中北大学课程设计-大气污染控制工程

1.袋式除尘器

1.1袋式除尘器的简介

袋式除尘器是一种干式滤尘装置。它适用于捕集细小、干燥、非纤维性粉尘。滤袋采用纺织的滤布或非纺织的毡制成，利用纤维织物的过滤作用对含尘气体进行过滤，当含尘气体进入袋式除尘器地，颗粒大、比重大的粉尘，由于重力的作用沉降下来，落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，使气体得到净化。一般新滤料的除尘效率是不够高的。滤料使用一段时间后，由于筛滤、碰撞、滞留、扩散、静电等效应，滤袋表面积聚了一层粉尘，这层粉尘称为初层，在此以后的运动过程中，初层成了滤料的主要过滤层，依靠初层的作用，网孔较大的滤料也能获得较高的过滤效率。随着粉尘在滤料表面的积聚，除尘器的效率和阻力都相应的增加，当滤料两侧的压力差很大时，会把有些已附着在滤料上的细小尘粒挤压过去，使除尘器效率下降。另外，除尘器的阻力过高会使除尘系统的风量显著下降。因此，除尘器的阻力达到一定数值后，要及时清灰。清灰时不能破坏初层，以免效率下降。

袋式除尘器的结构图

1.2袋式除尘器的清灰方式主要有

(1)气体清灰：气体清灰是借助于高压气体或外部大气反吹滤袋，以清除滤袋上的积灰。气体清灰包括脉冲喷吹清灰、反吹风清灰和反吸风清灰。

(2 )机械振打清灰：分顶部振打清灰和中部振打清灰（均对滤袋而言），是借助于机械振打装置周期性的轮流振打各排滤袋，以清除滤袋上的积灰。

(3 )人工敲打：是用人工拍打每个滤袋，以清除滤袋上的积灰。

1.3袋式除尘器的分类

(1 )按滤袋的形状分为：扁形袋（梯形及平板形）和圆形袋（圆筒形）。

(2 )按进出风方式分为：下进风上出风及上进风下出风和直流式（只限于板状扁袋）。

(3 )按袋的过滤方式分为：外滤式及内滤式。

滤料用纤维，有棉纤维、毛纤维、合成纤维以及玻璃纤维等，不同纤维织成的滤料具有不同性能。常用的滤料有208或901涤轮绒布，使用温度一般不超过120℃，经过硅硐树脂处理的玻璃纤维滤袋，使用温度一般不超过250℃，棉毛织物一般适用于没有腐蚀性；温度在80-90℃以下含尘气体。

1.4袋式除尘器的优点

(1 )除尘效率高，可捕集粒径大于0.3微米的细小粉尘，除尘效率可达99%以上。

(2 )使用灵活，处理风量可由每小时数百立方米到每小时数十万立方米，可以作为直接设于室内，机床附近的小型机组，也可作成大型的除尘室，即“袋房”。

(3 )结构比较简单，运行比较稳定，初投资较少（与电除尘器比较而言）,维护方便。

所以，袋式除尘器广泛应用于消除粉尘污染，改善环境，回收物料等。2.湿式石灰脱硫

技术是用含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物，该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。石灰石——石膏法脱

硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术，日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。

2.1石灰石——石膏法脱硫工艺原理及流程

石灰石——石膏法脱硫工艺采用廉价易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液，当采用石灰为吸收剂时石灰粉经消化处理后加水制成吸收剂浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应从而被脱硫，最终反应产物为石膏。吸收塔内的反应、传递也极为复杂，总的反应为：22422322CO O H CaSO O H SO CaCO +?→++ 脱硫后的烟气经除雾器除去携带的细小液滴，经烟囱排入大气，脱硫石膏浆液经脱水装置脱水后回收利用。剩余浆液与新加入的石灰石浆液一起循环，这样就可以使加入的吸收剂充分被利用，并确保石膏晶体的增长。石膏晶体的正常增长是最终产品处理比较简单的先决条件。新鲜的吸收剂石灰石浆液根据pH 值和分离SO 2量按一定比例直接加入吸收塔。

