大气污染控制工程课程设计说明书含计算书(1) 38页

'大气污染控制工程课程设计说明书含计算书一、课题名称DG-120/39型火电厂锅炉高硫无烟煤烟气氨法脱硫+袋式除尘系统设计。二、课题条件大气是人类赖以生存的最基本的环境要素，构成了环境系统中的大气环境子系统。但随着自然活动，更主要的是人类的生产生活，大气质量下降，污染日益严重。而工业废气所排放的大量污染物是最主要的原因。在我国针对工业废气的治理多采用符合我国国情和不同地区特点的先进技术，如：在各项建设中纳入大气污染防治规划与措施，实行“三同时”；由于燃煤是我国大气污染物的主要来源，从节约能源和控制大气污染双重目的出发，积极研究、开发节能、高效、少污染的新型锅炉，等。但我国治理中存在着工业生产技术落后，资金不足，废气治理设施运转率低、效果差，乡镇企业缺乏规划与管理等问题。本设计拟解决的关键问题就是锅炉烟气的消烟除尘。使其排放到大气的烟尘达到国家规定的标准，不致造成环境污染。设计所需的基础资料如下：1、煤与烟气的性质（1）煤的工业分析值(煤中各元素所含的质量分数)CY=65%HY=2%OY=10%NY=1%SY=3%AY=15%WY=4%；VY＝8％属于高硫无烟煤（2）烟气的性质锅炉型号：DG-120/39即，东方锅炉厂制造，蒸发量120t/h，出口蒸汽压力39MPa燃烧方式是沸腾炉，所配发电机组功率25MW设计耗煤量：14t/h；排烟温度：160℃空气过剩系数＝1.1飞灰率＝28％烟气在锅炉出口前阻力960Pa 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300m，90°弯头50个。2、处理要求环境空气质量标准GB3095—1996；大气污染物综合排放标准GB16297—1996；锅炉大气污染物排放标准GBl3271-2014中规定（颗粒物浓度排放标准：50mg/m3；二氧化硫排放标准：300mg/m3)。3、处理工艺流程自定4、气象资料风向：常年主导风向为西南风；气温：全年平均气温为16.50C，全年平均气温≤－80C有21天；极端气温：最高为38.00C，最低为－90C；水文：全年平均最大日降雨量为：116.3mm。5、厂区地形净化处理设备处理站位于锅炉房的北侧10m，地势平坦，地面标高5.5m，平均地面坡度为0.03％～0.05%，地势为东南高，西南低，征地面积为250m2。三、设计任务本次设计的目标是对某生活区采暖工程进行改造。其主要内容包括：（1）根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量，烟尘和二氧化硫浓度。（2）净化系统设计方案的分析，包括净化设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；净化效率的影响因素等。（3）除尘设备结构设计计算（4）脱硫设备结构设计计算（5）烟囱设计计算（6）管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择（7）根据计算结果绘制设计图，系统图要标出设备、管件编号、并附明细表；除尘系统、脱硫设备平面、剖面布置图若干张，以解释清楚为宜，最少4张A4图，并包括系统流程图一张。四、设计说明书正文内容1、概况（包括烟尘中各种有害成分对人体等的危害）2、设计原则、范围与依据 3、工艺流程3.1锅炉烟气参数确定3.2烟气治理方案及原理3.3工艺流程设计4、消烟除尘系统的设计4.1管道的设计和计算4.2通风机的选择4.3石灰消耗量的计算4.4系统简图5、除尘器的分类和选择6、工程安装7、工程概算与成本分析…8、运行管理五、设计成果1、设计说明书（含计算书）一份（1.2～1.6万字）；2丶设计说明书一份。3丶设计任务书一份。2、设计图纸：脱硫设备平面丶剖面布置图若干，包括系统流程图一张。六、计划进度发题时间2016年5月27日准备及收集资料2天工艺计算1天绘制图纸1天编写说明书2天质疑与答辩1天指导教师：关洪亮教研室主任：梅明2016年6月2日2016年6月3日 七、成绩评定学生应在课程设计结束后的3天内向指导教师提交完整的课程设计说明书（含图纸）全套资料。指导教师应根据学生在课程设计期间的表现和课程设计说明书（含图纸）的完成质量以及答辩成绩（答辩应有记录本记录，作为存档资料），按规定标准客观、公正地对学生课程设计进行成绩评定，评分标准见表1。表1课程设计评分标准评分标准项目名称比例二级项目二级项目比例设计表现30%出勤率60%设计态度40%完成质量60%文本结构规范30%设计或论文质量70%答辩成绩10% 摘要随着工业化进程的加快，大气污染也越发的严重了。当前我国大气环境形势十分严峻，在传统煤烟型污染尚未得到控制的情况下，以臭氧、细颗粒物（PM2.5）和酸雨为特征的区域性复合型大气污染日益突出，区域内空气重污染现象大范围同时出现的频次日益增多。