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1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學課程設計任務書 學院（系）： 能動學院 課程名稱：大氣污染控制工程 指導教師（簽名）： 專業(yè)班級： 環(huán)工11 （1、2組） 學生姓名： 王浩 學號： 201120303044 一、課程設計題目 某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設計 二、課程設計的目的 通過本課程設計環(huán)節(jié)的進行，目的是使學生對大氣污染控制工程課程中的理論基礎知識有更深入的理解，培養(yǎng)學生獨立設計能力，具備分析問題和解決問題的實踐能力，能夠所學知識進行工程實踐。掌握基本的設計方法，學會查閱技術資料，樹立正確的設計思想和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。

2、三、課程設計的主要內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、設計要求、工作量要求等） 一.設計原始資料 1.鍋爐設備的主要參數(shù) 表一 鍋爐設備的主要參數(shù) 額定蒸發(fā)量（t/h）（2臺） 主蒸汽壓力（MPa） 主蒸汽溫度（℃） 燃煤量（t/h） 排煙量（m3/h） 排煙溫度（℃） 220 10 500 40 450000 145 2.煙氣密度（標準狀況下）：1.34㎏/m3 空氣含水（標準狀況下）：0.01296㎏/m3 煙氣在鍋爐出口的阻力：800Pa

3、 排煙中飛灰占煤中不可燃成分的比例：15% 當?shù)卮髿鈮海?7.86KPa 冬季室外空氣溫度：-20℃ 空氣過剩系數(shù)：a=1.3 3.煤的工業(yè)分析值：C=68%；H=4%；S=1.5%；N=1%；W=6%；A=15%；V=13% 應用基灰分：13.38%；應用基水分：16.32%；可燃基揮發(fā)分：41.98%；應用基低位發(fā)熱量：16768Kj/kg 二、設計排放標準 煙塵濃度排放標準（標準狀況下）：200㎎/ m3 二氧化硫排放標準（標準狀況下）：900㎎/ m3 三、設計要求 按鍋爐大氣污染排放標準（GB13271-20

4、01）中二類區(qū)標準執(zhí)行 凈化系統(tǒng)布置場地在鍋爐房北側(cè)20米以內(nèi) 一組設計除塵系統(tǒng) 二組設計脫硫系統(tǒng) 圖1-1.鍋爐房平面布置圖 四、工作進度安排 設計期限：2周 五、主要參考文獻 [1]大氣污染控制工程》郝吉明，馬廣大主編高等教育出版社 [2]《工業(yè)鍋爐除塵設備》 國家環(huán)保局支持中國環(huán)境科學出版社 [3]《除塵設備設計》化工設備設計全書編輯委員會編著上?？茖W技術出版社 [4]《鍋爐房工藝與設備》 劉新旺主編

5、科學出版社出版社 [5]《環(huán)保設備原理設計與應用》鄭銘主編，陳萬金副主編；化學工業(yè)出版社 [6]《環(huán)保工作者實用手冊》楊麗芬，李友琥主編科學出版社 審核批準意見 系（教研室）主任（簽字） 目 錄 前 言 2 1設計任務書 3 1.1課程設計題目 3 1.2設計原始材料 3 2 設計方案的選擇確定 3 2.1標態(tài)下實際煙氣量的計算 4 2.2二氧化硫濃度的計算 5 2.3工況流量及去除效率的計算 6

6、3脫硫工藝的選擇 7 4相關的設計計算 9 4.1.1脫硫塔設計計算 10 4.1.2塔徑及底面積計算 12 4.1.3漿液池 12 4.1.5煙氣進出口的設計 13 4.1.6除霧區(qū)高度計算 14 4.1.7脫硫塔總高度 4.2 5 小結(jié) 15 參考文獻 16 前 言 二氧化硫是大氣中主要污染物之一，是衡量大氣是否遭到污染的重要標志。世界上有很多城市發(fā)生過二氧化硫危害的嚴重事件，使很多人中毒或死亡。在我國的一些城鎮(zhèn)，大氣中二氧化硫的危害較為普遍而又嚴重。因為煤炭在我國的能源結(jié)構(gòu)中依舊占據(jù)重要的地位，所以我國的大氣污

