大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)韓欣池

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1、 專業(yè)：　 環(huán) 境 工 程　 班級：　 環(huán) 081　 學(xué)號：　 0808042024 姓名：　 韓 欣 池 　 完成日期　 2011 年　1　月　12　日 前言 硫氧化物產(chǎn)生的一次污染和二次污染對人類產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。生成硫氧化物的主要途徑是燃煤過程向大氣中排放大量的硫氧化物氣體。我國是以煤為主要能源的國家。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的消耗量逐步上升，大氣污染物的排放量相應(yīng)增加。而就我國的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展就我國的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展水平及能源的結(jié)構(gòu)來看，以煤炭為主要能源的狀況在今后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)不會有根本性

2、的改變。我國的大氣污染仍將以煤煙型污染為主。因此，控制燃煤煙氣污染是我國改善大氣質(zhì)量、減少酸雨和SO2危害的關(guān)鍵問題。 一、 課程設(shè)計(jì)的題目 某燃煤鍋爐房煙氣凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、 課程設(shè)計(jì)的目的 通過課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步消化和鞏固本課程所學(xué)的內(nèi)容，并使所學(xué)的知識系統(tǒng)化，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)理論知識進(jìn)行凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力。通過設(shè)計(jì)，了解工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法及步驟，培養(yǎng)學(xué)生確定大氣污染控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、繪制工程圖、使用技術(shù)資料、查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊、編寫設(shè)計(jì)說明書的能力。 三、 設(shè)計(jì)原始資料 鍋爐型號：SZL6－1.25－AII型，共2臺（每臺蒸發(fā)量為6t/h） 所在地區(qū)：二類區(qū)。2

3、009年新建。 鍋爐熱效率：75%，所用的煤低位熱值：20939kJ/kg，水的蒸發(fā)熱：2570.8kJ/kg 鍋爐出口煙氣溫度：160℃ 煙氣密度：（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）1.34kg/m3 空氣過剩系數(shù)：α=1.3 排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：15% 煙氣在鍋爐出口前阻力：800Pa 當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ?8kPa 平均室外空氣溫度：15℃ 空氣含水率(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)按0.01293kg/m3 煙氣的其它性質(zhì)按空氣計(jì)算 煤的工業(yè)分析： C：65%　　　H：4%　　　S：1%　　　O：4% N：1%　　　W：7%　　　A：18% 按鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13271

4、-2001）中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行 煙塵濃度排放標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：200㎎/ 二氧化硫排放標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）：900㎎/ 凈化系統(tǒng)布置場地如圖1所示的鍋爐房北側(cè)20m以內(nèi)。 圖1 鍋爐房平面布置圖 四、 設(shè)計(jì)計(jì)算 (一)、用煤量計(jì)算 每臺鍋爐的所需熱量為：Q＝蒸發(fā)量水的蒸發(fā)熱 =6102570.8=1.5410kJ/h 所需的煤量為：==982.2kg/h 　　Hn——煤的低位熱值 　　η熱——鍋爐的熱效率 (二)、煙氣量、煙塵和二氧化硫濃度的計(jì)算 以1kg煤燃燒為基礎(chǔ)，則

5、 重量（g） 摩爾數(shù)（mol） 產(chǎn)物摩爾數(shù)（mol） 需氧數(shù)(mol) C 650　　　54.167　　　 CO:54.167 54.167 H 40 40 HO:20 10 S 10 0.3125 SO: 0.3125 0.3125 O 40 2.5 (O:1.25) -1.25 N 10 0.714 N:0.357 0

6、 W 70 3.889 HO:3.889 0 A 180 飛灰:18015%=27g 0 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)理論需氧數(shù) 54.167+10+0.3125-1.25=63.2295mol/kg=1.4163 m/kg １． 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論干空氣量 =1.41634.78=6.77 m/kg 空氣含水體積分?jǐn)?shù)0.01293==1.6091% 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際濕空氣量 6.77=8.945mol/kg 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理論煙氣量 CO