严重的大气污染，威胁人民群众身体健康。它增加了人们患呼吸系统、心脑血管疾病的风险以及死亡率，并且腐蚀建筑材料，破坏生态环境，导致粮食减产、森林衰亡，造成了巨大的经济损失。我国主要大气污染物排放量巨大。2010年二氧化硫、氮氧化物排放总量分别为2267.8万吨、2273.6万吨，位居世界第一，烟粉尘排放量为1446.1万吨，均远超出环境承载能力。因此对火电、钢铁、建筑等重污染行业的改造势在必行。本次课程设计便是对传统火电厂从优化能源结构、改进燃烧工艺以及改善废气处理工艺等方面改造的探索。 AbstractWiththeacceleratedprocessofindustrialization,theairpollutionhasbecomemoreandmoreserious.ThecurrentsituationofChina"satmosphericenvironmentisverygrim.Intraditionalcoal-burningpollutionhasnotbeenunderthecontrolofthesituation,withozone,fineparticulatematter(PM2.5)andacidrainforthecharacteristicsofregionalandcomplexairpollutionhavebecomeincreasinglyprominent,andthefrequencyofseriousairpollutionintheareaisincreasingatthesametime.People"shealthisthreatenedbyseriousairpollution.Itincreasestheriskofpeoplesufferingfromrespiratorydiseases,cardiovasculardisease,andmortality.Andacidraincorrosionofbuildingmaterials,thedestructionoftheecologicalenvironment,resultinginfoodproduction,forestdecline,causedhugeeconomiclosses.China"smajoratmosphericpollutantemissionsareverylarge.Sulfurdioxide,nitrogenoxideemissionswerethefirstoftheworld"stotalamount,in2010.Andsmokedustemissionsfarbeyondtheenvironmentalcarryingcapacity.Therefore,thetransformationofthermalpower,ironandsteel,constructionandotherheavypollutingindustriesisimperative.Thiscourseisdesignedtooptimizetheenergystructureoftraditionalthermalpowerplants,improvethecombustionprocessandimprovetheexhaustgastreatmentprocessandotheraspectsofthetransformationoftheexploration.6 我国大气环境污染物主要来自煤烟型污染，目前我国煤烟型污染相当严重。2005年电力、热力的生产和供应业烟尘排放量高达4052049吨，占全国所有行业烟尘排放量的47%。比2004年还增加了4个百分点。其中火力发电业烟尘排放量高达3808701吨，占全国所有行业烟尘排放量的44%，也比2004年增加4个百分点，烟尘危害也不可轻视。烟尘主要来源于煤的燃烧。燃煤中的绝大部分可燃物都能在炉内燃尽，而煤中的不燃物(主要为灰分)大量混杂在高温烟气中。这些不燃物因受到高温作用而部分熔融，同时由于其表面张力的作用，形成大量细小的球形颗粒。在锅炉尾部引风机的抽气作用下，含有大量灰分的烟气流向炉尾。随着烟气温度的降低，一部分熔融的细粒因受到一定程度的急冷，呈玻璃状态，从而具有较高的潜在活性。在引风机将烟气排入大气之前，上述这些细小的球形颗粒，经过除尘器，被分离、收集、即为粉煤灰。火力发电厂排放废气主要是指燃料燃烧产生的烟气。烟气中主要污染物包括有颗粒状的细灰又称粉煤灰或飞灰。气体状的SOX、NOX、CO、CO2、烃类等。燃煤电厂烟气中不仅包括直接排放的一次颗粒物，二氧化硫、氮氧化物等污染物也是生成二次颗粒物的重要前体物。燃煤产生的烟尘中，大部分是PM10以下的微细颗粒物，全国的年排放量近300万吨，直径在0.5-5微米的颗粒物对人体的危害最大，它不仅会在肺部沉积下来，还可以直接进入血液到达人体各部位。