大气课程设计

大气污染控制工程

课程设计报告

30、武汉钢铁公司火力发电厂锅炉的烟气治理

* 名： * * *

学 号： **********

专 业： 环 境 工 程

指导教师： * * *

2013年 11月 25日

1、设计任务 1.1 设计题目

发电厂锅炉的烟气治理系统设计

1.2 设计原数据

2台670T/h的燃煤锅炉（WCZ670/73.7-87型）排放的烟气，烟气量为Q＝161.5×104m3/h，含尘浓度为19.62g/Nm3，SO2浓度为6.72 g/Nm3。烟尘浓度和SO2排放达到空气质量二级标准。废气最终排放温度为420℃，当地年平均气温为22.3℃。

设计要求

（1）根据已知的气象条件，计算出各方向的污染系数，求得最佳位置，以免污染到居民区。

（2）计算脱硫装置的主要设备尺寸。 （3）计算和选择风机型号及风管管径。

（4）烟囱的排放口直径3.0m，试确定烟囱高度。

一年内风向风速频率 % 风向 频率 频率 频率 频率 频率 N 0.46 0.63 0.09 1.73 0.27 NNE 0.45 2.46 0.64 0 2.01 NE 0.45 0.63 3.56 0.27 0 ENE 0.54 4.2 0.45 2.74 0.37 E 0.36 0.99 4.39 0.82 1.82 ESE 1.18 7.59 0.91 1.09 0.09 SE 0.91 1.73 4.76 0.55 0.55 SSE 0.45 5.58 1.73 3.01 0.09 S 0.63 0.9 3.19 0.37 0.46 SSW 0.72 3.2 0.72 0.64 0.18 SW 0.55 1.45 1 0 0.18 WSW 0.81 1.28 0.73 0.54 0.36 W 0.36 0.91 0.92 0.09 0 WNW 0.64 1.83 0.72 0.18 0 NW 0 1 1.28 0 0.27 NNW 0.82 2.46 0.36 0.82 0 C（静8.13 风） 风速1.5＜u3＜u＜5＜u＜＜1.5 ＞7 （m/s） ＜3 5 7

1.3 设计内容及要求

（1）根据已知的气象条件，计算出各方向的污染系数，求得最佳位置，以免污染到居民区。

（2）计算脱硫装置的主要设备尺寸。 （3）计算和选择风机型号及风管管径。

（4）烟囱的排放口直径3.0m，试确定烟囱高度。

2、设计计算

2.1 计算烟气各方向的污染系数

2.1.1 污染系数计算公式

污染系数=风向频率/平均风速

2.12 污染系数计算表格

风向 N 平均风速 4.584906 风向频率 污染系数 3.18 0.69358 NNE 3.997302 5.56 1.390938 NE 3.624236 4.91 1.354768 ENE 3.619277 8.3 2.293276 E 4.50358 8.38 1.860742 ESE 2.556169 10.86 4.248545 SE 3.648824 8.5 2.329518 SSE 3.447974 10.86 3.149676 S 3.773874 5.55 1.470637 SSW 2.831502 5.46 1.928305 SW 2.825472 3.18 1.125476 WSW 3.348118 3.72 1.111072 W 2.885965 2.28 0.79003 WNW 2.545994 3.37 1.323648 NW 3.533333 2.55 0.721698 NNW 2.804933 4.46 1.590056 根据上表可知各方向的污染系数值.则可根据污染系数值确定工厂的最佳位置为居民区的西北方向。

2.2 脱硫设备的设计与计算

2.2.1 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SO2,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H2OCa(OH)2

11 Ca(OH)2SO2CaSO3•H2OH2O

2211 CaCO3SO2H2OCaSO3•H2OCO2

2211 CaSO4•H2OSO2H2OCa(HSO3)2

22由于烟气中含有O2，因此吸收过程中会有氧化副反应发生。

1氧化：在氧化过程中，主要是将吸收过程中所生成的CaSO3•H2O氧化

2称为CaSO4•2H2O：

12CaSO4•H2OO23H2O2CaSO4•2H2O2

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：

1Ca(HSO3)2O2H2OCaSO4•2H2OSO22

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。

2.2.2 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。

图1石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术的工艺流程

2.2.3 吸收塔内流量计算

假设吸收塔内平均温度为80℃,压力为120KPa,则吸收塔内烟气流量为:

式中：

—喷淋塔内烟气流量， m3/s ； —标况下烟气流量，m3/s；

K—除尘前漏气系数，0～0.1；

代入公式得：Q=1615000/3600*(273+80)/273*101.325/120*(1+0.05)=514.3M2

2.2.4吸收塔径计算

依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可选择喷淋塔内烟气流速v=3m/s，则喷淋塔截面A为：A=514.3/3=171.4M2 则塔径d为：d2=4*171.4/3.14=218.34, D=14.8

取塔径D=15m

2.2.5 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t=3s，则喷（1）(1)淋塔的吸收区高度为：

吸收区一般设置3—6 个喷淋层.每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴，本设计中设置4个喷淋层，喷淋层间距为2m，入口烟道到第一层喷淋层的距离为2m，最后一层喷淋层到除雾器的距离1m。

（2）除雾区高度：除雾器用来分离烟气所携带的液滴,在吸收塔中,由上下两极除雾器(水平或菱形) 及冲水系统(包括管道、阀门和喷嘴等) 构成。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最后一层喷淋层到除雾器的距离1m,除雾器的高度为2.5m ,除雾器到吸收烟道出口的距离为0.5m。