7、:54.167 mol/kg SO: 0.3125 mol/kg N:0.357+3.7863.2295=239.37 mol/kg HO: 20+3.889+8.9451.6091%=24.033 mol/kg ==7.12 m/kg ２． 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量 =+(α-1)= 7.12+6.77（1.3-1）=9.15 m/kg（濕煙氣） =9.15-=8.61 m/kg（干煙氣） ３． 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中含塵濃度 ===2.9510 mg/m（濕煙氣） 式中 ——排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例 A——煤中不可燃成分的含量 ——

8、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量(m/㎏) 4. 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度 ===2.1910 mg/m（濕煙氣） 式中 m(SO2)---燃燒煤生成的二氧化硫質(zhì)量，kg ——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煙氣量(m/㎏) 5. 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下總煙氣量 Q=*設(shè)計(jì)耗煤量=9.15982.2/3600=2.50m/s (三)、凈化設(shè)備的選擇 １． 設(shè)備應(yīng)達(dá)到的凈化效率 　　　　 式中 ρs——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下鍋爐煙所排放標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定值，mg/m3； ρ——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣污染物濃度，mg/m3； 根據(jù)鍋爐表1鍋爐煙塵最高允許排放濃度和煙氣黑度限值可知: 鍋爐類別 適用區(qū)域

9、 煙塵排放濃（mg/m3) 煙氣黑度 Ⅰ時(shí)段 Ⅱ時(shí)段 燃 煤 鍋 爐 自然通風(fēng)鍋爐 （<0.7MW(1t/h)） 一類區(qū) 100 80 1 二、三類區(qū) 150 120 其它鍋爐 一類區(qū) 100 80 1 二類區(qū) 250 200 三類區(qū) 350 250 燃 油 鍋 爐 輕柴油、煤油 一類區(qū) 80 80 1 二、三類區(qū) 100 100 其它燃料油 一類區(qū) 100 80* 1 二、三類區(qū) 200 150 燃?xì)忮仩t 全部區(qū)域 50 50 1 表1 鍋爐煙塵最高允許排放濃度和煙氣黑度

10、限值 I時(shí)段：2000年12月31日前建成使用的鍋爐; II時(shí)段：2001年1月1日起建成的使用的鍋爐（含在I時(shí)段立項(xiàng)未建成或未使用的鍋爐和建成使用的鍋爐中需要擴(kuò)建、改造的鍋爐）。 由于鍋爐廠所在地區(qū)為：二類地區(qū)、2006年新建，所以煙塵最高允許排放濃度為200 mg/m3 ∴=1-=93.22% ２． 除塵器的選擇 工況下的煙氣量 (m/h) 式中——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣流量，m/h； ——工況下煙氣溫度，K; ——標(biāo)準(zhǔn)規(guī)狀態(tài)下煙氣溫度，273K。 =14759.05（m/h） 則煙氣流量為 m/s； 根據(jù)工

11、況下的煙氣量、煙氣溫度及要求達(dá)到的除塵效率確定除塵器：由《除塵器手冊》中選取HCWS系列文丘里水膜脫硫除塵器。煙氣溫度：160℃ 除塵效率：93.12% 壓力降（阻力）≥ 800Pa 表1 HCWS系列文丘里水膜脫硫除塵器 型號 處理煙氣量/() 除塵器 進(jìn)口流速/(m/s) 文丘里喉部流速/(m/s) 筒體內(nèi)上升流速/(m/s) 脫硫效率/ 耗水量/(t/h) 阻力/(mm) 除塵效率/ 配套鍋爐容量/(t/h) HCWS 15000~18000 9.5~13 55~70 3.5~4.5 60~80 5~6 80~120 95~97.5

12、6 表2 設(shè)備外形結(jié)構(gòu)尺寸 7450 250 4700 1650 850 330 180 1400 850 3925 190 250 650 250 800 520 360 220 540 70 270 ２． 脫硫器的選擇 　 鍋爐二氧化硫和氮氧化物最高允許排放濃度，按表2的時(shí)段規(guī)定執(zhí)行。 表5 鍋爐二氧化硫和氮氧化物最高允許排放濃度 鍋爐類別 適用區(qū)域 SO2排放濃度（mg/m3） NOx排放濃度（mg/m3） Ⅰ時(shí)段 Ⅱ時(shí)段 Ⅰ

