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毕业设计外..

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课程设计-DZL2-13型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计

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内容提示: 大气污染控制工程 课程设计书 专业: 环境监测与治理技术 班级: 系别: 资源与环境工程系 大气污染控制课程设计任务书 一、课程设计的题目 DZL2-13 型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计 二、 课程设计的目的 《大气污染控制工程》课程设计是配合大气污染控制工程专业课程而单独设立的设计性实践课程。教学目的和任务是使学生在学习专业技术基础和主要专业课程的基础上,学习和掌握环境工程领域内主要设备设计的基本知识和方法,培养学生综合运用所学的环境工程领域的基础理论、基本技能和专业知识分析问题和...

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大气污染控制工程 课程设计书 专业: 环境监测与治理技术 班级: 系别: 资源与环境工程系 大气污染控制课程设计任务书 一、课程设计的题目 DZL2-13 型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计 二、 课程设计的目的 《大气污染控制工程》课程设计是配合大气污染控制工程专业课程而单独设立的设计性实践课程。教学目的和任务是使学生在学习专业技术基础和主要专业课程的基础上,学习和掌握环境工程领域内主要设备设计的基本知识和方法,培养学生综合运用所学的环境工程领域的基础理论、基本技能和专业知识分析问题和解决工程设计问题的能力,培养学生调查研究,查阅技术文献、资料、手册,进行工程设计计算、图纸绘制及编写技术文件的基本能力。 三、设计原始资料 DZL2—13 型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计 锅炉型号:DZL2—13 即:蒸发量 2t/h,出口蒸汽压力 13 Mpa 设计耗煤量:350Kg/h 设计煤成分:CY =65% H Y =4% O Y =2% N Y =1% S Y =3% A Y =15% W Y =10%;V Y =8%,属于高硫无烟煤 烟气密度ρ=1.36 Kg/m3 (标准状态下) 当地大气压:98KPa 排烟温度:160℃ 空气过剩系数α=1.3 飞灰率=16% 烟气在锅炉出口前阻力 550Pa 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。连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度 50m,90o 弯头 10 个。 注:锅炉大气污染排放标准(GB13271—2001)中二类区执行标准 烟气浓度排放标准(标准状况下):200mg/m3 二氧化硫排放标准(标准状况下):900mg/m3 若烟囱高度达不到 GB13271—2001 表 4 锅炉房烟囱最低允许高度(4t 锅炉烟囱高度最低 35m,6t 锅炉烟囱高度最低 40m)的要求,其排放标准值按 50%执 行,即: 烟尘浓度排放标准(标准状态下):100 mg/m3 二氧化硫排放标准(标准状态下):450 mg/m3 四、课程教学要求 本课程设计的选题紧紧围绕大气污染控制工程烟气除尘为主题。学生必须根据教学要求、设计工作量以及实际条件,进行恰当选题。能按照设计任务书,顺利完成设计任务,培养运用本学科的基础理论和专业知识解决本专业实际问题的能力,提高设计计算、工程制图和使用资料的能力。 四、设计内容与要求 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. 设计任务完成后,学生要根据设计的全过程完成专业课程设计说明书,按照一定格式写出设计计算书。课程设计说明书主要内容有: (1)设计题目; (2)主要指标和要求; (3)方案工作原理; (4)设计计算依据、计算结果; (5)设备选择依据和工艺流程介绍; (6)结果汇总。 前 言 在目前,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。随着国民经济的发展,能源的消耗量逐步上升,大气污染物的排放量相应增加。而就我国的经济和技术发展就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看,以煤炭为主要能源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。我国的大气污染仍将以煤烟型污染为主。因此,控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和 SO2危害的关键问题。 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,使环境更加适合于人类生存。在人为活动影响下形成的环境,称为次生环境。工农业生产排放大量有毒有害污染物,严重污染大气、水、土壤等自然环境,破坏生态平衡,使人类生活环境的质量急剧恶化,人类生产和生活活动排入环境各种污染物,特别是生产过程排放的污染物种类极多,而且随着科学技术和工业的发展,环境中污染物的种类和数量还在与日俱增。