2.2脱硫效率的主要影响因素

湿式烟气脱硫工艺中，吸收塔循环浆液的pH 值、液气比、烟气速度、烟气温度等参数对烟气脱硫系统的设计和运行影响较大。 2.1.1吸收塔洗涤浆液的PH

吸收塔洗涤浆液中pH 值的高低直接影响SO 2 的吸收率及设备的结垢、腐蚀程度等, 而且脱硫过程的pH 值是在一定范围内变化的。长期的研究和工程实践表明,湿法烟气脱硫的工艺系统一般要求洗涤浆液的P H 值控制在4.5 ～5.5之 间。 2.1.2液气比

石灰石法喷淋塔的液气比一般在(15～25)L/m 3。取L/G ＝18L/m 3，则： 液体用量h L Q L 541034.61052.31818?=??== 2.1.3烟气流速和烟气温度

目前, 将吸收塔内烟气流速控制在(2.6～3.5)m/s 较合理,典型值为3m/s 。

则吸收塔的截面积为：24

40.33600

31067.3m V Q A =??=

= 低洗涤温度有利于SO 2 的吸收。所以要求整个浆液洗涤过程中的烟气温度都在100℃以下。100℃左右的原烟气进入吸收塔后, 经过多级喷淋层的洗涤降温, 到吸收塔出口时温度一般为(45～70)℃。

3.设计条件：

锅炉型号：SHS35-39 即双锅筒横置式燃烧炉，蒸发量35t/h ，出口蒸汽压力39MP 设计耗煤量：4.2t/h 排烟温度：?160 空气过剩系数：5.21=α 飞灰率=29%

烟气在锅炉出口前阻力：850Pa

设计煤成分：%2.63=Y C %3=Y H %6=Y O %1=Y N %8.0=Y S %14=Y A %12=Y W %18=Y V 污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行

连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度200m ，?90弯头40个。

4.设计计算

4.1计算锅炉燃烧产生的烟气量、烟尘和二氧化硫的浓度

4.1.1烟气量的计算

质量/g 摩尔数（原子）/mol 需氧量（分子）/mol 生成物（分子）/mol

C 632 632/12=52.67 52.67 52.7 H 30 30/1=30 15/2=7.5

15 O 60 60/16=3.75 S

8

8/32=0.25

0.25

0.25

A 140

理论需要量：

kg mol 2.4605.20.577.652=++

理论空气量：

kg m 344.621

100

10004.2242.60=??

实际烟气量：

()()kg m Q S 37.381000

.4

221812015.2144.61007944.61000

4.22152

5.07.52=?+-?+?

+?++=

标态下烟气流量：

h m Q Q S 341052.310002.437.8?=??=?=设计耗煤量

4.1.2烟气含尘浓度

33105.8437

.81000

1409.20m mg Q A C S Y ?=??=?=飞灰率

4.1.3 SO 2的浓度

331091.137

.81000

6425.02m mg C SO ?=??=

4.2除尘器的选择

4.2.1除尘效率

%88.951085.4200

113

=?-=-

=C C S η 4.2.2除尘器的选择

工况下烟气流量：

()s m h m T T Q Q 3344.5151058.5273

1602731052.3=?=+??='='

所以采用脉冲袋式清灰除尘器。

4.3除尘器的设计

4.3.1过滤面积

34

9301

601058.560m v Q A =??='=

4.3.2滤袋的尺寸

单个滤袋直径：mm D 300~200=，取mm D 250=

单个滤袋长度：m L 12~2=，取m L 2.8= 滤布长径比一般为40~5，

2.8325

.02.8==D L 4.3.3每条滤袋面积

344.62.825.014.3m DL a =??==π

4.3.4滤袋条数

条1444.14444

.6930≈===

a A n 4.3.5滤袋布置

按矩形布置：（A ）a.滤袋分4组;

