大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)韓欣池

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1、 專(zhuān)業(yè)：　 環(huán) 境 工 程　 班級(jí)：　 環(huán) 081　 學(xué)號(hào)：　 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(duì)人類(lèi)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。生成硫氧化物的主要途徑是燃煤過(guò)程向大氣中排放大量的硫氧化物氣體。我國(guó)是以煤為主要能源的國(guó)家。隨著國(guó)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(guó)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展就我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展水平及能源的結(jié)構(gòu)來(lái)看，以煤炭為主要能源的狀況在今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)有根本性

2、的改變。我國(guó)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(guó)改善大氣質(zhì)量、減少酸雨和SO2危害的關(guān)鍵問(wèn)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(guò)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(shí)系統(tǒng)化，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力。通過(guò)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(cè)、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的能力。 三、 設(shè)計(jì)原始資料 鍋爐型號(hào)：SZL6－1.25－AII型，共2臺(tái)（每臺(tái)蒸發(fā)量為6t/h） 所在地區(qū)：二類(lèi)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(guò)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(lèi)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(chǎng)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(tái)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(lèi)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(lèi)區(qū) 100 80 1 二、三類(lèi)區(qū) 150 120 其它鍋爐 一類(lèi)區(qū) 100 80 1 二類(lèi)區(qū) 250 200 三類(lèi)區(qū) 350 250 燃 油 鍋 爐 輕柴油、煤油 一類(lèi)區(qū) 80 80 1 二、三類(lèi)區(qū) 100 100 其它燃料油 一類(lèi)區(qū) 100 80* 1 二、三類(lèi)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(lèi)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(cè)》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(hào) 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(lèi)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(chǎng)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(duì)各裝置及管道的布置應(yīng)力求簡(jiǎn)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(cè)確定，對(duì)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(tái)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(guò)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(duì)于圓管　　　　 式中　L——管道長(zhǎng)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(duì)粗糙度的函數(shù)。可以查手冊(cè)得到。（實(shí)際中對(duì)金屬管道λ值可取0.02，對(duì)磚徹或混凝土管道λ可取0.04）。 a．對(duì)于φ650圓管 L=1.5 + 5.45 - 0.163 + 0.45 + 2.7 +7.341 + 1.5 = 18.778 (m) b．對(duì)于磚砌拱形煙道（參見(jiàn)右圖） D=650mm ∴B=690mm；A=0.6633m2 ∵ 式中，A為面積，X為周長(zhǎng) 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(cè)中查到，或通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得； v——與相對(duì)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(duì)于圖5 所示的T型三通管ξ=0.78 對(duì)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(zhǎng)，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(hào)為

27、5的高效排煙風(fēng)機(jī)，性其能表如下： 機(jī)號(hào)傳動(dòng) 方式 轉(zhuǎn)速/（r/min） 工況序號(hào) 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(duì)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(hào)。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(hào) 噪音dB（A） 75 Y280s—4 94 五、 總結(jié) 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)算量比較大，許多參數(shù)需要查閱相關(guān)手冊(cè)。在選定除塵器后，上網(wǎng)、去圖書(shū)館查閱相關(guān)書(shū)籍，查找參數(shù)。最后是畫(huà)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(huà)圖任務(wù)，同時(shí)也加深了對(duì)CAD的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)了自己的技術(shù)能力。 在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)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(wèn)題的能力。這次課程設(shè)計(jì)讓我受益良多。