7、染以煤煙型污染為主，這就直接導致了我國的SO2排放量連年增長，SO2的排放已導致許多地區(qū)出現(xiàn)了嚴重的酸雨現(xiàn)象，由此引起我國酸雨區(qū)不斷擴大，造成全國每年經(jīng)濟損失1000億元以上，接近當年國民生產(chǎn)總值的2.4%。我國目前許多中小型燃煤工業(yè)鍋爐，這成為我國SO2排放的主要來源之一。而在這些鍋爐中，大部分沒有安裝脫硫設備,致使許多地區(qū)酸雨頻頻發(fā)生,嚴重危害了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康。 目前世界上減少二氧化硫排放量的主要措施有三種: 　　1.原煤脫硫技術，可以除去燃煤中大約40％一60％的無機硫。優(yōu)先使用低硫燃料，如含硫較低的低硫煤和天然氣等。 2.改進燃煤技術，減少燃煤過程中二氧化硫和氮

8、氧化物的排放量。例如，液態(tài)化燃煤技術是受到各國歡迎的新技術之一。它主要是利用加進石灰石和白云石，與二氧化硫發(fā)生反應，生成硫酸鈣隨灰渣排出。對煤燃燒后形成的煙氣在排放到大氣中之前進行煙氣脫硫。 3.目前主要用石灰法，可以除去煙氣中85％一90％的二氧化硫氣體。不過，脫硫效果雖好但十分費錢。例如，在火力發(fā)電廠安裝煙氣脫硫裝置的費用，要達電廠總投資的25％之多。這也是治理酸雨的主要困難之一。。 本設計是某燃煤采暖鍋爐房煙氣脫硫系統(tǒng)設計，主要目的就是脫硫，以達到污染物排放標準。燃煤鍋爐燃燒過程排放的煙氣中含有大量的二氧化硫污染物，若不采取措施，將會對周圍大氣環(huán)境及居民造成嚴重的影響與危害

9、。 通過本課程設計環(huán)節(jié)的進行，目的是使學生對大氣污染物控制工程中的理論基礎知識有更加深入的理解，培養(yǎng)學生獨立設計能力，具備分析問題和解決問題的實踐能力。 1 設計任務書 1.1課程設計題目 某燃煤采暖鍋爐房煙氣除塵脫硫系統(tǒng)設計 1.2設計原始材料 1. 煤的工業(yè)分析如下表（質(zhì)量比，含N量不計）： 表1 低位發(fā)熱量 C H S W A V 16768kj/kg 68% 4% 1.5% 6% 15% 13% 2.空氣過剩系數(shù)：1.3 3.排煙溫度：145℃ 4.煙氣密度：1.34kg/m3 5.按鍋爐大氣污染物排放標準（GB1321

10、7-2001）中二類區(qū)標準執(zhí)行： 煙塵濃度排放標準 (標準狀況下）： 200mg/m3 二氧化硫排放標準 (標準狀況下）： 900mg/m3 2 設計方案的選擇確定 2.1標態(tài)下實際煙氣量的計算 燃燒單位質(zhì)量煤所需理論空氣量： 表3 樣煤成分表 重量(g) 摩爾數(shù)(mol) 需氧數(shù)(mol) C 680 56.67 56.67 H 40 40 10 S 15 0.47 0.47 H2O 60 3.33 以1kg燃煤燃燒為基礎，則由上樣煤成分表得 理論需氧量為56.67+10

11、+0.47=67.14mol/kg 假定干空氣中氮和氧的摩爾比（體積比）為3.78，則1kg煤完全燃燒所需要的理論空氣量為： 67.14（3.78+1）22.4/1000=7.19m3/kg 理論空氣量條件下煙氣組成（mol）為： CO2：56.67 H2O：20+3.33 SOx：0.47 N2：67.143.78 理論煙氣量為 即 空氣過剩系數(shù)時，實際煙氣量為 2.2二氧化硫濃度的計算 煙氣中SO2濃度： V——標準狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實際煙氣量， 2.3工況流量及去除

12、效率的計算 工況流量 式中 Q——標準狀態(tài)下煙氣流量， ——工況下煙氣溫度，K ——標準狀態(tài)下溫度，273K 二氧化硫去除率： = 式中C、含義類上。 3.脫硫工藝的選擇 3.1 脫硫工藝比較 表5 幾種脫硫工藝比較 石灰石石膏法 簡易氨法 噴霧干燥法 LIFAC 電子束法 新氨法 磷氨肥法 環(huán)境性能 很好 好 好 好 很好 好 好 工藝流程簡易情況 石灰漿制備要求較高，流程也復雜 流程較簡單 流程較簡單 流程簡單 流程簡單，為干法過程 流程復雜，要求