b.每组36条；

c.组与组之间的距离：250mm （B ）组内相邻滤袋的间距：70mm （C ）滤袋与外壳的间距：210mm

4.4喷淋塔

4.4.1喷淋塔内流量计算

假设喷淋塔内平均温度为C 80 ，压力为120KPa ，则喷淋塔内烟气流量为：

式中：—喷淋塔内烟气流量，；

—标况下烟气流量，

；

K —除尘前漏气系数，0～0.1； 代入公式得：

4.4.2 喷淋塔径计算

()s m Q V 394.1706.0120

1324

.101273802735.15=+??+?=

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s m v 4=，则喷淋塔截面A 为：

285.444

4.917m v Q A ===

则塔径d 为：

m A

d 39.214

.385

.4444=?=

=

π

取塔径mm D 2400= 4.4.3喷淋塔高度计算

喷淋塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。 (1) 吸收区高度

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=4s ，则喷淋塔的吸收区高度为：

(2) 除雾区高度

除雾器设计成两段。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最上层(3.4～3.5)m 。

则取除雾区高度为：m H 5.32= (3) 浆池高度

浆池容量V 1按液气比浆液停留时间t 1确定：

式中：

G L —液气比，取318m L ； Q —标况下烟气量，h m 3；

t 1—浆液停留时间，s ；

一般t 1为min 8~min 4，本设计中取值为min 5，则浆池容积为：

34317.8360

5

1058.51018m V =?

???=- 选取浆池直径等于或略大于喷淋塔D 0，本设计中选取的浆料直径为D 05m ，然后再根据V 1计算浆池高度：

式中：h 0—浆池高度，m ； V 1—浆池容积，3m ； D 0—浆池直径，m 。

m h 26.45

14.37

.8342

=??=

从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.82m 。本设计中取为2m 。 (4) 喷淋塔高度 喷淋塔高度为：

m h H H H t 76.2326.45.31621=++=++=

4.4.4 新鲜浆料的确定

()()()()s l g s O H CaSO O H SO CaO 232222?=++ 1mol 1mol

因为根据经验一般钙/硫为：1.05：1.1，此处设计取为1.05则由平衡计算可得1h 需消耗CaO 的量为：

31.050.514107350mol h ???=

735056

411.61000kg h

?=

5.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：

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

5.1 烟囱的几何高度的计算

查相关资料可得燃烧锅炉房烟囱最低允许高度设为H s 为60m 5.1.1 烟气释放热计算

式中：H Q —烟气热释放率，kw ；

a p —大气压力，取邻近气象站年平均值； v Q —实际排烟量，s m 3

s T —烟囱出口处的烟气温度，433K ； a T —环境大气温度，K ；

取环境大气温度a T =293K ，大气压力a p =978.4kPa

()s m Q V 322.006.0120

1324

.1012731602735.15=+??+?

= kw Q H 83.2435433

140

224.97835.0=???=

5.1.2烟气抬升高度计算

由K T T kw Q kw s a H 35,210002100≥-<<，可得

式中：210,,n n n —系数，1n 取0.6，2n 取0.4，0n 取0.292，则：

则烟囱有效高度

5.1.3 烟囱直径的计算

设烟气在烟囱内的流速为s m v 20=，则烟囱平均截面积为：

21.120

.22m A ==

则烟囱的平均直径d 为：

m A

d 18.114

.31

.144=?=

=

π

取烟囱直径为DN1200mm ，校核流速v 得：

s m d Q v v 46.192

.114.34

224

12

2=??=

=

π 5.2 烟囱阻力损失计算

烟囱亦采用钢管，其阻力可按下式计算：

（4-5）

式中：λ——摩擦阻力系数，无量纲；

v ——管内烟气平均流速，s m ；

ρ——烟气密度，3m kg ；

l ——管道长度，m ； d ——管道直径，m ；

已知钢管的摩擦系数为0.02，所以烟囱的阻力损失为：

a m p P 1.4722

2.1748

.046.1920002.02=????=?

