大气课程设计完整版

大气污染控制工程
课程设计报告
课程设计题目：发电厂锅炉的烟气治理系统设计
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题目序号 65
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指导教师
2014年 6月15 日
目录
第一章设计要求：..................................... .错误!未指定书签
1. 设计题目：..................................... 错误!未指定书签
2. ....................................................................................... 设计原始数据：错误!未指定书签
3. ....................................................................................... 设计要求：错误!未指定书签
第二章烟气性质分析：................................. 错误!未指定书签
第三章工艺流程的选择及设备计算：..................... 错误!未指定书签
1. ....................................................................................... 除尘器应该达到的除尘效率：.............................................. 错误!未指定书签
1.2除尘器的选择：................................ 错误!未指定书签
1.3 .电除尘器： .................................. 错误!未指定书签
1.3.1运行参数的选择及设计：.................. 错误!未指定书签
2. 设备结构设计计算：............................. 错误!未指定书签
2.1通过除尘器的含尘气体量：.................. 错误!未指定书签
2.2集尘极的比集尘面积和集尘极面积：.......... 错误!未指定书签
2.3验算除尘效率：............................ 错误!未指定书签
2.4有效截面积：.............................. 错误!未指定书签
2.5电除尘器内的通道数：...................... .错误!未指定书签
2.6集尘极总长度，宽度，高度：................ 错误!未指定书签
2.7灰斗的计算：.............................. 错误!未指定书签
2.8校核：.................................... .错误!未指定书签
3. ....................................................................................... 脱硫设备的设计与计算：.................................................. 错误!未指定书签
3.1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理：.........错误!未指定书签
3.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程：.错误!未指定书签
3.3吸收塔内流量计算：........................ 错误!未指定书签
3.4吸收塔径计算：............................ 错误!未指定书签
3.5.吸收塔高度计算：......................... 错误!未指定书签
4. ....................................................................................... 烟囱的设计：.错误!未指定书签
4.1烟气释放热计算：.......................... 错误!未指定书签
4.2烟气抬升高度计算：........................ 错误!未指定书签
4.3烟气有效高度计算： ....................... 错误!未指定书签
4.4烟囱高度校核： ........................... 错误!未指定书签
4.5烟囱的抽力： ............................. 错误!未指定书签
5. ........................................................................................ 系统阻力计算：错误!未指定书签
5.1管径的确定： ............................. 错误!未指定书签
5.2摩擦压力损失： ........................... 错误!未指定书签
5.3局部压力损失： ........................... 错误!未指定书签
6. ........................................................................................ 风机和电动机选择及计算：.............................................. 错误!未指定书签
6.1风机风量： ................................ .错误!未指定书签
6.2风机风压的计算： ......................... 错误!未指定书签
6.3风管直径： ............................... 错误!未指定书签
第四章参考文献：..................................... .错误!未指定书签
第一章设计要求:
1. 设计题目：
发电厂锅炉的烟气治理系统设计
2•设计原始数据：
一燃煤锅炉排放的烟气，烟气量为 Q= 17.5X 104m3,含尘浓度为18.323, 2 浓度为6.35 3。

烟尘浓度和2排放达到空气质量二级标准。

废气最终排放温度为 360C，当地年平均气温为10.5C。

3.设计要求：
3.1. 选择合适的除尘装置类型并计算主要的设备尺寸。

3.2. 计算脱硫装置的主要设备尺寸。

3.3. 计算和选择风机型号及风管管径。

3.4. 烟囱的排放口直径2.0m,试确定烟囱高度。

第二章烟气性质分析：
燃煤锅炉排放的烟气中，含尘浓度为18.323, 2浓度为6.35 3，我们可以采取除尘装置除去烟气中的粉尘，2是酸性气体，可以采用石灰石/石灰法吸收除去。

第三章工艺流程的选择及设备计算：
1.除尘器应该达到的除尘效率:
C――标准状态下烟气含尘浓度，mg/m；
C s ――标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，mg / m3
结果为=1二也98.9%
18320
1.2除尘器的选择:
工况下烟气流量：
式中
3
Q
――标准状态下的烟气流量，
（m /h ）
T ?工况下烟气温度，360+273=633K T ――标准状态下温度，273 K
结果为 Q -=
633 175000
405769.23m 3/h 112.71m 3/s
273
1.3 .电除尘器：
排烟温度为360C 经过冷却器冷却后，温度大致可降为 120C 1.3.1运行参数的选择及设
计：
环境大气压P ，取P 0.94 105 ; 除尘器的漏风效率K ，一般取K 0.1; 除尘效率 98.9%; 富裕系数m 1.5 ~ 2.0 ; 通道宽B 0.3 m 。

