环境设计

1课程设计说明书题目SG-400/140型火电厂锅炉中硫烟煤烟气喷雾干燥法脱硫+袋式除尘系统设计姓名所在学院环境学院专业班级指导教师2015年01月20日1目录1设计任务书…………………………………………………41.1设计题目…………………………………………………41.2设计原始数据……………………………………………41.3设计内容及要求…………………………………………41.4绘制设计图………………………………………………51.5设计上交成果……………………………………………52设计计算……………………………………………………52.1燃煤锅炉烟气量、烟尘及二氧化硫的浓度计算………52.1.1理论空气量以及实际空气量………………………52.1.2理论烟气量以及实际烟气量………………………72.1.3烟气含尘浓度………………………………………72.1.4二氧化硫浓度………………………………………72.1.5锅炉烟气流量………………………………………72.2净化系统—喷雾干燥法脱硫系统方案设计………………………………………………………………72.2.1喷雾干燥法工艺流程………………………………………………………………72.2.2喷雾干燥的脱硫机理………………………………822.2.3喷雾干燥法的主要设备……………………………92.2.4净化效率的影响因素………………………………92.2.5喷雾干燥器设计……………………………………102.3除尘设备的设计与计算…………………………………112.3.1袋式除尘器的概念…………………………………112.3.2袋式除尘器的工作原理……………………………122.3.3袋式除尘器的滤料…………………………………122.3.4袋式除尘器的清灰方式……………………………132.3.5袋式除尘器的选择和计算…………………………142.4烟囱设计计算…………………………………………152.4.1烟气释放热计算……………………………………152.4.2烟囱出口直径的计算………………………………162.4.3烟囱底部直径的计算………………………………162.4.4烟囱高度的计算……………………………………162.4.5烟囱阻力计算………………………………………172.5管道系统设计计算……………………………………182.5.1管径的计算…………………………………………182.5.2摩擦阻力损失计算…………………………………182.5.3局部阻力损失计算…………………………………192.5.4系统总阻力计算……………………………………192.6通风机、电动机的设计计算……………………………202.6.1风量的计算………………………………………2032.6.2风压的计算………………………………………203污染物校核计算……………………………………………223.1二氧化硫的排放速率…………………………………223.2从排放速率核算………………………………………223.2.1从排放速率核算……………………………………223.2.2烟气的排放速率……………………………………223.3从落地浓度核算………………………………………234结束语………………………………………………………235参考文献……………………………………………………2441设计任务1.1设计题目SG-400/140型火电厂锅炉中硫烟煤烟气喷雾干燥法脱硫+袋式除尘系统设计1.2设计原始数据锅炉型号：SG-400/140即，上海锅炉厂制造，蒸发量400t/h，出口蒸汽压力140MPa设计耗煤量：42t/h设计煤成分：CY=64.5%，HY=4%，OY=6%，NY=1%，SY=1.5%，AY=18%WY=5%；YV＝15％；属于中硫烟煤排烟温度：160C空气过剩系数＝1.2飞灰率＝34％烟气在锅炉出口前阻力1060Pa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450m，90°弯头60个。1.3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确定。（3）除尘或脱硫设备的比较和选择：确定除尘或脱硫设备的类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。5（4）管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置。并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径及系统总阻力。（5）风机及电机的选择设计：根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。（6）需要说明的其他问题。（7）编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写，包括方案的确定、设计计算、设备选择等内容。课程设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分，文字应简明、通顺、内容正确完整。1.4绘制设计图（1）工艺流程示意图(带控制点)。（2）平面布置图。应按比例绘制，锅炉房及锅炉的绘制可以简化，但应能表明建筑外形和主要结构型式。在平面布置图中应有方位标志（指北针）。（3）锅炉烟气除尘脱硫系统图。应按比例绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。（4）主要除尘脱硫设备剖面图。只需标出设备的主要性能参数（主要尺寸），内部结构不用细画。1.5设计上交成果（1）完成设计说明书1份。（2）附图CAD图纸：工艺流程图1张、平面布置图1张、除尘或脱硫系统图1张、主要除尘或脱硫设备剖面图1张。注意，图纸的标注与设计说明书相匹配。2设计计算2.1燃煤锅炉烟气量、烟尘及二氧化硫的浓度计算2.1.1理论空气量以及实际空气量以1kg煤完全燃烧计算，则：6重量（g）摩尔数（mol）需氧气数（mol）生成物(mol)C64553.7553.75CO2:53.75H404010H2O:20S150.468750.46875SO2:0.46875O603.75-1.875N100.714W502.78AV180150由上表可得燃煤1kg的理论需氧量为：n(O2)=53.75+10-1.875+0.46875=62.34mol/kg假设干空气中氮和氧的摩尔比为3.78，则1kg煤的完全燃烧所需要的理论空气量：错误!