大气污染控制工程课程设计.docx
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大气污染控制工程课程设计.docx
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大气污染控制工程课程设计
【前言】
人类不仅能适应自然环境,而且还能开发利用自然资源,改造自然环境。
随着人们生活水平的日益提高,工农业排放大量的有毒有害物质,由此产生了对环境有危害的固体废物、污水、废气等。
大气污染随着产业革命的兴起,现代工业的发展,城市人口密集,煤炭和石油燃料的迅猛增长产生的,目前,大气污染已经变成了一个全球性的问题,主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。
而大气污染可以说主要是人类活动造成的,大气污染对人体的舒适、健康的危害包括对人体的正常生活和生理的影响,大气污染已经直接影响到人们的身体健康。
大气污染物只要分为颗粒态污染物和气太污染物。
贵州省拥有丰富的煤炭资源,因此燃煤在工业与生活中均占有重要的地位。
由电厂燃煤、锅炉取暖燃煤、生活取暖燃煤等造成的大气颗粒物污染非常严重。
因此对于燃煤烟气除尘系统的优化设计尤为重要。
故我们将用科学的方法选用合适的装置设计脱硫除尘系统。
【关键字】大气污染颗粒物SO2袋式除尘器
一.设计原始资料
1.锅炉设备数量:
2台
燃煤量:
(0.6t/h)
空气及烟气参数(标准状况):
空气含水:
0.013Kg/m3
烟气密度:
1.34Kg/m3
排烟温度:
150oC
当地大气压力:
98KPa
烟气在锅炉出口前阻力:
799Pa
空气过剩系数:
1.4
飞灰占煤中不可燃成分比例:
0.15
2.煤的工业及元素分析值:
C=0.75。
H=0.04。
O=0.04。
S=0.02。
N=0.01:
A=0.14,
3、此锅炉大气污染物排放按GB13271-2001中的二类区二时段标准执行:
烟尘浓度排放标准(标准状况)200mg/m3
SO2浓度排放标准(标准状况)900mg/m3
4.脱硫除尘系统布置在锅炉房北侧15M内
二、除尘设计
2.1燃煤锅炉排烟量及烟尘和SO2浓度的计算
(1)煤成分分析及计算:
以1000g为标准
成分质量/g
物质的量/mol
产物物质的量/mol
消耗O2物质的量
表一设计参数值
C
750
62.5
CO262.5
62.5
S
20
0.625
SO20.625
0.625
H
40
40
H2O20
10
O
40
2.5
O21.25-1.25
N
10
0.7143
N20.3571
0
A
140
(2)标准状态下理论需氧量为:
62.5+0.625+10-1.25=71.875mol/Kg煤
标准状态下理论空气量为:
71.875×4.78=343.5625mN/Kg煤
即:
Vao=343.5625×22.4/1000=7.6958mN3/Kg煤
(3)标准状态下理论烟气量为:
62.5+0.625+(20+0.013×7.6958×1000/18)+(71.875×3.78+0.3571)=335.1696mol/Kg煤
即:
Vfg0=335.1696×22.4/1000=7.5078mN3/Kg煤
(4)标准状态下实际烟气量为:
Vfg=Vfg0+Va0(α-1)=8.019+7.5078×(1.4-1)=11.10mN3/Kg煤
(5)标准状态下锅炉烟气流量Q;单位:
m3/h
Q=Vfg×设计燃煤量
=11.10×600×2
=13320m3/h
(6)标准状态下烟气含尘浓度:
C=mA/Vfg
=190×0.15×1000/11.1
=2568mg/mN3
mA─飞灰的质量;
Vfg─标准状态下实际烟气量
(7)标准状态下烟气含SO2浓度计算:
CSO2=mSO2/Vfg
=0.625×64×1000/11.1
=3604mg/mN3
mSO2─烟气中二氧化硫的质量;
Vfg─标准状态下实际烟气量
2.2除尘效果:
(1)除尘效率:
η颗粒=1-Cs/C
=1-200/2568
=0.9221
脱硫效率:
ηSO2=1-900/3604
=0.2503
(2)除尘器工作状况
工况下的烟气流量Q1=QTsP/(TPs)
=13320×(273.15+150)x101.325/(273.15)
=21335m3/h
烟气流速为Q/3600=21335/3600=5.926m3/s选择:
脉冲袋式除尘器、文丘里洗涤器脱硫
烟囱:
(1)因为资料不足,无法计算。
取50m
(2)烟囱直径的计算
a.烟囱出口直径:
d=0.0188(Q/ω)1/2
Q─工作状态下通过烟囱的烟气流量,单位:
m3/h
ω─按表二选取的烟囱出口烟气流速,单位:
m/s
表二烟囱出口烟气流速
通风方式
运行情况
全负荷m/m
最小负荷m/s
机械通风
10~20
4~5
自然通风
6~8
2.5~3
选定ω=4m/s
d=0.0188(21335/4)1/2
≈1.38m
圆整取1.4m
b.烟囱底部直径
d1=d+2iH
d1=1.38+2×0.02×50
=2.76m
d─烟囱出口直径,单位:
m
H─烟囱高度,单位:
m
i─烟囱锥度,取i=0.02
圆整取2.8m
(3)烟囱抽力
Sy=0.0342H[1/(273+tk)-1/(273+tp)]P
=0.0342×50[1/(273+20)-1/(273+150)]×98×103
=176Pa
H─烟囱高度,单位:
m
tk─外界空气温度,单位:
oC
tp─烟囱内烟气平均温度,单位:
oC
P─当地大气压,单位:
Pa
