某化工有限公司三废混燃锅炉烟气脱硫除尘工程设计说明书.doc
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1、目 录前 言1 -1设计任务21.1课程设计的题目41.2设计的原始资料42设计计算52.1 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算52.2 除尘器的选择63除尘系统的选择73.1 预除尘设备的选择73.1.1 旋风除尘器的工作原理、特点103.1.2 旋风除尘器的结构设计及选用113.2二级除尘设备的选择123.2.1袋式除尘器的工作原理、特点163.2.2脉冲袋式除尘器的结构设计及选型194锅炉烟气脱硫工艺的选择214.1. 脱硫工艺及脱硫吸收器选择224.1.1 脱硫除尘工艺选择224.1.2 脱硫吸收器的选择216 烟囱的设计267 系统阻力的计算288风机和电动机选择的计算299绘
2、制图纸3010设计总结3011主要的参考书目30- 1 -前 言我国大气污染严重,污染废气排放总量处于较高水平。为控制和整治大气污染,“九五”以来,我国在污染排放控制技术等方面开展了大量研究开发工作,取得了许多新的成果,大气污染的防治也取得重要进展。在“八五”、“九五”期间,国家辟出专款开展全球气候变化预测、影响和对策研究,在温室气体排放和温室效应机理、海洋对全球气候变化的影响、气候变化对社会经济与自然资源的影响等方面取得很大进展。近年来,我国环境监测能力有了很大提高,初步形成了具有中国特色的环境监测技术和管理体系,环境监测工作的进展明显。我国国民经济的高速发展推动了我国环保科技研究领域不断拓
3、展,我国早期的环境科学偏重单纯研究污染引起的环境问题,现在扩展到全面研究生态系统、自然资源保护和全球性环境问题;特别是污染防治,由工业“三废”治理技术,扩展到综合防治技术,由点源的治理技术,扩展到区域性综合防治技术,并研究开发了无废少废的清洁生产工艺、废物资源化技术等。 1.设计任务1.1课程设计的题目 某化工有限公司三废混燃锅炉烟气脱硫除尘工程设计1.2设计的原始资料设计项目为160t/h+175t/h三废锅炉,燃料为某工业区洗中煤,掺烧化肥厂造气炉排出的废渣和废气。其中60t/h三废余热锅炉:燃用洗中煤及炉渣:1216t/h,造气炉吹风气气流量5000080000m3/h,H2S含量800
4、1000mg/m3;其中75t/h三废余热锅炉:燃用洗中煤及炉渣:1520t/h,造气炉吹风气气流量5000080000m3/h,H2S含量8001000mg/m3。治理工程在厂区内60 m 50 m范围内,烟管出锅炉房的相对标高为3.5 m。1. 煤质资料参数序号项目符号单位1工作基碳份Car%22262工作基氢份Har%1.92.43工作基氧份Oar%8104工作基氮份Nar%-5工作基硫份Sar%0.61.06工作基水份Mar%1.221.937工作基灰份Aar%49598可燃挥发份Vdaf%14.515.69工作基低位发热量Qnet,ar MJ/kg10.582. 灰成分分析序号名称符
5、号单位设计煤种校核煤种1二氧化硅SiO2%52.750.982三氧化二铝Al2O3%28.3632.083三氧化二铁Fe2O3%53.854氧化钙CaO%4.644.125氧化镁MgO%1.381.446氧化钾K2O%1.791.047氧化钠Na2O%0.210.148三氧化硫SO3%1.512.269五氧化二磷P2O5%0.220.6010二氧化钛TiO2%0.860.963. 气象和地理条件序号气象和地理条件参数1多年平均大气温度15.62多年极端最高气温42.33多年极端最低气温-15.34多年平均相对湿度67%5多年平均风速2.4m/s6累年瞬时最大风速20m/s7最大冻土深度22cm