13、時(shí)段 Ⅱ時(shí)段 燃煤鍋爐 全部區(qū)域 1200 900 / / 燃油鍋爐 輕柴油、煤油 全部區(qū)域 700 500 / 400 其它燃料油 全部區(qū)域 1200 900* / 400* 燃?xì)忮仩t 全部區(qū)域 100 100 / 400 第Ⅱ時(shí)段燃煤鍋爐二氧化硫最高允許排放濃度為900mg/m3 所以，設(shè)備應(yīng)達(dá)到的脫硫效率： ＝1-=58.14% 式中 ρ——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下鍋爐SO所排放標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定值，mg/m3； ——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣中二氧化硫濃度 要求達(dá)到的排放濃度: 900 mg/m3 (四)、確定設(shè)備、風(fēng)機(jī)和煙囪的位置及

14、管道的布置 １． 各裝置及管道布置的原則 根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況和鍋爐房現(xiàn)場的實(shí)際情況確定各裝置的位置。一旦確定了各裝置的位置，管道的布置也就基本可以確定了。對各裝置及管道的布置應(yīng)力求簡單，緊湊，管路短，占地面積小，并使安裝、操作和檢修方便。 ２． 管徑的確定 式中Q——工況下管內(nèi)煙氣流量，m3/s； v——煙氣流速，m/s；（可查有關(guān)手冊確定，對于鍋爐煙塵v=10~15m/s ,取v=11.5 m/s） 則 圓整并選取風(fēng)道 表6 圓斷面風(fēng)管統(tǒng)一規(guī)格 外徑/mm 鋼板通風(fēng)管 外徑允許偏差/mm 壁厚/mm 650 2.0 內(nèi)徑d=650

15、-2*2.0=646 (mm) 由公式計(jì)算出實(shí)際煙氣流速： v===12.52(m/s) (五)、煙囪的設(shè)計(jì) １． 煙囪高度的確定 一個(gè)煙囪的所有鍋爐的總蒸發(fā)量為Q=12t/h（兩臺鍋爐）， 表7 燃煤、燃油（燃輕柴油、煤油除外）鍋爐房煙囪最低允許高度 鍋爐房裝機(jī)總?cè)萘? MW <0.7 0.7～<1.4 1.4～<2.8 2.8～<7 7～<14 14～<28 t/h <1 1～<2 2～<4 4～<10 10～<20 20～≤40 煙囪最低高度 m 20 25 30 35 40 45 查上表可得： ２． 煙囪直徑的計(jì)

16、算 煙囪出口內(nèi)徑可按下式計(jì)算 　　　　　 式中Q——通過煙囪的總煙氣量，m3/h； v——按表選取的煙囪出口煙氣流速，m/s)。 表8　　煙囪出口煙氣流速（m/s） 通 風(fēng) 方 式 運(yùn) 行 情 況 全負(fù)荷時(shí) 最小負(fù)荷 機(jī)械通風(fēng) 10~20 4~5 自然通風(fēng) 5~10 2.5~3 選定v=4.5m/s 圓整取d=1.1m 煙囪底部直徑

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23、 式中d2——煙囪出口直徑，m； H——煙囪高度，m； i——煙囪錐度，通常取i＝0.02~0.03。 選定i=0.028 ３． 煙囪的抽力 式中　H——煙囪高度，m； tk——外界空氣溫度，℃； tp——煙囪內(nèi)煙氣平均溫度，℃； B——當(dāng)?shù)卮髿鈮?，Pa。 (六)、系統(tǒng)阻力的計(jì)算 １． 摩擦阻力損失 對于圓管　　　　 式中　L——管道長度，m； d

24、——管道直徑，m； ρ——煙氣密度，kg/m3； v——管中煙氣流速，m/s λ——摩擦阻力系數(shù)，是氣體雷諾數(shù)Re和管道相對粗糙度的函數(shù)?？梢圆槭謨缘玫健＃▽?shí)際中對金屬管道λ值可取0.02，對磚徹或混凝土管道λ可取0.04）。 a．對于φ650圓管 L=1.5 + 5.45 - 0.163 + 0.45 + 2.7 +7.341 + 1.5 = 18.778 (m) b．對于磚砌拱形煙道（參見右圖） D=650mm ∴B=690mm；A=0.6633m2 ∵ 式中，A為面積，X為周長 X= 2B+=20.69+ = 2.4633m ∴ R=0.6633/2