2.3烟气流通管道的计算:
单位:
(1)管径的确定
d=[4Q/(πv)]1/2
=[4×5.926/(π×10)]2
=0.869m
Q─工作状态下管道内的烟气流量,单位:
m3/s
v─取烟气流速=10m/s
圆整并选取管道如下表
表三钢管规格选择
内径
D/mm
钢制板风管
外径允许偏差/mm
壁厚/mm
870
±1
100
(2)烟气流速核算
由d=[4Q/(πv)]1/2计算出
v=4Q/(πd1/2)
=4×5.926/(3.14×0.872)
=9.98m/s
(1)过滤面积:
A=Q1/(60vf)
=21335/(60x3)
=118.6m2
Vf=2.0~4.0m/min
(2)滤袋尺寸:
d=120mm;l=6000mm
(3)每条滤袋面积:
a=πdl
=π×120×6000×10-6
=2.26m2
(4)滤袋条数:
n=A/a
=118.6/2.26
=45.6
≈48条
(5)滤袋布置:
(A)a.滤袋分组:
4;
b.每组12条
c.组于组之间的距离:
750mm
(B)组内相邻滤袋间距:
70mm
(C)滤袋与外壳的间距:
210mm
(6)喷吹管上喷吹孔距离:
150mm
喷吹管直径:
140mm
(7)脉冲喷吹耗用压缩空气量:
V=αnV0/T
=1.5×50×0.001/1
=0.075/m3
n─滤袋总数,条;
T─脉冲周期,min;
α─安全系数;
V0─每条滤袋喷吹一次好用的压缩空气量(喷吹压力>6atm)。
注:
每次喷吹时间为0.2秒、喷吹气速为50m/s
(8)除尘器尺寸:
长:
210×2+70×6+750+120×8=2550mm
宽:
210×2+70×4+750+120×6=2170mm
底面积:
2550×2170×10-6=5.5335㎡
高:
H1+H2+H3=6+3+0.5=9.5m
H1─l=6m
H2─分灰斗高
H3─附件高度
(9)卸灰斗的设计计算:
(A)煤灰产量:
m粉尘=2568×13320×10-6=34.2Kg/h
V粉尘=m粉尘/0.7=34.2/0.7=48.9m3/h
粉尘密度:
0.7Kg/m3
(B)清灰周期:
0.5h
(C)清灰时间:
3min
(D)灰斗总体积:
V'=48.9×0.5≈24.45m3
假设灰斗数量:
2
灰斗上底面积:
2550×1085×10-6=2.8㎡
分灰斗高:
3m
下底面积:
1.4㎡
分灰斗的体积:
3×(2.82+1.42+2.8×1.4/3=13.72m3
(E)灰斗数量:
5.5335/2.8≈2;验算24.45/13.72≈2(数据可取)
2.5.袋式除尘器的压力损失:
阻力选择981-1170Pa.
2.6.系统阻力计算
(1)烟气流通管道
(A)摩擦压力损失
ΔPL=λLcv2/(2d)
L─管道长度,单位:
m
λ─摩擦阻力系数
c─烟气密度,单位:
Kg/m3
v─管中气流平均速率
d─管道直径,单位:
m
对于φ870圆管
L=10m
c=cn×273/(273+150)
=1.34×273/(273+150)
=0.86Kg/m3
ΔPL=0.02×10×0.86×9.982/(2×0.87)
=9.85Pa
(B)局部压力损失
ΔP=ζcv2/2
ζ─管件的局部阻力系数(可查于《化工原理》)
v─与ζ对应断面平均速率
c─烟气密度,单位:
Kg/m3
a.T形合流三通管
ζ=0.55
ΔP=0.55×0.86×9.982/2
=23.6Pa
b.除尘器进气管
渐缩管的计算:
α«450时,ζ=0.1
取α=450V=9.982
ΔP=0.1×0.86×9.982/2
=4.3Pa
450弯头的计算
ζ=0.35
ΔP=0.35×0.86×9.982/2
=15.0Pa
渐扩管的计算
α=300ζ=0.19
ΔP=0.19×0.86×9.982/2
=8.14Pa
c.除尘器出气管
渐扩管的计算
α=300ζ=0.19
ΔP=0.19×0.86×9.982/2
=8.14Pa
两个900弯头的计算
ζ=0.75
ΔP=0.75×0.86×9.982/2
=32.12Pa
系统总阻力(其中烟气在锅炉出口前阻力:
799Pa,除尘器阻力1100Pa)
ΣΔP=9.85+23.6+4.3+15+8.4+8.4+32.12+799×2+1100
=2798.67Pa
三、脱硫设计
由于烟气含硫量较低,去除效率要求不高,所以选择文丘里洗涤器作为脱硫设备,洗涤液为一定浓度的氨水,如此,脱硫产物可以回用。
3.1反应原理:
a.主反应:
2NH3+SO2+H2O→(NH4)2SO3
(NH4)2SO3+SO2+H2O→NH4HSO3
b.副反应:
2(NH4)2SO3+O2→2(NH4)2SO4
2NH4HSO3+O2→2NH4HSO4
2NH3+CO2+H2O→(NH4)2CO3
3.2文丘里洗涤器的几何尺寸:
a.进口管直径:
D1=870mm
b.出口管直径:
D2=870mm
c.收缩管收缩角:
α1=25o
d.扩散管扩散角:
α2=5o
e.喉管直径:
DT
喉管截面积/进口管面积=1:
4
DT/D1=1:
2
DT=D1/2
=870/2
=435mm
f.收缩管长度:
L1=[(D1-DT)/2]ctg(α1/2)
=[(870mm-435mm)/2]ctg(25o/2)
=981mm
g.扩散管长度:
L2=[(D2-DT)/2]ctg(α2/2)
=[(870mm-435mm)/2]ctg(5o/2)
=4981.6mm
h.喉管长度:
LT=1.2DT
=1.2×
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