环境工程大气课程设计.doc

大型作业报告班 级: 12级机械设计与制造(环保设备) 姓 名: 学 号 完成时间: 2013年12月30日 环境科学与工程学院目 录1 概述 12 燃煤锅炉排烟量、烟尘及二氧化硫浓度的计算 12.1 排烟量及浓度计算 12.1.1实际需湿空气量 12.1.2产生的烟气量 23 净化系统除尘方案的分析确定 33.1工艺比较 33.2 旋风除尘器的工作原理、应用及特点 43.2.1旋风除尘器简介 43.3.1 烟气氨法脱硫系统 53.3.3硫铵工艺 73.3.4脱硫方法的选择 74 除尘装置及相关计算 84.1各装置及管道布置的原则 84.2 除尘器的选择 84.3烟道管径的确定 94.4 烟囱的设计 104.4.1 烟囱高度的确定 104.4.2 烟囱直径与抽力的计算 104.4.3 系统阻力的计算 115 风机及电动机的选择 13主要参考书目 14结束语： 15大型作业成绩评定表 161 概述本设计的锅炉排烟温度为160℃；烟气密度为1.34kg/Nm3；空气过剩系数：α=1.35；烟气在锅炉出口前阻力：800Pa；当地大气压力：95.36kpa；冬季室外空气温度：-5℃；空气含水按0.0129kg/Nm3；烟气其他性质按空气计算。

煤的工业分析值：C=50.1％,H=2.07％,S=1.26％,O=4.77％,N=1.2％,W=6.77％,A=33.84％；净化系统布置场地为锅炉房北侧50米以内排放标准按《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）相应标注执行2 燃煤锅炉排烟量、烟尘及二氧化硫浓度的计算2.1 排烟量及浓度计算以1000g煤的燃烧计算：（如表2.1所示）表2.1 煤燃烧成分计算以1000g计%(以质量计)mol理论需氧数(mol)C501.0041．7541．75H20．7010．355．18S12．600.390.39O47．701．49-1.49N12.000.430H2O67．703．760灰分338．400总计45.832.1.1实际需湿空气量综上，理论需氧量为45.83mol/1000g煤假定干空气中氮和氧的摩尔比（体积比）为3.78，则1000g煤完全燃烧所需要的理论干空气量为：即：空气过剩系数α=1.35,则实际需干空气量为:即：空气含水按0.0129kg/ m3N=12.9g/ m3N,即含H2O为0.717mol/ m3N,16.053L/ m3N,则H2O的体积分数为1.605%，故实际湿空气量为：，即：2.1.2产生的烟气量烟气各组分含量：CO2 :41.751.35=56.36mol;SO2:0.391.35=0.527mol;N2 :1.35(0.43+45.833.78)=234.45mol;H2O :10.35+3.76+0.7176.73=18.93mol;综上，总产生烟气量为310.11mol/(1000g煤)，即：化为标准状态为：。

2.1.3标准状态下实际烟气量标准状态下烟气流量Q应以计,因此,： =5.86×10×1000 =58600 ()式中a——空气过量系数——标准状态下理论烟气量, ——标准状态下理论空气量,锅炉型号选用FG-35/3.82-M型，锅炉热效率为75%，烟尘的排放因子为30%，设排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数为，烟尘浓度为：2.1.4标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算SO2的体积为：；所以SO2得浓度为：设计耗煤量：10t/h台锅炉，则每台锅炉产生的总烟气为：；产生的总SO2为：；3 净化系统除尘方案的分析确定3.1工艺比较烟气的除尘设备一般选用重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、多管旋风除尘器和喷淋洗涤塔等它们得性能及指标如下各表所示：表3.1除尘设备的基本性能除尘器名称阻力（Pa）除尘效率(﹪)初投资运行费用重力沉降室50~15040~60少少惯性除尘器100~50050~70少少旋风除尘器400~130070~92少中多管旋风除尘器800~150080~95中中喷淋洗涤塔100~30075~95中中表3.2 各种除尘器设备费、耗钢量及能耗量指标除尘器名称体积［m3/(1000m3/h)］设备费比值耗钢量［kg/(m3/h)］能耗量（kj/m3）重力沉降室20~401惯性除尘器0.7~1.23.0~6.00.15~0.3旋风除尘器约1.751.0~4.00.05~0.10.8~1.6多管旋风除尘3.92.5~5.00.07~0.151.6~4.0通过比较，旋风除尘器管理、制作方便，体积小、价格便宜，因此，选用旋风除尘器作为二级除尘系统中的除尘。

3.2 旋风除尘器的工作原理、应用及特点3.2.1旋风除尘器简介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是工业中应用比较广泛的除尘设备之一，多用作小型燃煤锅炉消烟除尘和多级除尘、预除尘的设备其除尘原理与反转式惯性力除尘装置类似但惯性除尘器的含尘气流只是受设备的形状或挡板的影响，简单地改变了流线的方向，只做半圈或一圈旋转；而旋风除尘器的气流旋转不止一圈，旋转流速也较大，因此，旋风气流中的粒子受到的离心力比重力大得多对于小直径、高阻力的旋风除尘器，离心力比重力大几千倍；对于大直径、低阻力旋风除尘器，离心力比重力大5倍以上所以用离心除尘器从含尘气体中除去的粒子比用沉降室或惯性除尘器除去的粒子要小得多离心除尘器的优点如下：（1）设备结构简单、造价低，对大于10μm的粉尘有较高的分离效率；没有传动机构及运动部件，维护、修理方便；（2）可用于高含尘烟气的净化，用一般碳钢制造的除尘器可工作在350℃，内壁衬以耐火材料的除尘器可工作在500℃；可承受内、外压力；（3）可干法清灰，可用于回收有价值的粉尘；除尘器敷设耐磨、耐腐蚀内衬后，可用于净化含高腐蚀性粉尘的烟气。