由于粉尘粒子表面附着着各种有害物质，它一旦进入人体，就会引发各种呼吸系统疾病、肺部扁平细胞癌，肝或肾脏造成危害，引发高血压、肺癌、骨质疏松和软化。干扰机体的内分泌,肾盂积水,引起疲倦，头晕、颤抖、牙龈出血、秃发、手脚麻痹、神经衰弱等症状。2.工艺概述2.1袋式除尘2.1.1技术现状过滤式除尘器，又称空气过滤器，是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置，采用纤维织物作滤料的袋式除尘器，主要用于工业尾气除尘。其除尘效32 率一般可达99%以上，虽然它是最古老的除尘方法之一，但由于它效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。同时，在结构形式、滤料、清灰方式和运行等方面也都得到了不断的发展。滤袋形状传统上为圆形，后来又出现了扁形，扁袋在相同过滤面积下体积更小，具有更好的应用价值。2.1.2工艺选择袋式除尘器种类很多。1）按滤袋的形状分滤袋可分为圆筒形和扁形。圆筒形应用最广，它受力均匀，连接简单，成批换袋容易。扁袋除尘器和圆袋除尘器相比，在同样体积内可多布置20%-40%过滤面积的布袋，因此，滤料中粉尘负荷相同的情况下，扁袋除尘器占地面积较小；2）按进气方式分可分为上进气和下进气两种。含尘气体从除尘器上部进气时，粉尘沉降方向与气流方向一致，粉尘在袋内迁移距离较下进气远，能在滤袋上形成均匀的粉尘层，过滤性能比较好。但为了使配气均匀配器室需设在壳体上部，使除尘器高度增加，此外滤袋的安装也较复杂。采用下进气时，粗尘粒直接落入灰斗，一般只是小于3微米的细粉尘接触滤袋，因此滤袋磨损小。但由于气流方向与粉尘沉降方向相反，清灰后会使细粉尘重新附积在滤袋表面，从而降低了清灰效率，增加了阻力，然而下进气方式设计较上进气合理，构造简单，造价便宜，使用较多；3）按含尘气流进入滤袋的方向分可分为内滤袋式和外滤袋式。采用内滤式时，含尘气流进入滤袋内部，粉尘被阻挡与滤袋内表面，净化气体从滤袋逸向袋外。采用外滤时，粉尘阻留于滤袋外表面，净化气体由滤袋内部排出；4）按清灰方式的不同分可分为简易清灰袋式除尘器、机械振动清灰袋式除尘器、逆流清灰袋式除尘器、气环反吹清灰袋式除尘器、脉冲清灰袋式除尘器等。2.2.3工艺技术优缺点袋32 式除尘器有以下优点：1）袋式除尘器对净化含微米或亚微米数量级的粉尘粒子的气体效率较高，一般都可以达到99%，甚至可达99.99%以上；2）这种除尘器可以捕集多种干性粉尘，特别是高比电阻粉尘性能稳定，采用袋式除尘要比电除尘的净化效率高很多；3）含尘气体浓度在相当大的范围内变化对袋式除尘器的除尘效率和阻力影响不大；4）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、附近的小型机组，也可做成大型的除尘室。5）结构比较简单，运行比较稳定，初始投资较少，维护方便。袋式除尘器也存在一些缺点：1）袋式除尘器的应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能所影响，目前，通常应用的滤料可耐温2500C左右，如采用特别滤料处理高温含尘烟气，将会增大投资费用；2）有的烟气含水分较多，或者所携粉尘有较强的吸湿性，往往导致滤袋黏结、堵塞滤料。为保证袋式除尘器正常工作，必须采取必要的保温措施以保证气体中的水分不会凝结。3）据概略的统计，用袋式除尘器净化大于17000m3/h含尘烟气量所需的投资要比电除尘器高，而用其净化小于17000m3/h含尘烟气量时，投资要比电除尘器省。2.2氨法脱硫32 2.2.1技术现状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。2.2.2工艺选择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。1.Walther氨法工艺湿法氨水脱硫工艺最早是由克卢伯公司开发于20世纪七八十年代的氨法Walther工艺，80年代初有一定的应用，包括一台处理烟气量750000m3/h（250t/h）的装置。经除尘后的烟气先经过热交换器，从上方进入洗涤塔，与氨水（25%浓度）并流而下，氨水落入池中，用泵抽入吸收塔内循环喷淋烟气。烟气则经除雾器后进入另一台洗涤塔脱除SO2，之后再进入一座高效洗涤塔，将残存的盐溶液洗涤出来，最后经热交换器加热后的清洁烟气排入烟囱。2.氨一硫酸铵法除尘后的烟气从电厂锅炉引出，经换热器，进入冷却装置高压喷淋水雾降温、除尘（去除残存的烟尘），冷却到接近饱和露点温度的洁净烟气再进入到吸收洗涤塔中。吸收塔内布置有两段吸收洗涤层，使洗涤液和烟气得以充分的接触，脱硫后的烟气经塔内的湿式电除尘和除雾后，再进入换热器升温，达到排放标准的净气经烟囱排入大气。脱硫后含有硫酸铵的洗涤液经结晶系统形成副产品硫酸铵。氨水洗涤脱硫工艺设备主要由脱硫洗涤系统、烟气系统、氨水制备贮存系统、硫32 酸铵结晶系统等组成。