13、電廠和化肥廠聯(lián)合實現(xiàn) 脫硫流程簡單，制肥部分復雜 工藝技術指標 脫硫率95%，鈣硫比1.1，利用率90% 脫硫率70%，鈣硫比1.1，利用率90% 脫硫率80%，鈣硫比2，利用率50% 脫硫率80%，鈣硫比2，利用率50% 脫硫率可達90%以上，并可脫一部分氮 脫硫率85%-90%，利用率大于90% 脫硫率95%以上 吸收劑獲得 容易 容易 較易 較易 一般 一般 一般 脫硫副產(chǎn)品 脫硫渣為CaSO4及少量煙塵，可以綜合利用，或送堆渣場堆放 脫硫渣為CaSO4及少量煙塵，可以綜合利用，或送堆渣場堆放 脫硫渣為煙塵、CaSO4、CaSO3、Ca(OH)2

14、的混合物，目前尚不能利用 脫硫渣為煙塵、CaSO4、CaSO3、CaO的混合物，目前尚不能利用 副產(chǎn)品為硫銨和硝銨混合物，含氮量20%以上，可作氮肥或復合肥料，無二次污染 副產(chǎn)品為磷酸銨和高濃度二氧化硫氣體（7%-11%），可直接用于工業(yè)硫酸生產(chǎn) 脫硫產(chǎn)品為含N+P2O5%以上的氮磷復合料 適用情況或應用前景 燃高中硫煤鍋爐，當?shù)匾延惺沂V 燃燒高中硫煤鍋爐，當?shù)赜惺沂V 燃燒中、低硫煤鍋爐 燃燒中、低硫煤鍋爐 燃燒高中硫煤鍋爐，附近有液氨供應 燃高中硫煤鍋爐，附近有聯(lián)合化肥廠和液氨 燃燒高硫煤鍋爐，附近有磷礦 對鍋爐及煙道的負面影響 腐蝕出口煙囪 腐蝕出口煙

15、囪 增加除塵器除灰量，塔壁易積灰 影響鍋爐和除塵器效率 腐蝕煙道 腐蝕煙道 3.2 煙氣脫硫（FGD）工藝經(jīng)濟性能比較 表6 幾種煙氣脫硫（FGD）工藝經(jīng)濟性能比較 工藝流程 濕式石灰石-石膏法 噴霧干燥法 LIFAC法 CDSI 法 適用煤種含硫量(%) ＞1.5 1-3 ＜2 ＜2 Ca/S 1.1 1.5 2.0 1.5 鈣的利用率(%) ＞90 40-45 35-40 4-45 脫硫成效(%) ＞90 80-85 70-75 60-70 投資占電廠投資比例(%) 13-19 8-12

16、 3-5 2-4 脫硫費用(元/tSO2脫除) 900-1250 750-1050 600-900 600-800 設備占地面積 大 中 小 極小 灰渣狀態(tài) 濕 干 干 干 煙氣再熱 需 無需 無需 無需 3.3 脫硫方案的確定 目前, 燃煤企業(yè)脫硫技術大體可概括為干法、半干法和濕法, 而技術比較成熟、應用最廣泛的是濕法石灰石/石膏法, 但是該工藝存在投資運行費用高、易結(jié)垢、易腐蝕等問題, 造成設備腐蝕快、維護費用高, 現(xiàn)場應用也受到一定限制。 3.4 脫硫塔類型選擇 目前較常用的吸收塔主要有噴淋塔、填料塔、噴射鼓泡塔和道爾頓型塔四

17、類 。噴淋塔是濕法脫硫工藝的主流塔型，而填料塔作為氣液兩相在塔內(nèi)連續(xù)接觸的典型形式。 3.5 噴淋塔 含塵空氣進氣口進入除塵箱，因氣體突然擴張，流速驟然降低，顆料較粗的粉塵，靠其自重力向下沉降，落入灰斗。細小粉塵通過各種效應被吸附在濾袋外壁，經(jīng)濾袋過濾后的凈化空氣，通過文氏管進入上箱體，從出氣口排出，被吸附在濾袋外壁的粉塵，隨著時間的增長，越積越厚，除塵器阻力逐漸上升，處理的氣體量不斷減少，為了使除塵器經(jīng)常保持有效狀態(tài)，設備阻力穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，就需要清除吸附在濾袋外面的積灰。 3.6 填料塔 填料塔內(nèi)氣液兩相連續(xù)接觸，清灰方式作用強度很大，而且其強度和頻率都可以調(diào)節(jié)，所以清