6、8最大积雪深度22cm9地基承载力230kPa10抗震设防烈度6度11设计基本地震加速度值0.05g标准状态下二氧化硫浓度排放标准:900mg/m32.设计计算煤的组成成分项目Cy Hy Oy Ny Sy Ay Wy Vy%25.0 2.0 9.0 O 0.8 55.0 1.7 15.02.1 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算 标准状态下理论空气量 =2.48式中 C,H,S,O 分别代表煤中各元素所含得质量分数 标准状态下理论烟气量 =2.72()式中 标准状态下理论空气量W-煤中水分的质量分数N-N元素在煤中的质量分数 (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
7、, =3.7368000 =25350() 式中a-空气过量系数(查大气污染控制工程P.41 取a=1.4)-标准状态下理论烟气量, -标准状态下理论空气量, (4)烟气含尘浓度 式中-排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数(查大气污染控制工程 取=0.2) -煤中不可燃成分的含量 -标准状态下实际烟气量, () (5)标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 式中S-煤中硫的质量分数 -标准状态下燃煤产生的实际烟气量,()2.2 除尘器的选择 (1) 除尘效率 =99.2%式中C-标准状态下烟气含尘浓度, -标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值, (2)除尘器的选择 工作状况下烟气流量 =121972
8、.5式中 Q-标准状态下烟气流量, -工况下烟气温度,KT-标准状态下温度,273KK-漏风系数 (取0.05)则烟气流速为 布袋除尘器的除尘效率很高,一般可达99.5%以上3.1.工艺流程的确定通过对该公司锅炉燃煤过程中产生的烟气量、烟尘浓度、二氧化硫浓度的计算可知,实际操作条件下,烟气量121972.5 (m3/h),烟尘浓度为26810(mg/m3),二氧化硫浓度为4300(mg/m3)。按锅炉大气污染物排放标准(GB 13271-2001)中二类区标准执行。标准状态下烟尘浓度排放标准:200mg/m3,标准状态下二氧化硫浓度排放标准:900 mg/m3。要求达到国家行业的排放标准,则设
9、计时要求除尘器的除尘效率达到(1-20026810)100%=99.2%,脱硫设备要求达到的脱硫效率为(1-9004300)100%=79.1%, 3.2除尘器的选择 3.2.1除尘器的选用要点: 确定除尘器的种类,型式和流量时,应考虑以下要点:针对目前环保要求、污染物排放费用的征收情况以及静电除尘器和布袋除尘器在性能上的差异和在各行各业应用的实际情况,对两种除尘器在实际应用中的基本性能做一个简单客观的对比。 1)除尘效率 布袋除尘器:对人体有严重影响的重金属粒子及亚微米级尘粒的捕集更为有效。通常除尘效率可达99.99%以上,排放烟尘浓度能稳定低于50mg/Nm3,甚至可达10 mg/Nm3以
10、下,几乎实现零排放。 而布袋除尘器的过滤机理决定了它不受燃烧煤种物化性能变化的影响,具有稳定的除尘效率。针对目前国家环保的排放标准和排放费用的征收办法,布袋除尘器所带来的经济效益是显而易见的。2)系统变化对除尘器的影响 燃煤锅炉的煤种相对稳定,但也不能避免遇到煤种或煤质发生变化的时候;锅炉系统是一个经常变动和调节的系统,因此从锅炉中出来的烟气物化性能、烟尘浓度、温度等参数也不能保证不发生变化。这一系列的变化,针对不同的除尘器会引起明显不同的变化。下面从主要的几个方面进行对比: 除尘器: 烟尘浓度的变化只引起布袋除尘器滤袋负荷的变化,从而导致清灰频率改变(自动调节)。烟尘浓度高滤袋上的积灰速度快