核心设备是脱硫洗涤塔。3.新氨法（NADS）脱硫工艺由电除尘器来的SO2烟气（温度140～160℃）经过再热器回收热量后，温度降为100～120℃，再经水喷淋冷却到＜80℃，进入SO2吸收塔。吸收塔的吸收温度在50℃左右，SO2吸收率＞95%，烟气出口NH3容积浓度＜20×10－6。吸收后的烟气进入再热器，升温到＞70℃，进入烟囱排放。吸收塔为多级循环吸收，一般级数为3～5级。因此，该项目选择了氨－硫铵法处理锅炉烟气脱硫。湿法脱硫吸收塔有许多种结构，根据不同气液接触方式，脱硫塔可以分为喷淋塔、填料塔、鼓泡塔和液柱吸收塔等，其中喷淋塔具有效率高、阻力小、可用率高等优点。因此吸收塔选用喷淋塔形式。2.2.3工艺技术的优缺点氨法脱硫工艺具有很多别的脱硫工艺所没有的特点。氨是一种良好的碱性吸收剂，从化学机理上分析，SO2吸收是酸碱中和反应，吸收剂碱性越强，越有利于吸收，氨的碱性强于钙基吸收剂，钙基吸收SO2是一种气-固反应，反应速度慢、反应不完全，吸收剂利用率低，需要大量的设备和能耗进行磨细、雾化、循环等以提高吸收剂利用率，设备庞大、系统复杂、能耗高；而氨吸收烟气中的SO2是气-液或气-气反应，反应速度快、反应完全，吸收剂利用率高，可以做到很高的脱硫率，同时相对钙基脱硫工艺来说系统简单，设备体积小、能耗低。另外，其脱硫副产品硫铵可以回收利用，降低了运行费用。由于氨水与SO2的反应速度要比石灰石（或石灰）与SO2的反应速度快得多，同时氨法不需吸收剂再循环系统，因而系统要比石灰右-石膏法小、简单，其投资费用比石灰石-石膏法低得多。与传统的石灰石－石膏法相比，氨法脱硫工艺的结垢问题并不明显，但在脱硫系统的溶液中，由于硫酸铵相对于硫酸钙而言，硫酸根离子的浓度要大，腐蚀的32 问题相对严重，对于防腐的设计比与石灰石－石膏法要求更高。3.设计原则、范围与依据3.1设计原则1)严格执行国家环境保护有关法规，按规定的排放标准，使处理后的废气各项指标达到且优于标准指标。2)采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺，并具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。3)工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中具有较大的灵活性和调节余地，确保达标排放。4)在运行过程中，便于操作管理、便于维修、节省动力消耗和运行费用。5)工程建设完成后，力争达到社会效益、经济效益、环境效益的最佳统一。3.2设计范围该设计主要包括脱硫剂准备系统、烟气系统、SO2吸收系统、脱硫液循环、消防及给水部分、电气系统、总图设计（工艺流程图、平面布置图、主体设备图）以及主要设备投资估算、运行费用估算、环境劳动安全卫生等效益评估等。3.3设计依据1)《环境空气质量标准》（GB3095-2012）2)《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）（颗粒物浓度排放标准：50mg/m3；二氧化硫排放标准：300mg/m3)3)《全国通用通风管道计算手册》32 4)《除尘工程设计手册》5)《化工工艺设计手册》3.4设计指标表3.4-1大气污染物浓度限值（GB3096-1996）污染物名称取值时间浓度限值（二级标准）浓度单位二氧化硫（SO2）1h平均0.50mg/m3（标准状态）总悬浮颗粒物（TSP）日平均0.30表3.4--2锅炉最高允许排放浓度（GB13271-2014）锅炉类别污染物名称适用区域排放浓度（二级标准）浓度单位燃煤锅炉二氧化硫（SO2）全部区域300mg/m3（标准状态）总悬浮颗粒物（TSP）全部区域50附：位于两控区内的锅炉，SO2排放除执行本标准外，还应执行所在控制区规定的总量控制标准。表3.4-3供热锅炉烟囱最低高度限值量锅炉房装机总容MW<0.70.7～<1.41.4～<2.82.8～<77～<14≥14t/h<11～<22～<44～<1010～<20≥20烟囱最低允许高度m202530354045附：每个新建燃煤锅炉房只能设一根烟囱，烟囱高度应根据锅炉房装机总容量，按表3.4-3规定执行，燃油、燃气锅炉烟囱不低于8米，锅炉烟囱的具体高度按批复的环境影响评价文件确定。新建锅炉房的烟囱周围半径200m距离内有建筑物时，其烟囱应高出最高建筑3m以上。4.工艺计算4.1污染物浓度、烟尘量以及应达到的除尘脱硫效率的计算已32 知：CY=65%；HY=2％；OY=10％；NY=1％；SY=3％；AY=15%；WY=4％；VY=8％，设计耗煤量：14t/h，空气过剩系数=1.1为计算方便，以1kg煤为单位计算。4.1.1标准状态下理论空气量式中CY，HY，SY，OY——分别为煤中各元素所含的质量分数。