这些污染物随同空气、饮水和食物进入人体后,对人体健康产生各种有害影响 。大气污染是随着产业革命的兴起,现代工业的发展,城市人口的密集,煤炭和石油燃料的迅猛增长而产生的。近百年来,西欧,美国,日本等工业发达国家大气污染事件日趋增多,本世纪 50-60年代成为公害的泛滥时期,世界上由大气污染引起的公害事件接连发生,例如:英国伦敦烟雾事件,日本四日市哮喘事件,美国洛杉矶烟雾事件,印度博帕尔毒气泄漏事件等等,不仅严重地危害居民健康,甚至造成数百人,数千人的死亡。我国随着经济的快速发展,因燃煤排放的二氧化硫、颗粒物等有毒有害的污染物质急剧增多。空气污染以煤烟型为主,主要污染物是二氧化硫和烟尘。据统计,1990 年全国煤炭消耗量 10.52 亿吨,到 1995 年煤炭消耗量增至 12.8 亿吨,二氧化硫排放量达 2232 万吨。超过欧洲和美国,居世界首位。由于我国部分地区燃用高硫煤,燃煤设备未能采取脱硫措施,致使二氧化硫排放量不断增加,造成严重的环境污染。如不严格控制,到 2010 年我国煤炭消耗量增长到 15 亿吨时,二氧化硫排放量将达 2730 万吨。 因而已经到了我们不得不面对的时候,我们这里我们将用科学的态度去面对去防治。 目录 前 言 1. 工艺流程的选择及说明 ............................................. 1 2. 除尘器的设计及计算 ............................................... 2 1 2.1 燃煤锅炉烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算 .................... 2 1 2.1.1 标准状况下理论空气量 ................................... 2 2.1.2 标准状态下理论烟气量 .................................. 2 2.1.3 标准状态下实际烟气量 .................................. 2 4 2.1.4 烟气含尘浓度 ........................................... 3 5 2.1.5 标准状态下烟气中二氧化硫的浓度的计算 ................... 3 2 2.2 除尘器的选择 ................................................ 3 2.2.1 除尘效率 .............................................. 3 3 2.2.3 工况下烟气流量 ......................................... 3 4 2.2.4 除尘器的选择及计算 ..................................... 4 5 2.2.5 管道布置及各管段的管径 ................................. 5 6 2.2.6 烟囱的设计 ............................................. 6 7 2.2.7 系统阻力的计算 ......................................... 8 8 2.2.8 风机和电机的选择和计算 ................................ 11 3. 填料塔的设计及计算 .............................................. 12 1 3.1 吸收 SO 2 2 的吸收塔的选择 ...................................... 12 2 3.2 脱硫方法的选择 ............................................. 14 1 3.2.1 工艺比较 .............................................. 14 2 3.2.2 工艺流程介绍 .......................................... 15 3 3.3 填料的选择 ................................................. 16 4 3.4 填料塔的计算 ............................................... 16 1 3.4.1 物料衡算 .............................................. 16 2 3.4.2 塔径的计算 ............................................ 17 3 3.4.3 填料塔高度的计算 ...................................... 19 4 3.4.4 压力降的计算 .......................................... 22 5 3.5 填料塔的附件选择 ........................................... 22 4. 课程设计总结 ................................................... 24 参 考文献 .......................................................... 