则取除雾区高度：H2=4m (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： L

G —液气比，一般取15~25L/m3；取15L/m3

Q—标况下烟气量，m3 t1—浆液停留时间，s；

h；

min~8min一般t1为4，本设计中取值为5min，则浆池容积为：

V1=15*1615000*5/60/1000=2018.75m3

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D1为8m，然后再根据

V1计算浆池高度：

H14V1 D12 式中：h0—浆池高度，m； V1—浆池容积，m3； D0—浆池直径，m；

H1=4*2018.75/3.14/14.8/14.8=11.74m

从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.8

2m。本设计中取为1.5m。

(4)喷淋塔烟气进口高度设计: 喷淋塔烟气进口高度H43.210.52m,烟气出口高度与进口高度相同 20(5)吸收塔总高度:

H 总=9+4+11.74+1.5+0.52=26.76m

2.3 烟囱设计计算

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=Hs+△H 式中：H—烟囱的有效高度，m 。 Hs—烟囱的几何高度,m . ΔH—烟囱抬升高度, m。

2.3.1 烟气释放热计算

式中：QH—烟气热释放率，kw；

pa—大气压力，取邻近气象站年平均值； Qv—实际排烟量，m3s

Ts—烟囱出口处的烟气温度，693K；

Ta—环境大气温度，295.5K； T=397.5K 环境大气压下的烟气流量;

QH=0.35*101.325*397.5*514.3/693=10461.7

2.3.2 烟气抬升高度计算

由QH>2100kW，TS-Ta>35K,可得

式中：u —烟囱出口处平均风速,取10 m/s

n0,n1,n2—系数，n1取1/3，n2取2/3，n0取1.303，则：

2.3.3 烟气有效高度计算

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：

式中：H—烟囱的有效高度，m； Hs—烟囱的几何高度，m； H—烟囱抬升高度，m。

烟囱的有效高度为：H=56 + 39 = 95m

2.3.4 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:

二氧化硫排放的排放速率:

用下式校核：

式中：

yz—为一个常数，一般取0.5~1，此处取0.8；

查国家环境空气质量二级标准,该设计符合要求。

2.4 管道系统设计计算

由于烟气流量太大Q’=Q/8×3600=56.08m3/s

2.4.1 管径的计算

假设管道采用薄皮钢管.管内烟气流速为v =15m/s,则管道直径d为：

式中：Q——烟气流量，

；

；

vo——烟气流速， 1.2——修正系数 代入相关值得：

d=2.43m

结合实际情况,取为1000mm,则实际烟气流速v0’

2.4.2 摩擦阻力损失计算

根据流体力学原理，空气在任何横截面形状不变的管道内流动时，摩擦阻力∆PL

200m取L，对于圆管

lv2 PL•

d2式中： λ —摩擦阻力系数，无量纲：v —管内烟气平均流速， m/s ；

ρ —烟气密度， kg/m ；l —管道长度， m ；

d —管道直径， m

3

对于薄皮钢管，查阅相关资料的钢管的λ= 0.02 ，代入相关数值得：

2.4.3 局部阻力损失计算

v22 烟气管道局部阻力损失可按下式计算： Pn'M

式中： n —弯头个数； 30个 ζ —局部阻力系数，无量纲； ρ —烟气密度， kg/m3， v —管内烟气平均流速， m/s ； 在烟气管道中一般采用的是二中节二端节型90°弯头.其局部阻力损失系为 ζ=0.25，所以感到局部阻力损失为：

管道总阻力损失∆P为:∆P=245.95+614.87=860.82Pa

2.4.4 系统总阻力计算

系统的总阻力包括烟气在锅炉出口前的阻力、烟囱阻力、管道总阻力与脱硫设备的阻力之和。查相关资料,脱硫设备的阻力为880Pa,则系统的总压力损失为:∆P总=800+141.34+860.82+880=2682.16Pa

2.5 通风机、电动机的选择

选择通风机的风量按下式计算: qv0,1(1K1)qv 式中: qv—管道计算的总风量,m3/h,

K —考虑系统漏风所附加的安全系数,取0.01。 qv0,1（10.01）473084477814.4m3/h

选择通风机的风压按下式计算:p0(1K2)p0 式中: Δp —管道计算的总压力损失, Pa;

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 般管道取0.1-0.15,本设计取0.12;

3

ρ0 —标定状态下的空气密度,对于引风机, ρ0 =0.745kg/m ρ —运行工况下进入通风机时的气体密度。

结合通风机风压及总风量,选用引风机的型号及其配套的电机。经选择,本设计采用G-73-11型锅炉引风机及配套的 电机,其性能参数见表4

表4 Y5-47-11D型引风机及Y250M-4电机性能参数

3、 小结

在这次课程设计学习中，我学到了很多，也找到了自己身上的不足。感受良多，获益匪浅。既增加了我对专业知识的认识又培养了我独自设计的能力。让我对烟气治理更深的认识了解了。同时也感谢老师教育的知识和同学们的帮助，让我体会到了团结合作的重要性。以后工作也是，要本着认真负责的态度去做每件事，去完成每一个任务。

4 参考文献

[1] 郝吉明,马广大,王书肖主编.大气污染控制工程.北京:高等教育出版

社,2010.1

[2] 黄学敏,张承中.大气污染控制工程实践教程.北京:高等教育出版社,2000 [3] 张殿印,王纯.除尘器手册.北京:化学工业出版社,2004.10

[4] 刘天齐.三废处理工程技术手册·废气卷.北京:化学工业出版社,1999 [5] 童志权.工业废气净化与利用.北京:化学工业出版社,2003

[6] 周兴求,叶代启.环保设备设计手册—大气污染控制设备.北京:化学工业出版社,2003

[7] 童志权主编.大气污染控制工程.北京:机械工业出版社,2006.7 [8] 罗辉.环保设备设计与应用.北京:高等教育出版社,2003