18、灰效果好。 本設計采用噴淋塔。 4 相關的設計計算 4.1.1 脫硫塔設計計算 吸收塔是脫硫裝置的核心設備，采用集冷卻、吸收、除霧于一體的噴淋空塔。脫硫塔由塔筒體、吸收器、除霧器、沖洗系統(tǒng)等組成。 由前面計算得鍋爐在標準狀況下煙氣流量為： 4.1.2 塔徑及底面積計算 塔內(nèi)流速：取 煙氣中SO2的產(chǎn)生量為0.4722.4/100040000=421.12m3/h=0.117m3/s 煙氣的體積流量（標準狀況下）Q1=（9.64740000）/3600=107m3/s 設塔內(nèi)操作溫度為50℃，此條件下煙氣流量為: Q2=107(50+273)/(

19、20+273)=117.9m3/s 取2.89m D=2r=5.78m 即塔徑為5.78米。底面積S=πr2=26.23m2 4.1.3 吸收區(qū)的高度計算 依據(jù)石灰石法煙氣脫硫的操作條件參數(shù)得，選擇噴淋塔噴氣液反應時間t=2.5s,則吸收區(qū)的高度為： h1=vt=4.52.5=11.25m 4.1.4漿液池 漿池容量V1=L/GQt 根據(jù)經(jīng)驗石灰石法噴淋塔中液氣比一般為15-25L/m3,本工藝取15L/m3 V─煙氣標態(tài)濕態(tài)容積 t―漿液停留時間 V=15117300=523.5m3 選取漿液池的內(nèi)徑略大于吸收區(qū)內(nèi)徑D2=7m 漿液池高度：h2=

20、4V/(πd22)=4526.5/(π72)=13.6m 煙氣進口底部到漿液面距離一般為0.8-1.2m,取h3=1m。 4.1.5煙氣進出口的設計 取入口寬度與直徑之比0.6，出口寬度與直徑之比取0.7.則入口寬度： L1=9.20.6=5.52m L2=9.20.7=6.44m 一般取吸收入口煙氣溫度為100，出口煙氣溫度為50. V入=117373.15/293.15=148.9m3/s V出=117323.15/293.15=128.9m3/s 進出口煙氣流速一般為12-18m/s,取15m/s 則入口高度h入=148.9

21、/(155.52)=1.79m 出口高度h出=128.9/(156.44)=1.33m 4.1.6 除霧區(qū)高度計算 除霧器設計為兩段，每層除霧器上下各設有沖洗噴嘴。最下層沖洗噴嘴距最上層噴淋層3～3. 5m ；距最上層沖洗噴嘴3. 4～3. 5m，這里都取3. 5m，則除霧區(qū)高度 最上層沖洗噴嘴距吸收塔出口的距離為塔直徑的50%～100%，這里取80%，故該距離為 4.1.7 脫硫塔總高度 綜上，噴淋塔總高度 4.2 煙囪的設計 4.2.1 煙囪高度的確定 4.2.2煙囪有效源高度 相關資料可得燃燒鍋爐煙囪最低允許高

22、度設為Hs=60m 煙氣熱釋放熱計算 工況下Qv= n1取3/5，n2取2/5，n0取0.292 4.2.3 煙囪直徑的確定 設煙氣在煙囪內(nèi)流速 V=40m/s，平均截面積為 A=163/40=4.07m2 平均直徑 4.3 系統(tǒng)阻力計算 4.3.1 摩擦阻力計算 式中L——管道長度，m d——管道直徑，m ——煙氣密度， ——管中氣流平均速率 ——摩擦阻力系數(shù) 5．小結(jié) 感謝我的指導老師商老師耐心的看完了我的設計。通過本次課程

23、設計，我充實了自己的專業(yè)知識，了解了很多環(huán)境工程設計方面的工藝，結(jié)合了課堂上的理論知識，熟悉了煙氣脫硫的計算與設計流程、方法與步驟，嘗試了編寫了一個簡單的設計說明書。 由于大氣設計的資料較少，此次設計遇到了很多困難，也感謝所有在此次設計中給予我?guī)椭慕M員。 參考文獻 [1] 郝吉明，馬廣大 大氣污染控制工程 高等教育出版社 2002. [2] 丁承剛. 濕法煙氣脫硫關鍵參數(shù)簡析[J ] 國際電力出版社 2002 [3] 金毓荃 環(huán)境工程設計基礎[M] 北京化學工業(yè)出版社 2002 [4] 柴曉利等 環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)設計指南[M] 化學工業(yè)出版社 2008 [5] 李喜等 煙氣脫硫技術研究進展[J] 化學工業(yè)與工程 2006