11、,相应的清灰频率高,反之清灰频率低,而对排放浓度不会引起变化。对静电除尘器: 烟尘浓度的变化直接影响粉尘的荷电量,因此也直接影响了静电除尘器的除尘效率,最终反映在排放浓度的变化上。通常烟尘浓度增加除尘效率提高,排放浓度会相应增加;烟尘浓度减小除尘效率降低,排放浓度会相应降低。 (2)锅炉烟尘量不变,送、引风机风量变化 对布袋除尘器: 由于风量的变化直接引起过滤风速的变化,从而引起设备阻力的变化,而对除尘效率基本没有影响。风量加大设备阻力加大,引风机出力增加;反之引风机出力减小。对静电除尘器: 风量的变化对设备没有什么太大影响,但是静电除尘器的除尘效率随风量的变化非常明显。若风量增大,静电除尘器
12、电场风速提高,粉尘在电场中的停留时间缩短,虽然电场中风扰动增强了荷电粉尘的有效驱进速度,但是这不足以抵偿高风速引起的粉尘在电场中驻留时间缩短和二次扬尘加剧所带来的负面影响,因此除尘效率降低非常明显;反之,除尘效率有所增加,但增加幅度不大。 (3)温度的变化 对布袋除尘器: 烟气温度太低,结露可能会引起“糊袋”和壳体腐蚀,烟气温度太高超过滤料允许温度易“烧袋”而损坏滤袋。但是如果温度的变化是在滤料的承受温度范围内,就不会影响除尘效率。引起不良后果的温度是在极端温度(事故/不正常状态)下,因此对于布袋除尘器就必须设有对极限温度控制的有效保护措施。对静电除尘器: 烟气温度太低,结露就会引起壳体腐蚀或
13、高压爬电,但是对除尘效率是有好处的;烟气温度升高,粉尘比电阻升高不利于除尘。因此烟气温度直接影响除尘效率,且影响较为明显。 (4)烟气物化成分(或燃烧煤种)变化 对布袋除尘器: 烟气的物化成份对布袋除尘器的除尘效率没有影响。但是如果烟气中含有对所有滤料都有腐蚀破坏的成分时就会直接影响滤料的使用寿命。对静电除尘器: 烟气物化成份直接引起粉尘比电阻的变化,从而影响除尘效率,而且影响很大。影响最为直接的是烟气中硫氧化物的含量,通常硫氧气化物的含量越高,粉尘比电阻越低,粉尘越容易捕集,除尘效率就高;反之,除尘效率就低。另外烟尘中的化学成分(如硅、铝、钾、钠等含量)的变化也将引起除尘效率的明显变化。 (
14、5)气流分布 对布袋除尘器: 除尘效率与气流分布没有直接关系,即气流分布不影响除尘效率。但除尘器内部局部气流分布应尽量均匀,不能偏差太大,否则会由于局部负荷不均或射流磨损造成局部破袋,影响除尘器滤袋的正常使用寿命。对静电除尘器: 静电除尘器非常敏感电场中的气流分布,气流分布的好坏直接影响除尘效率的高低。在静电除尘器性能评价中,气流分布的均方根指数通常是评价一台静电除尘器的好坏的重要指标之一。 (6)空气预热器及系统管道漏风 对布袋除尘器: 对于耐氧性能差的滤料会影响布袋寿命,比如:RYTON滤料,但是除尘效率不受影响。由于混入冷风系统风量增加导致系统阻力增加。对静电除尘器: 设备阻力无明显变化
15、,但是系统风量增加提高了电场风速对除尘效率有影响。3)运行与管理 (1)运行与管理对布袋除尘器: 运行稳定,控制简单,没有高电压设备,安全性好,对除尘效率的干扰因素少,排放稳定。由于滤袋是布袋除尘器的核心部件,是布袋除尘器的心脏,且相对比较脆弱、易损,因此设备管理要求严格。对静电除尘器: 运行中对除尘效率的干扰因素多,排放不稳定;控制相对较为复杂,高压设备安全防护要求高。由于静电除尘器均为钢结构,不易损坏,相对于布袋除尘器,设备管理要求不很严格。 (2)停机和启动对布袋除尘器: 方便,但长期停运时需要做好滤袋的保护工作。对静电除尘器: 方便,可随时停机。(3)检修与维护对布袋除尘器: 可实现不
16、停机检修,即在线维修。对静电除尘器: 检修时一定要停机4)设备投资(1)对于常规的烟气条件和粉尘(主要是指比较适合静电除尘器的烟气),两种除尘器排放浓度要达到目前较低的环保要求(如150mg/m3)初期投资布袋除尘器比静电除尘器约高20-35%左右(2)对于低硫高比电阻粉尘、高SIO2、AL2O3类不适合静电除尘器捕集的粉尘,两种除尘器要达到目前较低的环保要求(如150mg/m3)初期投资静电除尘器和布袋除尘器相当或静电除尘器投资高些。(3)通常条件下达到相同的除尘效率或者说达到相同的排放浓度,静电除尘器的投资通常要比布袋除尘器的投资高。5)运行维护费用 (1)运行能耗对布袋除尘器:风机能耗大