将数值代入，求得：4.1.2标准状态下理论烟气量式中：Qx′——标准状态下理论烟气量,m3/kg；W——煤中水分所占的质量分数，%；N——N元素在煤中所占的质量分数，%。4.1.3标准状态下和实际工况下的烟气量1）1kg煤燃烧，标准状态下理论烟气量式中：α——空气过剩系数，Qy′——标准状态下理论烟气量,m3/kg；32 Qx′——标准状态下理论空气量,m3/kg。将数值代入，求得：烟气流量：由于标准状态下实际烟气流量QS以m3/h计：Q=QS×M式中：QS表示实际烟气量，mN3/kg煤；4.1.4标准状态下烟气含尘浓度式中：dsh——排烟中飞灰上占煤中不可燃成分的百分数；AY——煤中不可燃成分的含量；QS——表示实际烟气量，mN3/kg。将数值代入，求得：4.1.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算式中：SY——煤中硫的质量分数；32 ——标准状态下燃煤产生的实际烟气量，m3/kg。将数值代入，求得:4.1.6预期应达到的除尘效率式中：——烟气含尘浓度，mg/mN3；——锅炉烟尘排放标准中的规定值，mg/mN3；根据《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2014，锅炉烟尘排放标准中的规定值为50mg/mN3，代入数值，求得：4.2袋式除尘器选型4.2.1除尘器型号的选定实际工况下烟气流量：结合《除尘器手册》，反冲袋式除尘器LFSF-D/I-5250对于含尘浓度不大于30g/m3,进口烟气温度可达200℃，除尘效率高达99.5%以上，而且处理量为189000~315000m3/h，过滤面积5250m2，适用范围广，适合处理烟煤气处理，故选择此除尘器，并且相应滤料选择729滤料。反冲袋式除尘器LFSF-D-I-5250具体情况见表4.2.1-1。表4.2.1-1反冲袋式除尘器LFSF-D/I-5250详细参数型号室数滤袋过滤面过滤风速/处理风量设备阻设备32 积（m/min）/（m3/h）力Pa质量t数量/条规格/mmLFSF-D/I-52504592180x1000052500.6～1.0189000～3150001500～20002034.2.2除尘器设计参数的计算1）过滤面积取过滤风速为1.0m/min：2）滤袋尺寸单个滤袋直径：D=180mm单个滤袋长度：L=10000mm滤布长径比，3）每条滤袋面积4）滤袋条数5.消烟除尘系统的设计5.1管道设计和计算5.1.1滤袋布置滤袋间的中心距a、b，取d+(40~60）mm；故取a=180+40=220mmb=180+60=240mm。32 相邻两组通道宽度S，取d+(600~800)mm；故取S=180+700=880mm。因4个室共有592个滤袋，每个室有148个滤袋，故选取4个室，每个室分别用128个滤袋。前三室分16组，每一组8个滤袋，每个滤袋间相邻间距为220mm，相邻组通道宽取880mm。5.1.2装置和管道布置式中：Q——工况条件下管内烟气流量，m3/s；——烟气流速，m/s，一般为15-25m/s；代入数值，求得：圆整得d=1.9m,校验实际烟气流速，在15-25m/s范围内，校核合格。5.2脱硫设备的计算5.2.1脱硫效率式中：——烟气含硫浓度，mg/mN3；——锅炉硫排放标准中的规定值，mg/mN3根据《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2014，锅炉烟尘排放标准中的规定值CS为300mg/mN3，代入数值，求得：设计脱硫效率为97%，则的SO2出塔浓度7590×（1-97%）=227.7mg/mN35.2.2二氧化硫吸收塔的选择32 吸收塔具体类型见表5.2.2-1，这里我们根据设计要求选择填料塔。表5.2.2-1各类型吸收塔参数名  称操作参数优  点缺  点填料塔空塔气速2.0～5.0m/s液气比0.5～1.0L/m3压力损失200～1000Pa结构简单，设备小，制造容易，占空间小；液气比小，能耗低；气液接触好，传质较易，可同时除尘、降温、吸收不能无水运行自激湍球塔液气比1～10L/m3喷淋密度6～m3/(m2·h)压力损失500Pa/m空塔气速0.5~1.2m/s结构简单，制造容易；填料可用耐酸陶瓷，较易解决防腐蚀问题；流体阻力较小，能量消耗低；操作弹性较大，运行可靠。不能无水运行筛板塔空塔气速1.0～3.0m/s小孔气速16～22m/s液层厚度40～60mm单板阻力300～600Pa喷淋密度12～15m3/(m2·h)结构较简单，空塔速度高，处理气量大；能够处理含尘气体，可以同时除尘、降温、吸收；大直径塔检修时方便安装要求严格，塔板要求水平；操作弹性较小，易形成偏流和漏液，使吸收效率下降。