未找到引用源。即297.99×22.4÷1000=6.67错误!未找到引用源。/kg实际空气量错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。2.1.2理论烟气量以及实际烟气量烟气的组成：CO2:53.75molH2O:20+2.78=22.78molSO2:0.46875molN2:62.34×3.78mol理论烟气量：错误!未找到引用源。=(53.75+22.78+0.46875+62.34×3.78)×22.4÷1000=7.003错误!未找到引用源。/kg实际烟气量：错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。+(错误!未找到引用7源。)=7.003+6.67×0.2=8.34错误!未找到引用源。/kg160℃时烟气量：错误!未找到引用源。2.1.3烟气含尘浓度烟气含尘浓度：C错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。式中：V—飞灰率A—灰分4Q—标准状态下实际烟气量，m3/kg。2.1.4二氧化硫浓度2.1.5锅炉烟气流量Q=V×设计耗煤量错误!未找到引用源。2.2净化系统—喷雾干燥法脱硫系统方案设计2.2.1喷雾干燥法（SDA）工艺流程烟气从切线方向进入塔顶上的烟气分配器，沿雾化轮四周进入喷雾干燥吸收塔；与此同时，准备好的石灰浆液从高位槽自流入雾化器内，经分配器进入高速旋转的雾化轮，当即被喷射成石灰乳雾化液滴。烟气与吸收剂反向混合，即发生强烈的热交换和化学反应，使烟气中的SO2与石灰乳反应生成CaSO4和CaSO3粉尘，粉尘中还含有未反应的Ca(OH)2。部分粉粒在喷雾干燥吸收塔内被吸收，并从吸收塔底部排出。剩余部分粉粒和烟气中的飞灰，随气流进入袋式除尘器被分离。净化后的烟气经引风机、烟囱进入大气。为提高脱硫剂利用率，吸收塔和除尘器排出的灰渣部分被再循环使用，其余部分则运出厂外进行综合利用[2]。8SDA工艺分为5个步骤：①吸收剂浆液的制备；②吸收剂浆液的雾化；③雾滴与烟气接触；④SO2吸收和水分蒸发；⑤灰渣再循环与排除；其中②、③、④三步均在喷雾吸收塔内进行完成。如图所示2.2.2喷雾干燥的脱硫机理当雾化的石灰浆液在吸收塔中与烟气接触后，浆液中的水分开始蒸发，烟气降温增湿，Ca(OH)2与SO2反应生成干粉产物。反应步骤方程式如下:（1）SO2被液滴吸收SO2(g)+H2OH2SO3(aq)（2）吸收的SO2同溶解的吸收剂反应生成CaSO3Ca(OH)2(aq)+H2SO3(aq)CaSO3(aq)+H2O（3）液滴中CaSO3达到饱和后，即开始结晶析出CaSO3(aq)CaSO3(s)（4）部分溶液中的CaSO3与溶于液滴中的O2反应，氧化成硫酸钙CaSO3(aq)+1/2O2(aq)CaSO4(aq)（5）CaSO4饱和结晶析出CaSO4(aq)CaSO4(s)96随着脱硫过程中溶解的Ca(OH)2的消耗，浆液中Ca(OH)2固体进一步溶解以维持脱硫反应的继续进行Ca(OH)2(s)Ca(OH)2(aq)2.2.3喷雾干燥法的主要设备(1)吸收剂制备系统喷雾干燥FGD系统多采用CaO含量高的石灰作脱硫剂。石灰仓内贮存的粉状石灰经螺旋输送机送入消化槽消化，并制成高浓度浆液，然后进入配浆槽，配浆槽上设有过滤器，以清除大颗粒的杂质。制备好的石灰乳用泵送到吸收剂罐内，再用供给泵送到吸收塔的高位罐备用。(2)雾化器当前，采用较多的雾化器有喷嘴型和旋转离心雾化器两种，后者的原理主要为：由旋转盘或雾化轮使浆液分裂成微小液滴，然后与烟气发生反应。(3)喷雾干燥吸收塔吸收塔的结构尺寸由许多因素决定，如雾化器类型、雾化器液滴出口速度、烟气量等。吸收塔上部一般设计为圆筒形，下部为60°锥体，其体积需为烟气提供大约10～12秒的停留时间，以保证液滴在进入除尘器前有足够的反应时间和干燥时间。(4)除尘设备安装在喷雾干燥塔之后的除尘设备有袋室除尘器和电除尘器两类。袋式除尘器用于喷雾干燥有良好的除尘效果。作为喷雾干燥脱硫系统尾部设备，其压力降与单纯除尘时基本相同，尽管粉尘负荷增加了5倍或更多，但滤袋压力降并没有出现较大变化。本设计选取的除尘设备就为袋式除尘器。(5)固体废物处置处置方法因吸收剂的类型而异。对于石灰系统，当固体废物中未反应的吸收剂量小于5%时，固体废物是无害的，可采用与飞灰相同的处置办法。喷雾干燥吸收的最后产物是一种潜在的工业和建材原材料，但目前扩大规模的应用仍在研究之中。2.2.4净化效率的影响因素（1）/aCS对脱硫率的影响；（2）出塔烟气温度对脱硫率的影响；（3）烟气进口浓度对脱硫率的影响；（4）石灰浆吸收剂中加入添加剂的效果；（5）烟气入口温度对脱硫率的影响。2.2.5喷雾干燥器设计10（1）吸收塔内流量计算假设吸收塔内平均温度为80C，压力为120KPa，则吸收塔内烟气流量为：K)(1Pa101.325273t273QQV式中：VQ—吸收塔内烟气流量，/sm3；Q—标况下烟气流量，/sm3；K—除尘前漏气系数，0~0.1，本设计取0.05；（2）塔径计算：QAv（3.1）式中：Q——实际烟气总流量，错误!未找到引用源。；A——塔的面积，2m；v——空塔流速，/ms；一般空塔流速为0.5-5m/s,此处以3.5m/s进行设计，则可得喷雾器直径为：代入数据得：错误!未找到引用源。（3）塔高计算：Hvt（3.2）式中:t——塔内停留时间，s，一般为10～12s，此处取10s；代入数据得：错误!未找到引用源。；查工业粉尘的安息角得飞灰的滑动角为15—20，此处以30进行设计[4]，则可得灰斗的高度为:错误!未找到引用源。喷雾吸收器上部的设计高度为：错误!未找到引用源。11所以，喷雾吸收器的总高度为：35错误!未找到引用源。m其余设备根据需要选相应型号即可。2.3除尘设备的设计与计算2.3.1袋式除尘器的概念过滤式除