大气污染控制工程课程设计079779

-1-大气污染控制工程课程设计前言大气是人类赖以生存的最基本的环境因素，构成了环境系统的大气环境子系统。一切生命过程，一切动物、植物和微生物都离不开大气。大气为地球生命的繁衍，人类的发展，提供了理想的环境。它的状态和变化，时时处处影响到人类的活动与生存。造成大气污染的原因，既有自然因素又有人为因素，尤其是人为因素，如工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。随着人类经济活动和生产的迅速发展，在大量消耗能源的同时，也将大量的废气、烟尘物质排入大气，严重影响了大气的质量，特别是在人口稠密的城市和工业区域。造成大气污染的物质主要有：一氧化碳CO、二氧化硫SO2、一氧化氮NO、臭氧O3以及烟尘、盐粒、花粉、细菌、苞子等。酸雨对人类产生着最直接、最严重的危害。形成酸雨的根本原因是燃煤过程向大气中排放大量的硫氧化物等酸辛气体。我过是以煤为主要能源的国家。随着国民经济的发展，能源的消耗量逐步上升，大气污染物的排放量相应增加。而就我国的经济和技术发展就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。我国的大气污染仍将以煤烟型污染为主。因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和SO2危害的关键问题。-2-目前烟气脱硫除尘一体化装置主要是通过工艺改造和设备优化组合来实现脱硫除尘的目的，很少有人来通过改良脱硫除尘剂的配方-3-来实现这一目的。假如能够在现有的成熟的高效率脱硫工艺的基础上，在投资成本和运营成本都不高的情况下，通过一些工艺的改良和脱硫药剂的改善来提高其除尘效率，使得该脱硫除尘一体化装置既有良好的脱硫效果，又能获得较高的除尘效率。这种技术的研制和开发一定会有很好的推广价值，产生良好的社会效益和经济效益。-4-目录前言第一章总论…51.1概述…51.2设计任务书…61.3设计依据和原则…8第二章除尘系统…9除尘技术简介1机械除尘器…92袋式除尘器…103电除尘器…124湿式除尘器…13第三章烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算…143.1烟气量的计算…143.2烟气含尘浓度的计算…153.3烟气中二氧化硫浓度的计算…16第四章除尘器的选择…164.1除尘器应达到的除尘效率…164.2工况下的烟气量…16-5-第五章脱硫装置的选择…175.1概述…175.2湿式石灰脱硫…18第六章确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置…196.1各装置及管道布置的原则…206.2管径的确定…206.3烟囱的设计…216.4系统阻力计算…226.5风机和电动机的选择及计算…256.6系统中烟气温度的变化…27第七章设备及系统布置图…287.1设备一览表…287.2通风除尘系统布置图…28参考文献…29设计小结…30-6-第一章总论1.1概述随着经济和社会的发展，燃煤锅炉排放的二氧化硫严重地污染了我们赖以生存的环境。由于中国燃料结构以煤为主的特点，致使中国目前大气污染仍以煤烟型污染为主，其中尘和酸雨危害最大，且污染程度还在加剧。因此，控制燃煤烟尘的SO2对改善大气污染状况至关重要。高温气体净化主要包括脱硫和除尘两部分，此外还须脱除HCI、HF和碱金属蒸汽等有害杂质。在常规工艺中，脱硫和除尘作为独立的单元操作分别在各自的装置中完成。而在脱硫除尘一体化工艺过程中，将脱硫和除尘两个单元操作结合起来，即在一个操作单元中既达到除尘的目的又满足脱硫的要求。脱硫除尘一体化操作可以简化工艺流程，节约设备投资。因而，研究开发适合于我国燃煤锅炉烟气脱硫除尘一体化设备具有重要的使用价值。目前烟气脱硫除尘一体化装置主要是通过工艺改造和设备优化组合来实现脱硫除尘的目的，很少有人来通过改良脱硫除尘剂的配方来实现这一目的。假如能够在现有的成熟的高效率脱硫工艺的基础上，在投资成本和运营成本都不高的情况下，通过一些工艺的改良和脱硫药剂的改善来提高其除尘效率，使得该脱硫除尘一体化装置既有-7-良好的脱硫效果，又能获得较高的除尘效率。这种技术的研制和开发一定会有很好的推广价值，产生良好的社会效益和经济效益。1.2设计任务书1.2.1设计题目：某燃煤采暖锅炉房烟气净化系统设计1.2.2设计目的通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养学生确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、实用技术资料、编写设计说明书的能力。