参数 符号
取值范围
板间距 S 23~28
驱进速度
w
0.2~2
比集尘极表面积
300~2400m
2
/(1000m 3
)
气流速度
v 1~2
长高比
0.5~1.5
烟煤锅炉
v 1.1~1.6
QT
T
m 3/h
表2.1运行参数[4] 2. 设备结构设计计算：
2.1通过除尘器的含尘气体量：
通过除尘器的含尘气体量Q V 273 tc 1.01325
i K
273 P
/ 273 t 1.01325
冷却后的烟气量Q V n 1 K
273 P
式中V n —该设计下所得的总烟气量4.0576923 105m 3 h ;
t c —排烟温度360 C;
t —冷却后的温度120C；
P —环境大气压，取P 0.94 105;
K —除尘器的漏风效率，一般取 K 0.1;
通过除尘器的含尘气体量Q 4.0576923 105 273 360 1.01325 1 0.1
273 0.94
11.16 105m3 h 309.88 m3 s
冷却后的烟气量Q 4.0576923 1 05 273 1 20 1.01325 1 0.1
273 0.94
6.93 105 m3 h 192.5m 3 s
2.2集尘极的比集尘面积和集尘极面积：
1 1
集尘极的比集尘面积f ln -
1
式中
—驱进速度，一般取0.2~2,在这里取0.2;
—除尘效率为98.9%;
—ln 0.
2
1
1 0.989
f 22.55 m2/(m3)
集尘板总面积A Qf
式中
Q —通过除尘器的含尘气体量 m3;
f —集尘极的比集尘面积 m2/(m3)；
A 309.88 22.55 6987.9m2
考虑因处理气体量，温度，压力的波动和供电系统的可靠性等因素影响, 际生产情况，取富裕系数 m 1.5 ~ 2.0，所以
其需要的集尘板面积为
A 1.5~ 2.0 6987.9 10481.8 ~ 13975.8 m2
取实际集尘极面积为 A 12000m2
实际集尘极的比集尘面积为f Q
式中
A —实际集尘极面积m2;
Q —通过除尘器的含尘气体量 m3;
2.3验算除尘效率:
除尘效率： 1 exo f
式中：f —实际集尘极的比集尘面积 m^m3);
—驱进速度，一般取0.2~2,在这里取0.21；
1-e(-38.7 0.21)99.97 % %参照实
12000
309.88
38.7m3m3s
2.4有效截面积:
取气体速度v 1.0则电除尘器的有效截面积
F Q
v
式中
Q —通过除尘器的含尘气体量 m 3;
取h 13m ，同理可得集尘极极板宽度 B i 13m
2.5电除尘器内的通道数:
取通道宽B 0.3 m 气体在电除尘器内的通道数
F 309.88
n
79.5 Bh
0.3 13
取80
因为
309.88 2
309.88m
1
F 309.88 80m 2
集尘极极板高度 即：
h
h 309.88
12.45m
2.6集尘极总长度，宽度，
高度:
集尘极长高度
L A
12000
5. //m
2nh 2 80 13
除尘器长高比至少要 0.5~1.5,在这里取 1.5，则有
除尘器总高为
L 5.77
H
3.9m 同理有总宽为3.9m
1.5
1.5
2.7灰斗的计算:
灰斗的倾角为300,电除尘器下有两个灰斗 其中每个灰斗的高度为H i 2
2.89
5m
tg 30 V3 3
2.8校核:
实际气体速度
实际气体在电除尘器内的停留时间
3. 脱硫设备的设计与计算:
3.1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的原理：
采用石灰/石灰石浆液吸收烟气中的2,分为吸收和氧化两个阶段。

先吸收生 成的亚硫酸钙？ •然后将亚硫酸钙氧化成硫酸钙(即石膏)。

该方法的实际反应机理 是很复杂的？ •目前还不能完全了解清楚。

这个过程发生的反应如下： 吸收： CaO H 2O Ca(OH )2
1 1
Ca(OH) 2 SO 2 CaSO 3? H 2O
H 2O
1 1
CaCO 3 SO 2 H 2O CaSO 3 ? H 2O CO 2
2 2
1 1
CaSO 4? —H 2O SO 2 -H 2O Ca(HSO 3)2
2 2
由于烟气中含有。

2，因此吸收过程中会有氧化副反应发生
309.88 80 0.3 13
0.99m s Q nBh
实际有效截面积
2
i >h =169m 2
氧化：在氧化过程中，主要是将吸收过程中所生成的CaSO3?1H2O氧化称为
2
CaSO4?2H2。

:
1
2CaSO4?-H2O O2 3H2O 2CaSO4 ?2H2O
2
由于在吸收过程中生成了部分Ca(HSO3)2，在氧化过程中，亚硫酸氢钙也被氧化，分解出少量的SO2 :
1
Ca(HSO3)2-O2 H2O CaSO4?2H2O SO2
2
设备运行过程中的可能出现问题：设备腐蚀，结垢和堵塞，除雾器的堵塞。