32 喷淋塔空塔气速2.5～4.0m/s液气比13～30L/m3压力损失500～2000Pa结构简单，造价低，操作容易；可同时除尘、降温、吸收，压力损失小气液接触时间短，混合不易均匀，吸收效率低；液体经喷嘴喷入，动力消耗大，喷嘴易堵塞；产生雾滴，需设除雾器5.2.3吸收塔的计算11因根据经验此处设计取氨水为所消耗的氨水为1.05倍，则由平衡计算可得1h需消耗的量为：一般液气比为：4～8L/m3，选取8L/m3,则可得1h总消耗SO2的体积量为：L/m3所以液相L=8×294=2352m3；所以衡算后总耗氨液量浓度：最小喷淋密度：Umin=qwσ，选择φ50×50×40的瓷拉西环。知：σ=93m2/m3，直径d=50mm，可取qw=0.08m3/(m2·h)，则：设32 计在160℃常压下的填料吸收塔：式中：P0——当地大气压，武汉为100.17kpa填料截面积：式中：U——空塔流速，一般空塔流速为1～5m/s,取2.5m/s。5.2.4塔径的计算式中：Q——进入塔内工况下烟气的流量32 ，m3/su——填料塔的空塔速度为：u=2.5m/s代入数值，求得：圆整32 为5m。气速核算：在新的塔径下核算空塔气速，校验合格。核算径比：，可避免壁流现象，核算符合要求。5.2.5填料塔高度的计算吸收反应时间t，一般烟气脱硫时间为3～5s，取t=3s进行设计。5.2.6填料塔附件的选择①选用斜口气体分布器，进口风速为16m/s，阻力约为500Pa；②选用栅板支承板，阻力约为200Pa；③选用多孔盘管式液体分布器，阻力约为50Pa；④选用折板除雾器，阻力约为100Pa。5.3烟囱的设计计算5.3.1烟囱几何高度的确定首先确定共用一个烟筒的所有锅炉的总锅炉的蒸发量（t/h），然后根据锅炉烟尘排放标准中的规定（表3.4-3）确定烟筒的高度。已知蒸发量为120t/h，则烟囱高度为45m。32 5.3.2烟囱抬升高度的计算式中：——烟气的热释放率，；——大气压力，；　　　＿＿实际排烟量，；——烟囱出口处的烟气温度，；——环境大气温度，，取；当，且≥35K时式中：——系数；u——为烟气出口平均风速，一般可取4m/s。5.3.3烟囱有效高度的计算式32 中：——烟囱抬升高度，；——烟囱几何高度，。代入数值，求得：5.3.4烟囱的直径的计算1）出口直径烟筒出口内径可按下式计算：式中：——工况条件下通过烟筒的总烟气流量，m3/h；——选取的烟筒出口烟气流速，m/s；烟囱出口烟气流速ω，选取ω=20m/s，则：2）烟筒底部直径式中：H——烟囱高度，m；i——烟囱椎角（通常取i=0.02~0.03），此处设计取i=0.02。5.3.6烟囱的抽力式中：H——烟筒高度，m；32 tk——外界空气温度，℃；tp——烟筒内平均烟气温度，℃；B——当地大气压力，Pa；将已知数据代入公式得：5.4系统阻力损失5.4.1摩擦压力损失对于圆管：（Pa）式中：——管道长度，m；——管道直径，m；——烟气密度，kg/m3；——管道中气流平均流速，m/s；——摩擦阻力系数，是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度K/d的函数，查手册可以得到（实际中对金属管道可取0.02，对砖彻管道可取0.04）。已知ρ0=1.34kg/m3，实际温度下的密度为：已知L=300m：32 5.4.2局部压力损失式中：ζ——异形管件的局部阻力系数；——截面平均流速，m/s；——烟气密度，kg/m3。管道局部阻力系数见表5.4.3-1。表5.4.3-1管道局部阻力系数表二中节二端节三中节二端节五中节二端节八中节二端节1.00.290.280.240.241.50.250.230.210.21已知连结锅炉、净化设备及烟囱等净化系统总需90度弯头50个，查表5.4.3-1可得=0.29，则：50个弯头总压力损失为：50×36.20=1810Pa5.4.3系统总阻力损失出口前阻力960Pa，摩擦压力损失394.16Pa，局部压力损失1810Pa，烟筒的抽力362Pa，吸收塔阻力则32 总阻力为：5.5通风机的选择5.5.1风机风量的计算式中：Q——风机前风量，mN3/h；tP——风机前烟气温度，℃，若管道不太长，可近似取锅炉排烟温度；B——当地大气压力，Pa。代入数值，求得：5.5.2风机风压的计算式中：1.2——风压备用系数；——系统总阻力，Pa；——烟囱抽力，Pa；——风机前烟气温度，℃；——风机性能表中给出的试验气体温度，℃，一般为200摄氏度；——标准状态下烟气密度，1.34kg/m3。代入数值，求得：5.5.3风机的选型32 1）风量式中：k1——管网漏风附加系数可按10%-15%取值；k2——设备漏风附加系数可按5%-10%取值；Q——为设计风量。代入数值，求得：2）全压式中：P——设计风压；P1——设备压力损失，此处选800Pa；a1——管网压力损失附加系数，可按15%-20%取值；a2——通风机全压负差系数，一般可取1.05（国内风机行业标准）。