率。引起不良后果的温度是在极端温度（事故/不正常状态）下，因此对于布袋除尘器就必须设有对极限温度控制的有效保护措施。②对静电除尘器：烟气温度太低，结露就会引起壳体腐蚀或高压爬电，但是对除尘效率是有好处的；烟气温度升高，粉尘比电阻升高不利于除尘。因此烟气温度直接影响除尘效率，且影响较为明显。（4）气流分布①对布袋除尘器：除尘效率与气流分布没有直接关系，即气流分布不影响除尘效率。但除尘器内部局部气流分布应尽量均匀，不能偏差太大，否则会由于局部负荷不均或射流磨损造成局部破袋，影响除尘器滤袋的正常使用寿命。②对静电除尘器：静电除尘器非常敏感电场中的气流分布，气流分布的好坏直接影响除尘效率的高低。在静电除尘器性能评价中，气流分布的均方根指数通常是评价一台静电除尘器的好坏的重要指标之一。3）运行与管理（1）运行与管理①对布袋除尘器：运行稳定，控制简单，没有高电压设备，安全性好，对除尘效率的干扰因素少，排放稳定。由于滤袋是布袋除尘器的核心部件，是布袋除尘器的心脏，且相对比较脆弱、易损，因此设备管理要求严格。②对静电除尘器：运行中对除尘效率的干扰因素多，排放不稳定；控制相对较为复杂，高压设备安全防护要求高。由于静电除尘器均为钢结构，不易损坏，相对于布袋除尘器，设备管理要求不很严格。（2）停机和启动①对布袋除尘器：（燃煤采暖锅炉烟气处理系统设计）第6页（共29页）方便，但长期停运时需要做好滤袋的保护工作。②对静电除尘器：方便，可随时停机。（3）检修与维护①对布袋除尘器：可实现不停机检修，即在线维修。②对静电除尘器：检修时一定要停机4）设备投资（1）对于常规的烟气条件和粉尘（主要是指比较适合静电除尘器的烟气），两种除尘器排放浓度要达到目前较低的环保要求（如150mg/m3）初期投资布袋除尘器比静电除尘器约高20-35%左右（2）对于低硫高比电阻粉尘、高SiO2、Al2O3类不适合静电除尘器捕集的粉尘，两种除尘器要达到目前较低的环保要求（如150mg/m3）初期投资静电除尘器和布袋除尘器相当或静电除尘器投资高些。（3）通常条件下达到相同的除尘效率或者说达到相同的排放浓度，静电除尘器的投资通常要比布袋除尘器的投资高。以呼和浩特电厂200MW机级为例：布袋除尘器：每台机组的除尘器投资＜2000万元，保证排放浓度＜50mg/Nm3以下。对静电除尘器：按四电场，比集尘面积130m2/m3/S计算。达标250mg/Nm3,每台除法器投资约2500万元。5）运行维护费用（1）运行能耗对布袋除尘器：风机能耗大，清灰能耗小。对静电除尘器：风机能耗小，电场能耗大。但是，总体来讲两种除尘器的电耗相当。对于静电除尘器难以捕集的粉尘，或者说当静电除尘器的电场数量超过4电场时，静电除尘器的能耗比布袋除尘器的要高，也就是说此时的静电除尘器运行费用要比布袋除尘器高。如果按照即将出台的新环保标准，静电除尘器要是做到达标话，必定是采用4电场以上的静电除尘器，其电耗也就一定比布袋除尘器高。（2）维护费用布袋除尘器的维护检修费用主要是滤袋更换费，从目前实际运行情况来看，（燃煤采暖锅炉烟气处理系统设计）第7页（共29页）一次滤袋的更换费用只需要1.5-2年排污费比静