1.2.3设计原始资料（1)锅炉型号：SZP4—13型，共4台设计耗煤量：800kg/h(台)通风方式：自然送风排烟温度：1600C空气过剩系数a=1.45烟气密度(标准状态下)：1.34kg/m3。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-8-当地大气压力：97.86kPa冬季室外空气温度：一1℃空气含水(标准状态下)按0.01293kg/m。烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值：按锅炉大气污染物排放标准(GB13271—2001)中二类区标准执行。烟尘浓度排放标准(标准状态下)：200mg/m3。二氧化硫排放标准(标准状态下)：900mg/m3。净化系统布置场地如图1所示的锅炉房北侧15m以内。-9-图1锅炉房平面布置图1.2.4设计内容和要求（1)燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算。（2)净化系统设计方案的分析确定。（3)除尘系统比较和选择：确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。（4)管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置。并计算个管段的管径、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：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)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、设备选择和有关设计的简图等内容。(7)图纸要求：①除尘系统平面图、剖面布置图2-3张。图中设备管件应标注编号，编号应与系统图对应。②锅炉烟气除尘系统平面布置图(A4)1张。按比例绘制。1.3设计依据和原则1.3.1设计依据（1）《锅炉大气污染物排放标准》（GWPB3-1999）（2）《全国通用通风管道计算手册》-10-（3）《除尘工程设计手册》1.3.2设计原则本设计遵循如下原则进行工艺路线的选择及工艺参数的确定：（1）基础数据可靠，总体布局合理。（2）避免二次污染，降低能耗，近期远期结合、满足安全要求。（3）采用成熟、合理、先进的处理工艺，处理能力符合处理要求；（4）投资少、能耗和运行成本低，操作管理简单，具有适当的安全系数，各工艺参数的选择略有富余，并确保处理后的尾气可以达标排放；（5）在设计中采用耐腐蚀设备及材料，以延长设施的使用寿命；（6）废气处理系统的设计考虑事故的排放、设备备用等保护措施；（7）工程设计及设备安装的验收及资料应满足国家相关专业验收技术规范和标准。第二章除尘系统除尘技术简介现在工厂中普遍采用的除尘设备包括机械除尘器、袋式除尘器、电除尘器和湿除尘器等。但每种除尘净化系统总有其技术上的优点和缺点，应根据实际情况选择合适的除尘设施与工艺。1机械除尘器-11-通常是指利用质量力（重力、惯性力和离心力等）的作用使颗粒物与气流分离的装置。它包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。机械除尘设备的优缺点：优点：⑴机械除尘利用的力比较单一，且除尘装置构造简单且没有运动部件。所以除尘装置故障少，容易操作和管理，运行费用相对较低，投资费用也较少。⑵机械除尘可以用作多级除尘的第一级分离，也可以单独使用。当单独使用时一般用于对除尘效率要求不高，或者仅仅需要简单除尘的场合。缺点：⑴机械除尘分离细小粉尘的能力比较弱，它对粒径较大（大于50μm）的粉尘有较高的除尘效果，但对粒径较小（小于5μm）分离效果较差。⑵机械除尘作用力单一，但设计计算复杂，而且设计计算数据容易受到多种因素影响，特别是外来气流（如漏风）对除尘效果影响特别大。2袋式除尘器是含尘气体从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁空气由排出口排出，沉积在滤料表面的粉尘，可以在机械振动的作用下从滤料表面脱落，最终落入灰斗中的一种除尘净化设施。袋式除尘器的清灰方式主要有：-12-(1)气体清灰：气体清灰是借助于高压气体或外部大气反吹滤袋，以清除滤袋上的积灰。