代入数值，求得：根据和和除尘手册表可选定G4-73-11-22D型机号锅炉通风机，性能如下：表5.5.3-1选定通风机性能机号转速/(r/min)轴功率/kW流量/(m3/h)全压/(Pa)效率/%G4-73-11-22D960527-698233000-4340006860-486183.7%-84.0%32 5.5.4电动机功率的计算和电动机选型1）功率(kW)式中：Qy——风机风量，m3/h；Hy——风机风压，Pa；η1——风机要全压头时的效率（一般风机为0.6，高效风机约为0.9）；η2——机械传动效率，当风机与电机直联传动时为1，用联轴器联接时为0.95~0.98，用三角皮带传动时为0.95；β——电动机的备用系数，对引风机一般为1.3。代入数值，求得：2）选型功率式中：K——容量安全系数查表8-12可取K=1.3；n1——通风机的效率，按有关风机样本选取，可取0.9；n2——机械振动效率，按减速器传动方式可取为0.95。代入数值，求得：32 根据选的风机型号，结合功率可以选出相应搭配的电动机为Y500-54-6，其额定功率为800kw，规格为M36×1000。6.工程内容6.1除尘系统除尘系统包括除尘器前的增压风机、旋风除尘器、引风机等。锅炉排放的烟气经引风机送至旋风除尘器，含尘气体进入除尘器后，由于离心力的作用，尘粒沿圆筒壁旋转下降，净化的气体通过排气管排出，分离下来的尘粒则通过排尘口进入下部的卸尘装置。6.2烟气系统从锅炉出来的原烟气，经旋风除尘器净化后，由脱硫塔底部进入。原烟气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。烟气系统包括烟道、原烟气挡板门、静烟气挡板门、旁路挡板门、挡板门密封系统、增压风机及其辅助系统。脱硫系统投入使用的情况下烟气走向：锅炉——除尘器——引分机——入口挡板——增压风机——吸收塔——出口挡板——烟囱。脱硫系统不使用的情况下烟气走向：锅炉——除尘器——引风机——旁路挡板——烟囱。烟气系统各设备的作用：1)增压风机。为克服脱硫装置产生的烟气阻力新增加的风机。232 )密封风机。密封风机所产生的密封风用来密封旁路挡板门或原烟气挡板门和净烟气挡板门，避免烟气泄漏。3)增压风机冷却风机。冷却增压风机轴承，使其在允许的温度范围内运行。4)增压风机油泵。一方面为增压风机动叶挡板调整提供动力，另一方面冷却增压风机轴承。5)烟气挡板。用于烟气系统的切换，确保脱硫系统不对电厂主机产生影响。6.3SO2吸收系统从锅炉出来的原烟气，经旋风除尘器净化后，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，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。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＋→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→2NH4HSO3 ④32 2NH4HSO3＋2NH3→NH4HSO3 ⑤NH4HSO4＋NH3→(NH4)2SO4 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)2SO4硫酸铵溶液饱和后，使硫酸铵从溶液中以结晶形态沉淀出来。由180℃、0.3M～0.4MPa蒸汽提供热量。(NH4)2SO4（液态）＋热量→(NH4)2SO4（固体） 对于氨法脱硫工艺，二氧化硫与硫酸铵的产出比约为1∶2，即每脱除1吨二氧化硫，就产生2吨硫酸铵。在吸收塔里的硫酸铵不是以离子形式存在于溶液里，就是以固体结晶的形式存在于浆液里。系统里的主要成分亚硫酸铵已完全被氧化，因此在副产品中氮的含量大于20.5%。6.4硫酸铵结晶系统硫铵工艺系统主要由硫铵溶液槽、过滤器、初分槽、硫铵循环泵、蒸发器、结晶器、硫铵加热器、离心机、气液分离、冷凝器、空气加热器、振动流化床干燥器、真空泵等组成。该系统的主要作用是完成脱硫后硫铵溶液的储存、蒸发、结晶及包装等。从32 脱硫工段来的硫铵母液进入硫铵溶液槽，经过滤器过滤去除杂质进入硫铵槽，经蒸汽加热器加热蒸发、结晶后经初分槽进行初步分离后，进入离心机分离，再经振动干燥器干燥装袋，形成硫铵产品。氨法脱硫工艺具有很多别的脱硫工艺所没有的特点。氨是一种良好的碱性吸收剂，从化学机理上分析，SO2吸收是酸碱中和反应，吸收剂碱性越强，越有利于吸收，氨的碱性强于钙基吸收剂，钙基吸收SO2是一种气-固反应，反应速度慢、反应不完全，吸收剂利用率低，需要大量的设备和能耗进行磨细、雾化、循环等以提高吸收剂利用率，设备庞大、系统复杂、能耗高；而氨吸收烟气中的SO2是气-液或气-气反应，反应速度快、反应完全，吸收剂利用率高，可以做到很高的脱硫率，同时相对钙基脱硫工艺来说系统简单，设备体积小、能耗低。另外，其脱硫副产品硫铵可以回收利用，降低了运行费用。