17、,清灰能耗小。对静电除尘器:风机能耗小,电场能耗大。(2)维护费用布袋除尘器的维护检修费用主要是滤袋更换费,从目前实际运行情况来看,一次滤袋的更换费用只需要1.5-2年排污费比静电除尘器的少缴部分就可以抵偿。静电除尘器的维护维修费用主要是对阳极板、阴极线和振打锤等的更换等。此项费用较高,但年限比较长,约6年左右。通过比较,选择袋式除尘器。3.2.1袋式除尘器的工作原理、特点袋式除尘器是一种干式的高效除尘器,它利用多孔的袋状过滤元件的过滤作用进行除尘。由于它具有除尘效率高(对于0.1um的粉尘,效率高达98%99%)、适应性强、使用灵活、结构简单、工作稳定、便于回收粉尘、维护简单等优点。因此,袋
18、式除尘器在冶金、化学、陶瓷、水泥、食品等不同工业部门中得到广泛的应用,在各种高效除尘器中,是最有竞争力的一种除尘设备。 袋式除尘器的工作原理:袋式除尘器所使用的滤料本身的网孔较大,一般为2050um,表面起绒的滤料约为510um。因此,新滤袋的除尘效率只有40%左右(1um粉尘)。当含尘空气通过滤料时,由于纤维的筛滤、拦截、碰撞、扩散和静电的作用,将粉尘阻留在滤料上,形成初层。同滤料相比,多孔的初层具有更高的除尘效率。因此,袋式除尘器的过滤作用主要是依*这个初层及以后逐渐堆积起来的粉尘层进行。随着集尘层的变厚,滤袋两侧压差变大,使除尘器的阻力损失增大,处理的气体量减小。同时,由于空气通过滤料孔
19、隙的速度加快,使除尘效率下降。因此除尘器运行一段时间后,因此进行清灰,清除掉集尘层,但不破坏初层,以免效率下降。常用袋式除尘器有简易袋除尘器、机械振打袋式除尘器、脉冲喷吹袋式除尘器和气环式袋式除尘器。(1) 机械振打袋式除尘器利用机械装置使滤袋产生振动而清灰的袋式除尘器。此类除尘器的特点是施加于粉尘层的动能较少而次数较多,因此要求滤料薄而光滑,质地柔软,有利于传递振动,在过滤面上生成足够的振动力。 中部振打袋式除尘器,又称ZX型袋式除尘器。基本部件由滤袋、箱体、灰斗、振打清灰装置、进出风管及螺旋输送机等部分组成。含尘气体由灰斗上部进入,然后向上进入滤袋,粉尘积于滤袋内表面,净气经滤料由阀箱向外
20、排出。箱体由隔板分成相等滤袋数目的多个仓,袋底开口,并固定于底板的短管上,袋顶由帽盖封闭,并悬吊在振打机构的吊架上。箱体的顶盖上装有阀箱及振打机构。特点:具有较高、稳定的除尘效率和较低的阻力,构造简单,滤袋装卸方便,维护 容易,应用范围较广。(2)脉冲袋式除尘器 脉冲袋式除尘器有侧喷脉冲、顺喷脉冲、对喷脉冲、气箱脉冲、大型分室脉冲、旁插扁袋脉冲、离线脉冲、环隙喷吹、回转清灰脉冲袋式除尘器等多种形式。 含尘空气进气口进入除尘箱,因气体突然扩张,流速骤然降低,颗料较粗的粉尘,靠其自重力向下沉降,落入灰斗。细小粉尘通过各种效应被吸附在滤袋外壁,经滤袋过滤后的净化空气,通过文氏管进入上箱体,从出气口排
21、出,被吸附在滤袋外壁的粉尘,随着时间的增长,越积越厚,除尘器阻力逐渐上升,处理的气体量不断减少,为了使除尘器经常保持有效状态,设备阻力稳定在一定的范围内,就需要清除吸附在滤袋外面的积灰。消灰过程是由控制仪按规定要求对各个电磁脉冲阀发出指令,依次打开阀门,顺序向各组滤袋内喷吹高压空气。于是,气包内压缩空气经由喷吹管的孔眼穿过文氏管进入滤袋(称为一次风)。而当喷吹的高速气流通过文氏管引射器的一刹那,数位于一次的周围空气被诱导同时进入袋内(称二次风)。由于这一、二次风形成一股与过滤气流相反的强有力逆向气流射入袋内,使滤袋在一瞬间急剧从收缩膨胀收缩,以及气流反向作用,逐将吸附在袋壁外面的粉尘清除下来。
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