气体清灰包括脉冲喷吹清灰、反吹风清灰和反吸风清灰。(2)机械振打清灰：分顶部振打清灰和中部振打清灰（均对滤袋而言），是借助于机械振打装置周期性的轮流振打各排滤袋，以清除滤袋上的积灰。(3)人工敲打：是用人工拍打每个滤袋，以清除滤袋上的积灰。袋式除尘设备的优缺点：优点：⑴袋式除尘器可以捕集多种干性粉尘，特别是高比电阻粉尘；⑵袋式除尘器可设计制造出适应不同气量的含尘气体的要求，除尘器的处理烟气量可从几m3/h到几百万m3/h；⑶袋式除尘器对净化含微米或亚微米数量级的粉尘粒子的气体效率较高，一般可达99%，甚至可达99.99%以上；⑷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：⑴袋式除尘器不适于净化含粘结和吸湿性强的含尘气体，用布袋防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，堵塞布袋滤料的孔隙；⑵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，且会出现烧袋糊袋现象；⑶据统计，用袋式除尘器净化大于17000m3/h含尘烟气-13-量所需的投资要比电除尘器高，而用其净化小于17000m3/h含尘烟气量时，投资费用比电除尘器省。3电除尘器是在通过高压电场进行分离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下，使尘粒聚集在集尘板上将粉尘从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。电除尘设备的优缺点：优点：⑴电除尘器可以净化气量较大且温度较高的含尘烟气。在工业上净化105～106m3/h的烟气，且用于净化350℃以下的烟气，可长期连续运行⑵除尘效率高。如果设计合理，安装施工质量高，电除尘器可以达到任何除尘效率的要求。目前，工业上应用的电除尘器，多数的除尘效率已达到99%以上。⑶电除尘器结构简单，气流速度低，压力损失小，干式电除尘器的压力损失大约为100～200Pa，湿式电除尘器的压力损失稍高些，通常只有200～300Pa。⑷电除尘器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。⑸电除尘器的能量消耗比其他类型除尘器低。如以每小时净化1000m3烟气计算，电除尘器的电能消耗约为0.2～0.8kw·h。缺点：⑴电除尘器的除尘效率受粉尘物理性质影响很大，特别是-14-粉尘比电阻的影响更为突出。电除尘器最适宜捕集比电阻为104～5×1011⑵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，且会出现烧袋糊袋现象；⑶电除尘器不适宜直接净化高浓度含尘气体。⑷电除尘器对制造和安装质量要求很高，需要高压变电及整流控制设备，且占地面积大。4湿式除尘器是使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞或者化学作用捕集颗粒，使粉尘从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。湿式除尘设备的优缺点：优点：⑴湿式除尘器的除尘效率不仅能与布袋和电除尘器相当，而且还可适用这些除尘器所不能胜任的除尘条件。表现在湿式除尘器对净化高温、高湿、高比阻、易燃、易爆的含尘气体具有较高的除尘效率。⑵湿式除尘器在去除含尘气体中粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些有毒有害的气态污染物。因此，湿式除尘器既可以用于除尘，又可以对气体起到冷却、净化的作用。⑶设备投资少，构造比较简单：在耗用相同能耗的情况下，湿式除尘器的除尘效率比干式除尘器的除尘效率高。-15-缺点：⑴湿式除尘器的粉尘回收困难，且排出的沉渣需要处理。⑵湿式除尘器不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体。⑶净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水（或液体）将具有一定程度的腐蚀性。因此，除尘系统的设备均应采取防腐措施。⑷湿式除尘器因含水运行，在寒冷地区设备容易结冻，因此，要采用防冻措施。第三章烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算3.1烟气量的计算(1)标准状态下理论空气