3.2石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程：
石灰石/石灰法湿式烟气脱硫技术的工艺流程如图 1所示。

锅炉烟气经除尘、冷却后送入吸收塔，吸收塔内用调配好的石灰石或石灰浆液洗涤含SO2 的烟气，洗涤净化后的烟气经除雾和再热后排放。

吸收塔内排出的吸收液流入循环槽，加入新鲜的石灰石或石灰浆液进行再生。

3.3吸收塔内流量计算：
假设吸收塔内平均温度为80C,压力为120,则吸收塔内烟气流量为
273+i 101324
X
273 Pa
式中：'一喷淋塔内烟气流量，m3；
'■-—标况下烟气流量，m3;
K—除尘前漏气系数，0〜0.1;
代入公式得：48.6 273 80 101・324（1 0.1）58.37m3/s
273 120
Q V= Q^
3.4吸收塔径计算:
吸收塔的直径D，可由吸收塔出口实际烟气体积流量和烟气流速确定，烟气
流速通常为 3. 0-4. 5 s,工程实践表明,3. 6-4. 2 s 是性价比较高的流速区域 ,因 此,本工程的设计烟气流速为3.6 s 。

吸收塔直径可根据下列公式计算：
3.5.吸收塔高度计算：
喷淋塔可看作由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。

依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得，选择喷淋塔喷气液反应时间 3s 。

3.5.1淋塔的吸收区高度为：
H , v t 3 3.6
10.8m
吸收区一般设置3〜6层喷淋塔，每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴，喷淋覆 盖率达200%〜300%。

由于要求脱硫效率不高，本设计设置 3个喷淋层，喷淋层 间距一般为1.2〜2m ，为了检修和维护，层间距设为1.5m 。

； 3.5.2除雾区高度：
最顶层喷淋层到除雾器的距离一般为 1.2〜2m,本设计采用1.5m 。

除雾器高度一般为2〜3m ，本设计采用2;除雾器到吸收塔出口的距离一般为 0.5〜1m ，本设计采用0.5m ，则除雾区高度 H: H 2
2 0.5 1.5 4m
3.5.3浆池高度
浆池容量V1按液气比浆液停留时间t1确定:
式中：
G
—液气比，一般取15~253;取153
Q —标况下烟气量，m h ; t1—浆液停留时间，s ；
般t1为4mi n ~8min ，本设计中取值为5min ，则浆池容积为:
选取浆池直径等于或略大于喷淋塔 D0，本设计中选取浆池直径D 1为8m,然后
4.54(m)取 6.5m
15 48.6 60 5
1000
218.7m 3
D
4 58.37 ,3.6 3.14
再根据V1计算浆池高度:
式中：h3—浆池高度，m ；
3
V1—浆池容积，m
; D0—浆池直径，m ；
喷淋塔烟气进口高度 出 器01 0.5m,烟气出口高度与进口高度相同 3.5.4吸收塔总高度：
H 总 比 H 2 H 3 H 4 H 5
10.8 4 4.4 1.5 0.5
21.2m
4. 烟囱的设计：
具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量 且温度 高于周围气温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。

这相对增加了烟囱 的几何高度，因此烟囱的有效高度为：
△H
式中：H —烟囱的有效高度，m 。

—烟囱的几何高度. △ H —烟囱抬升高度，m 。

H 3
4V 、
H 3
4 218.7
n 82
4.4m 从浆池液面到烟气进口底边的高度为 0.8~2m。

本设计中取H 4
1.5m
4.1烟气释放热计算:
式中：Q H
—烟气热释放率，；
Pa
—大气压力，取邻近气象站年平均值；
Qv
—实际排烟量，
m ；s
Ts
—烟囱出口处的烟气温度，633K ；
Ta
—环境大气温度，283.5K ；
349.5K
349 5
Q H 0.35 940 309.88
56290.2kw
633
4.2烟气抬升高度计算:
因为 Q H 56290.2kW
所以选农村或城市远郊区，则有 H 0.332Q H 0'6H s 0.4u 1 1
2100 kW ，且 T 349.5K
35
K
(8— 7)
式中 H s —烟囱几何高度m
u 1 —烟囱出口处的平均风速取 20
H 0.332
56290 .20.6
800.4
20 1
67.86 m
4.3烟气有效高度计算：
烟囱有效高度
H H s H
n 0 0.332， n 1
n 2
H 80 67.86 147.86m
4.4烟囱高度校核:
假设吸收塔的吸收效率为80%,可得排放烟气中二氧化硫的浓度为：
C SO (1 80%) 6350 1270mg/m 3
氧化硫排放的排放速率：
国家环境空气质量二级标准日平均的浓度为 0.15 3, 因为0.15 3>0.0213,所以符合标准。