25、.4633=0.2693m L為6.14m , λ=0.04 =14.653(pa) ２． 局部壓力損失 式中　——異形管件的局部阻力系數(shù)，可在有關(guān)手冊中查到，或通過實(shí)驗(yàn)獲得； v——與相對應(yīng)的斷面平均氣流速率，m/s； ρ——煙氣密度，kg/m3。 （1） 圖4 中漸擴(kuò)管ξ=0.19 漸縮管ξ=0.1 （2） 對于圖5 所示的T型三通管ξ=0.78 對于T型合流三通管ξ=0.55 （3） 圖5 中漸縮管ξ=0.1 90彎頭le=1.98m （4）鍋爐出口前阻力為800Pa （5）除塵器阻力為800~1200 Pa，取1000 P

26、a （6）系統(tǒng)總阻力為 （Pa） (七)、風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的選擇及計(jì)算 １． 風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計(jì)算 式中　1.1——風(fēng)量備用系數(shù)； 　　　Q——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)前風(fēng)量，m3/h； 　　　tp——風(fēng)機(jī)前煙氣溫度，℃，若管道不太長，可以近似取鍋爐排煙溫度； 　　　B——當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，kPa。 ２． 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的計(jì)算 　　　　　 式中1.2——風(fēng)壓備用系數(shù)； ——系統(tǒng)總阻力，Pa； Sy——煙囪抽力，Pa； tp——風(fēng)機(jī)前煙氣溫度，℃； ty——風(fēng)機(jī)性能表中給出的試驗(yàn)用氣體溫度，℃；引風(fēng)機(jī)為200℃ 根據(jù)Qy和Hy選定HL3—2A NO.10.5A 1450 工況序號為

27、5的高效排煙風(fēng)機(jī)，性其能表如下： 機(jī)號傳動(dòng) 方式 轉(zhuǎn)速/（r/min） 工況序號 流量/ 全壓/Pa 10.5A HL3—2A 5 49646 2444 3. 電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算 式中Qy——風(fēng)機(jī)風(fēng)量，m3/h； Hy——風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，Pa； η1——風(fēng)機(jī)在全壓頭時(shí)的效率（一般風(fēng)機(jī)為0.5-0.7）； η2——機(jī)械傳動(dòng)效率，當(dāng)風(fēng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)直聯(lián)傳動(dòng)時(shí)η2＝1，用聯(lián)軸器連接時(shí)η2＝0.95~0.98，用V形帶傳動(dòng)時(shí)η2＝0.95； β——電動(dòng)機(jī)備用系數(shù)，對引風(fēng)機(jī)，β＝1.3。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)方式選擇電動(dòng)機(jī)型號。經(jīng)查閱有關(guān)資料，由風(fēng)機(jī)廠

28、家所給的參數(shù)指標(biāo)，得配套電機(jī)性能參數(shù)如下： 表9：配套電機(jī)性能參數(shù) 功率（KW） 型號 噪音dB（A） 75 Y280s—4 94 五、 總結(jié) 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中計(jì)算量比較大，許多參數(shù)需要查閱相關(guān)手冊。在選定除塵器后，上網(wǎng)、去圖書館查閱相關(guān)書籍，查找參數(shù)。最后是畫圖的任務(wù)，需要耐心，要注意準(zhǔn)確，不能抱敷衍態(tài)度。由于CAD課程是上學(xué)期學(xué)的，有很多功能還是不能熟練的操作，在反復(fù)實(shí)踐后，終于完成了最艱巨的畫圖任務(wù)，同時(shí)也加深了對CAD的認(rèn)識，增強(qiáng)了自己的技術(shù)能力。 在這次設(shè)計(jì)過程中通過同學(xué)的幫助、老師的指導(dǎo)和自己的努力，我學(xué)到了許多東西，鍛煉了解決實(shí)際問題的能力。這次課程設(shè)計(jì)讓我受益良多。