5.3 烟囱高度校核

假设吸收塔的吸收效率为：96%，可得排放烟气中二氧化硫的浓度为：

()334.761091.1%9612

m mg so =??-=ρ

二氧化硫排放的排放速率：

s g Q v v so so 68.10.224.7622=?=?=ρ

式中：

z

y

ρρ—为一个常数，一般取1~.50，此处取0.7； H —烟囱有效源高；

3

2

max 070.00.7072

.2.399414.368.12m mg =?????=

ρ 国家环境空气质量二级标准日平均2SO 的浓度为

33007.015.0m mg m mg >，则设计符合要求。

6. 管道系统设计计算

管道采用薄皮钢管，管内烟气流速为s m v o 15=，则管道直径d 为：

式中：Q ——烟气流量，

； o v ——烟气流速，

；

1.2——修正系数 代入相关值得：

结合实际情况，取为1260mm ，则实际烟气流速' v 为：

7.系统阻力的计算

7.1摩擦压力损失

取m L 200=，对于圆管

2

2

v d l P L ρλ=?

工作状态下的烟气密度：

3

/84.0160273273

34.1160273273m kg n

=+?=+=ρρ

a L p p 80.2962

92.1484.026.120002.02

=???=?

7.2局部压力损失

2

2

v P ρξ

=?

?90弯头，23.0=ξ

a p p 50.212

92.1484.023.02

=??=?

40个弯头

a p p p 86050.214040=?=?='?

出口前阻力为850Pa ，除尘器阻力选1400Pa ，脱硫设备阻力选100Pa

a p p 9.39788608.2961.4721001400850=+++++=?∑

8.风机的选择

8.1风量的计算

h m B tp Q Q y 343

34

31014.610

325.10110325.1012731602731052.31.110325.1012732731.1?=???+???=?+=

8.2风压的计算

()()a

y y p y y p B t t S p H 94.364934

.1293

.110325.10110325.10125027316027353.1719.39782.1293

.110325.1012732732.133

3=???++?

-?=?++-?∑=ρ

结合风机全压及送风量，选用C Y 6475--型离心引风机，其性能参数见表3。

表3 C Y 6475--型离心引风机性能参数 机号 功率

W K

转速

min /r

流量

h m /3

全压

Pa

6C

18.5 2850 8020~15129 3364~2452

电机的效率

式中；N e —电机功率，kW ；

Q —风机的总风量，m 3

/h ；

1η--通风机全压效率，一般取0.5～0.7；

2η--机械传动效率，对于直联传动为0.95； β—电动机备用系数，对引风机，β=1.3； 代入数据得：

kw Ne 87.1499

.06.010*******.194.36491014.64=??????=

9.达标分析

9.1从从排放浓度核算

在排烟温度160℃下，SO 2的排放浓度33/1045.32m mg so ?=ρ，转换为烟囱出

口温度25℃：

1122

12

T T P P ρρ=

则 ()

()()

33/9.5012298

160

2731045.3273

251602732

2m mg so so

=+??=++?='ρρ

设脱硫效率为95.88％，脱硫后：

()()353.2069.5012%8.8951%9612

2

m mg so so =?-='-=ρρ3700m mg <

依据大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行，烟尘最高排放标标准700mg/m 3，所以本设计符合排放要求。

9.2 从排放速率核算

（1） 二氧化硫的排放速率

设硫转化为二氧化硫的效率为95.88%，则二氧化硫的排放速率为： 0.9588×64×42000×0.25×0.8%×310-=5.15h kg /<200h kg /

其为GB16297-1996现有污染源大气污染物排放限值中二级排放区中二氧化硫最高允许排放速率，所以符合要求，设计合理。 （2）烟气的排放速率

可得出口浓度为：7.22310?×（1-99.9%）= 7.22mg/m 3<150 mg/m 3 检验烟气排放速率=总烟气量?烟气出口浓度

=h kg h kg h mg 10010.0106.5100.31052.344<=?=??