但旋风除尘器压力损失一般比重力沉降室和惯性除尘器高，如高效旋风除尘器的压力损失竟达1250~1500Pa此外，这类除尘器不能捕集小于5μm的含尘粒子3.2.2工作原理旋风除尘器由带锥形的外圆筒、进气管、排气管（内圆筒）、圆锥筒和贮灰箱的排灰阀等组成排气管插入外圆筒形成内圆筒，进气管与外圆相切，外圆筒下部是圆锥筒，圆锥筒下部是贮灰箱当含尘气流以14~25m/s速度由进气管进入旋风除尘器时，气流将由直线运动变为圆周运动由于受到外圆筒上盖及内圆筒壁的限流，迫使气流自上而下地旋转运动，通常把这种运动称为外旋气流气流在旋转过程中产生较大的离心力，尘粒在离心力的作用下，逐渐被甩向外壁接触到外壁的尘粒失去惯性而在重力的作用下沿外壁面下落，进入贮灰箱旋转下降的外旋气流在到达锥体时，因受到圆锥形收缩的影响而向除尘器中心汇集根据“旋转矩”不变原理，其切向速度不断提高气流下降到一定速度时，开始返回上升，形成一股自下而上的旋转运动，即内旋气流内旋气流不含大颗粒粉尘，所以比较干净，经排气管（内筒）向大气排出XLP型旋风除尘器是根据双旋涡气流原理设计的除尘器其旁路设置的原则与B型旋风除尘器的旁路基本相同含尘气体由进气口切向进入，气流在获得旋转运动的同时，上下分开形成双漩涡式运动，形成上下两个粉尘环。

粉尘在双涡旋分界处产生强烈的分离作用，较粗的粉尘颗粒随下涡旋气流分离至外壁，其中部分粉尘由旁路分离室中部进口引出，余下的粉尘由下向气流带入灰斗，上涡旋气流对密度小、颗粒细的粉尘有聚集作用对20μm以下粉尘的除尘效率能达到80%—90%这部分较细的粉尘颗粒由上涡旋气流带向上部，在顶盖下形成强烈旋转的上粉尘环，并与上涡旋气流一起进入旁路分离室上部出口，经回风口引入锥体内与内部气流汇合，净化后的气体由排气管排除，粉尘进入灰斗3.3烟气脱硫系统该系统在国内、外脱硫工艺中的钙法技术比较成熟，脱硫产物为石膏但钙法技术一次性投资较大，工艺复杂，维护量大，运行成本高，而且我国是天然石膏产量大国，脱硫产物石膏没有市场，只能抛弃，导致大量土地被占用这些缺陷使得该技术前景不容乐观研究、开发适合我国国情，既能满足环保要求又为企业乐于接受的先进脱硫技术是脱硫界努力的方向氨法脱硫技术近年来倍受大家的关注其工艺简单，前期投资少，日常维护量少，脱硫产物可作为化肥，其运行费用可通过副产物的销售大幅度降低因此，该项目选择了氨－硫铵法处理电厂锅炉烟气脱硫3.3.1 烟气氨法脱硫系统氨法是一种常用的烟气净化技术自20世纪60年代开始应用。

氨法脱硫技术具有反应速度快、脱硫效率高、脱硫后的产物易于处理等优点，同时由于它比传统的湿法脱硫技术容易操作、可靠性高和运行费用低而得到广泛应用， 氨－硫铵法烟气脱硫装置主要工段由脱硫工段和硫铵工段两部分组成3.3.2 烟气脱硫工艺从锅炉出来的原烟气，经电除尘器净化后，由脱硫塔底部进入同时在脱硫塔顶部将氨水溶液喷入塔内与烟气中的SO2在脱硫塔中发生化学反应，从而脱除掉SO2烟气脱硫工艺流程见附图1氨作为一种良好的碱性吸收剂，可吸收烟气中的SO2且效率较高从锅炉出来的原烟气，经电除尘器净化后，由脱硫塔底部进入同时在脱硫塔顶部将氨水溶液喷入塔内与烟气中的二氧化硫在脱硫塔中发生化学反应，脱除掉 SO2同时生成亚硫酸铵，并与空气进行氧化反应，生成硫酸铵溶液，经中间槽、过滤器、硫铵槽、加热器、蒸发结晶器、离心机脱水、干燥器即制得化学肥料硫酸铵，从而完成脱硫过程净化后的烟气经脱硫塔的顶部出口由烟囱排入大气相关化学反应：SO2+H2O→H2SO3  ①H2SO3＋(NH4)2SO4→NH4HSO4＋NH4HSO3  ②H2SO3＋(NH4)2SO4→2NH4HSO3  ③在反应①中，烟气中的SO2溶于水中，生成亚硫酸。

在反应②和③中，亚硫酸与该溶液中溶解的硫酸铵/亚硫酸铵反应喷射到反应池底部的氨水，按如下方式中和酸性物：H2SO3＋NH3→NH4HSO3  ④NH4HSO3＋2NH3→(NH4)2SO3  ⑤NH4HSO4＋NH3→(NH4)2 SO4  ⑥在一定温度的水溶液中，亚硫酸铵(NH4)2SO3与水中溶解的NO2反应生成(NH4)2SO4（硫酸铵）与N2，建立如下平衡：2(NH4)2SO3+NO2→2(NH4)2SO4+1/2N2喷射到脱硫塔底部的氧化空气，会按照如下方式将亚硫酸盐氧化为硫酸盐：(NH4)2SO3+1/2O2→(NH4)2SO。