4.5烟囱的抽力:
式中：
H —烟囱咼度，m ；
—外界空气温度，c ；
—烟囱内烟气平均温度，c ；
P —当地大气压，。

S y 0.。

342 147
.86
27^60)
940 92.6(Pa)
5. 系统阻力计算：
5.1管径的确定:
4Q
(m)
S
y
0.0342H(
1 273 t k
273 t p )P
()
V so C SO 2
SO 2
Q v 1270 309.88mg/s 393.5g/s 用下式校核:
■ ft
式中:
y
z
—为一个常数，一般取 2 393.5
, 1 max
n 20 147.862 e
°.5~1，此处取1；
0.021mg/m 3
式中：Q —工况下管内烟气流量，m 3
；
v —烟气流速，，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘 v= 10〜15）。

管径计算出以后，要进行圆整（查手册），再用圆整后的管径计算出实际烟气流 速。

实际烟气流速要符合要求。

取整5300 风道直径规格表
4Q 4 309.88 一 ，
v 2
2
14m/s d 5.3
5.2摩擦压力损失：
（1）对于圆管:
P L
式中
――摩擦阻力系数（实际中对金属管道可取 0.02.对砖砌或混凝土管道可取
0.04）。

d ――管道直径
-烟气密度，3 管中气流平均速率
L ――管道长度 对于直径5300圆管: 15m
4 309.88
14
5.3m 5300mm
(Pa)
273
273 3
n
1.34
0.58kg / m
273 360
633
结果为：
2
ccc 15 0.58 14 cc
P L 0.02
3.2 ()
5.3
2
s 2 4D 2 B 2
2 500 式中S 为面积, 结果为: 450
5.3局部压力损失:
()
式中：E —异形管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过实验获得;
u-与E 相对应的断面平均气流速率，；
（2）对于砖砌拱形烟道（见图6.1）
砖砌拱形烟道
P-烟气密度，3。

①进气管部分局部阻力损失: a)
45时,
=0.1 (取=45，v=14)
P i
2
-0.1 2
0^4
5.7Pa
b ）两个 90°的弯管
=0.23
2
v P 2 2 2 0.23 2
匹』26.2Pa
2
90C 弯管
②出气管部分压力损失: 三通管 =0.78
对于T 形合流三通管
=0.55 3)系统总阻力： (其中锅炉前阻力为800,除尘器阻力为1200)
h P L p P 2 R P 4 800 1200
3.2 5.7 26.2 4
4.3 31.3 800 6. 风机和电动机选择及计算:
6.1风机风量:
式中：K1 —考虑系数漏风所附加的安全系数。

一般管道取0.1;除尘管道取0.1〜 0.15;
Q -标准状态下风机前标态下风量， m 3;
-风机前烟气温度，C,若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度；
P —当地大气压力，。

已知 405769.23m3;= 360C ； B = 94.0
代入上述公式得
273 360 101.325
3 Q y (1 0.1) 175000
481127.9m 3/h
273 94 6.2风机风压的计算：
p y (1 K 2)( h S y )」(1 K 2)( h S y )严 ()
T o p
式中：K2 —考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数。

一般管道 0.1〜0.15，除尘管道取0.1〜0.2;
h —系统总阻力，；
P 3
0.78 0.58 142 2 44.3Pa
P 4
0.55 0.58 142 2
31.3Pa 1200 211Q5Pa
Q y (1 KJQ 273 t p
273 101.325 P (m3)
—烟囱抽力，；
P o、p o、T o-风机性能表中给出的标准状态的空气密度、压力、温度。

一般说,
p o=1O1.3，对于引风机 T o=2OO C,p o=O.7453。

P、p、T —运行工况下进入风机时的空气密度、压力、温度。

(273 360) 101.325
p y (1 0.2) (2110.5 92.6) 3493.1(Pa)
(273 200) 94.0
根据计算出的风机风量和风机风压△，查《除尘工程设计手册》选择风机的型号见表，且此次选择机号25D台型的风机。

6.3风管直径: Q
112.7 d 3v 2.68m 3 14 第四章参考文献：
1. 郝吉明，马广大主编的《大气污染控制工程》，高等教育出版社；
2. 童志权主编的《工业废气净化与利用》，化学工业出版社；
3. 熊振湖，费学宁，池勇志等主编的《大气污染防治技术及工程应用》
，机
械工业出版社；
4. 罗辉主编的《环保设备设计与应用》，高等教育出版社；
5. 黄学敏，张承中主编的《大气污染控制工程实践教程》，化学工业出版社；
6. 周兴求，叶代启主编的《环保设备设计手册一大气污染控制设备》 ，化学 工业出版社。