(h kg /100国标中二级排放区最高允许排放速率)，所以可得烟气排放速率也达标，所以设计合理。

9.3从落地浓度核算

地面最大浓度为：32

max 070.00.7072

.2.399414.368

.12m mg =?????=

ρ

本设计任务书中规定，污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中二类区新建排污项目执行。由锅炉大气污染物排放标准（摘自GB 13271—2001）可查出烟尘最高允许排放浓度为200mg/m 3，二氧化硫的最高允许排放浓度为3/900m mg 。

GB16297-1996现有污染源大气污染物排放限值中二级排放区中二氧化硫最高允许排放速率，比较得出排放浓度都不超标，因而设计合理，符合标准，所以该气体经处理后可以在国家2级标准下排放。

9.4总排放浓度核算

烟尘的总排放浓度（按每年300天计算）：

()h g h mg /166.2/2166300%9.9911022.73==?-??

国家规定的烟尘总排放浓度为h g /5.2，因为5.2166.2<，所以符合排放标准。

2SO 的总排放浓度（按每年300天计算）

： ()h g h mg 6.231036.23009588

.0119104=?=?-? 国家规定二氧化硫的总排放浓度为h g /42，因为4223.6<，所以符合排放标准。

参考文献

[1]黄学敏，张承中.大气污染控制工程实践教程[M].北京：化学工业出版社，2003

[2]张殿印.除尘工程设计手册[M].北京：化学工业出版社，2003

[3]罗辉.环保设备设计与应用[M].北京：高等教育出版社，2003

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

结束语：

这次大气污染控制工程课程设计主要设计燃煤锅炉房烟气除尘脱硫系统，虽然时间很短，但我从中学到了不少东西。课程设计是大学学习的一次综合性考核，是对我们所学知识的一次综合性考核，是我们走向社会前的一次实践。通过这次课程设计，我不仅进一步掌握了我所学的砖业知识，而更能从设计中认识到实际工程设计与自己所想要达到的效果差异，对我们以后的工作遇到的问题，对我们有很大的帮助。同时也感谢老师给我们这次设计机会。

附图

目录

1.袋式除尘器 (1)

1.1袋式除尘器的简介 (1)

1.2袋式除尘器的清灰方式主要有 (2)

1.3袋式除尘器的分类 (2)

1.4袋式除尘器的优点 (2)

2.湿式石灰脱硫 (2)

2.1石灰石——石膏法脱硫工艺原理及流程 (3)

2.2脱硫效率的主要影响因素 (3)

2.1.1吸收塔洗涤浆液的PH (3)

2.1.2液气比 (3)

2.1.3烟气流速和烟气温度 (3)

3.设计条件： (4)

4.设计计算 (4)

4.1计算锅炉燃烧产生的烟气量、烟尘和二氧化硫的浓度 (4)

4.1.1烟气量的计算 (4)

4.1.2烟气含尘浓度 (5)

4.1.3 SO2的浓度 (5)

4.2除尘器的选择 (5)

4.2.1除尘效率 (5)

4.2.2除尘器的选择 (5)

4.3除尘器的设计 (5)

4.3.1过滤面积 (5)

4.3.2滤袋的尺寸 (6)

4.3.3每条滤袋面积 (6)

4.3.4滤袋条数 (6)

4.3.5滤袋布置 (6)

4.4喷淋塔 (6)

4.4.1喷淋塔内流量计算 (6)

4.4.2 喷淋塔径计算 (6)

4.4.3喷淋塔高度计算 (7)

4.4.4 新鲜浆料的确定 (8)

5.烟囱设计计算 (8)

5.1 烟囱的几何高度的计算 (9)

5.1.1 烟气释放热计算 (9)

5.1.2烟气抬升高度计算 (9)

5.1.3 烟囱直径的计算 (10)

5.2 烟囱阻力损失计算 (10)

5.3 烟囱高度校核 (11)

6. 管道系统设计计算 (11)

7.系统阻力的计算 (12)

7.1摩擦压力损失 (12)

7.2局部压力损失 (12)

8.风机的选择 (12)

8.1风量的计算 (12)

8.2风压的计算 (12)

9.达标分析 (13)

9.1从从排放浓度核算 (13)

9.2 从排放速率核算 (14)

9.3从落地浓度核算 (14)

9.4总排放浓度核算 (15)

参考文献 (15)

结束语： (16)

附图 (17)