6.5工艺水、工业水和废水排放系统工艺水来源：电厂循环水工业水来源：电厂补充水工艺水系统为氨法脱硫装置提供各生产部件正常工作所需水量。系统的水损失包括：冷却烟气蒸发的水量、排放的水量、硫酸铵携带的水量。工业水系统为氨法脱硫装置提供正常的所需水量，其水质优于工艺水。6.6电气系统1）本废水处理系统动力电采用三相四线制，380V；照明电采用单相二线制，220V。2）各类水泵、鼓风机的电动机的自动控制程序通过熔断器、断路器、接触器、热继电器等有关控制按钮等元器件加以电气控制。32 3）各熔断器、断路器等元器件，均集中在控制台内。控制台面板上贴上控制设备名称、位号等标签。4）对于有关电气设备连接、安装，按国家有关规范进行安装施工和测试。6.7脱硫剂系统将采购来的液氨（99.8%）和水以一定比例混合在容器中制成反应所需要浓度的氨水,脱硫剂配置浓度为5%。7.工程概算与成本分析7.1工程建设投资估算7.1.1土建工程投资估算表序号名称规格型号结构形式单位数量投资总价（万元）备注1填料塔实际容积V=230.8m3钢筋砼座123.082中和槽实际容积V=137.5m3钢筋砼座227.53氧化塔实际容积V=166m3钢筋砼座116.64pH调节槽实际容积V=137.5m3钢筋砼座113.755烟囱实际容积V=1110m3砖混座17.46鼓风房、配药间30m2混合结构m212.17土建直接费90.437.1.2设备、安装工程投资估算表序号名称规格型号结构形式单位数量总价万元备注1袋式除尘器LFSF-D-I-5250/台1502通风机G4-73-11-22DN=600kW台1203电动机T500-54-6N=800kW台14提升泵65QW30-25-4N=4kW台67.2一用一备5浓缩器SJN-1000N=5.5kW台4206工艺管道、阀门//套/107自控、仪表电气//套/5.032 8其他设备/N=15kW//159安装费（1+~+7)*10%12.7210设备安装总价139.927.1.3工程总投资序号名词计算价格（万元）备注a工程直接费土建（90.43）+工艺（139.92）230.35b设计费工程直接费×5.0%11.52四舍五入c调试费工程直接费×5.0%11.52四舍五入d人员培训费工程直接费×0.5%1.152四舍五入e税金（a+b+c+d）×3.41%8.68四舍五入工程总造价263.2四舍五入经上述3表可知，工程总造价共计263.2万元。7.2运行费用估算7.2.1动力费用经估算，每小时处理废气用电费用：（电价以0.6元/kwh）0.6×（600+4×6+4×5.5+15+800）=876.6元每千克SO2的电费=876.6/540=1.62元17.2.2药剂费每吸收1molSO2，氨消耗实际消耗量：需要费用：（以液氨2280元/吨计）2280×47.6/1000=108.53元32 每千克SO2的药剂量=108.53/540=0.2元27.2.3水费每处理1kgSO2,需要用水229kg，所需水费：（水费以3.53元/t计）3.53×229/1000=0.81元37.2.4处理1kgSO2的价格每处理1kgSO2运行费用为1+2+3=1.62+0.2+0.81=2.63元7.3环保、劳动安全、节能、消防评价7.3.1环保噪声问题的消除：本工程设计中已才用低噪声设备，设备设置避震垫等减震措施，使机旁噪声不大于73dB(A)。引风机房设置隔音消音措施，设计两层隔音门窗，保重环境噪声达到工业企业厂界环境噪声标准（GB12348-90）一类标准。7.3.2劳动安全各处理构筑物走廊或临空走道均设置保护栏杆、防滑梯等安全措施。所有电气设备的安装、防护及操作条件均按电气有关安全规定进行设计。此外，在建设初期和运行管理期，劳动保护与安全生产方面要加强法制教育。7.3.3消防厂区建筑设计均按照国家建筑防火规范制定。站区设置消防系统，采用低压给水系统，由厂区给水管网供水，最不利点的消防栓水压不低于10米。32 在控制室和引风机房设置干粉灭火器。8.结论通过这次课程设计的，我的思维能力和组织能力都有了很大的提高，学会了如何全面思考，有步骤、有条例地完成每一步设计。同时，我也了解到作为一名大学生所应该具备的基本技能，譬如，我们应该学会如何迅速独立地寻找到有用的资料，如何与同学团结协作等。在这次设计中，我认识到必须团结周围同学的力量，从而达到工作效率和工作质量的大幅度提高。除此之外，我进一步回顾了使用CAD作图的方法，使自己利用计算机画图的技能有了较大的提高。9.工艺流程图（见附件1）10.平面布置图（见附件2）11.主体设备图（见附件3、4）参考文献[1]《环境空气质量标准》（GB3095-2012）相关项目标准[2]《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）[3]《全国通用通风管道计算手册》[4]《除尘工程设计手册》[5]《三废处理工程技术手册废气卷》[6]《重点区域大气污染防治“十二五”规划》32'