26 附表:.............................................. 错误! ! 未定义书签。 第 1 页 1. 工艺流程的选择及说明 脱硫除尘工艺设计说明: 双碱法烟气脱硫工艺主要包括吸收剂制备和补充系统,烟气系统,SO2 吸收系统,脱硫产物处理系统四部分组成。 1.吸收剂制备和补充系统 脱硫装置启动时用氢氧化钠作为吸收剂,氢氧化钠干粉料加入碱液罐中,加水配制成氢氧化钠碱液,在碱液罐中可以定期进行氢氧化钠的补充,以保证整个脱硫系统的正常运行及烟气的达标排放。为避免再生生成的亚硫酸钙、硫酸钙也被打入脱硫塔内容易造成管道及塔内发生结垢、堵塞现象,可以加装瀑气装置进行强制氧化或特将水池做大,再生后的脱硫剂溶液经三级沉淀池充分沉淀保证大的颗粒物不被打回塔体。另外,还可在循环泵前加装过滤器,过滤掉大颗粒物质和液体杂质。 2.烟气系统 锅炉烟气经烟道进入除尘器进行除尘后进入脱硫塔,洗涤脱硫后的低温烟气经两级除雾器除去雾滴后进入主烟道,经过烟气再热后由烟囱排入大气。当 第 2 页 脱硫系统出现故障或检修停运时,系统关闭进出口挡板门,烟气经锅炉原烟道旁路进入烟囱排放。 3.SO2 吸收系统 锅炉烟气从烟道切向进入主塔底部,在塔内螺旋上升中与沿塔下流的脱硫液接触,进行脱硫除尘,经脱水板除雾后,由引风机抽出排空。脱硫液从螺旋板塔上部进入,在旋流板上被气流吹散,进行气叶两相的接触,完成脱硫除尘后从塔底流出,通过明渠流到综合循环池。 4. 脱硫产物处理系统 脱硫系统的最终脱硫产物仍然是石膏浆,从曝气池底部排浆管排出,由排浆泵送入水力旋流器。由于固体产物中掺杂有各种灰分及 NaSO4,严重影响了石膏品质,所以一般以抛弃为主。在水力旋流器内,石膏浆被浓缩(固体含量约40%)之后用泵打到渣处理场,溢流液回流入再生池内。 2. 除尘器的设计及计算 2 21 .1 燃煤锅炉烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算 1 2.1.1 标准状况下理论空气量 Qa'=4.67³(1.867C+5.56H+0.7S-0.7O) 式中:C、H、S、O--分别为煤中各元素所含的质量分数 Qa'=4.76³(1.867+0.65+5.56³0.04+0.7³0.03-0.7³0.02) =1.44³4.76 =6.868(m3 /㎏) 2.1 .2 标准状态下理论烟气量 Qs'=1.867³(C+0.375S)+11.2H+1.24W+0.016 Qa¹+0.79 Qa¹+0.8N 式中: Q a ′——标准状态下理论空气量 m3 /kg; W ——煤中水分的的质量分数; N ——N 元素在煤中的质量分数。 Qs'=1.867 ³ (0.65+0.375 ³ 0.03)+11.2 ³ 0.04+1.24 ³ 0.1+0.806 ³6.868+0.8³0.01 =7.35(m3 /㎏) 2.1.3 标准状态下实际烟气量 第 3 页 Qs = Qs '+1.016³(α-1)³Qa' 式中: a ——空气过剩系数; Q a ′——标准状态下理论空气量 m3 /kg; Q s ′——标准状态下理论烟气量 m3 /kg。 Qs=7.35+1.016³(1.3-1) ³6.868 =9.44(m3 /㎏) 注意: 标准状态下烟气流量 Q 应以 m3 /h 计,因此,Q= Qs³设计耗煤量 Q= Qs³设计耗煤量=9.44³350=3304m3 /h 4 2.1.4 烟气含尘浓度 C=Qsd sh³A (m3 /㎏) 式 d sh – 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数 A – 煤中不可燃成分的含量 Q s —标准状态下实际烟气量,m3 /kg。 C=44 . 935 . 0³0.15=2.604(g/ m3 ) 2 25 .1.5 标准状态下烟气中二氧化硫的浓度的计算 C so2 =QsS 2³106 (㎎/ m 3 ) 式 S – 煤中硫的质量分数; Qs – 标准状态下燃煤产生的实际烟气量 m3 /㎏ C so2 =QsS 2³106 =44 . 910 98 . 0 03 . 0 26  =6.36³103 (㎎/ m 3 ) 2.2 2 除尘器的选择 2. 2. 1 除尘效率 η=1-CCs=1-2604100=96.16% 2.23 .3 工况下烟气流量 Q/ =''TPQPT(m3 /h)=98 273) 160 273 ( 325 . 101 3304  =5418.21(m3 /h) 则烟气的流量为 ) / ( 505 . 1360021 . 54183600'3s mQ  第 4 页 2.4 2.4 除尘器的选择及计算 根据工况下烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率来确定除尘器(袋式除尘器) 袋式除尘器是使含尘气体通过滤袋滤去其中离子的分离捕集装置,是过滤式袋式除尘器中一种,其结构形式多种多样,按不同特点可分为圆筒形和扁形;上进气和下进气,内滤式和外滤式,密闭式和敞开式;简易,机械振动,逆气流反吹,气环反吹,脉冲喷吹与联合清灰等不同种类,其性能比较如下表: 除尘种类 除尘效率% 净化程度 特点 简易袋式 30 中净化 机械振动袋式 90 中净化 要求滤料薄而光滑,质地柔软,再过滤面上生成足够的振动力。 脉冲喷吹袋式 99 细净化 清灰方式作用强度很大,而且其强度和频率都可以调节,清灰效果好 气环式袋式 99 细净化 适用高湿度、高浓度的含尘气体,造价较低,气环箱上下移动时紧贴滤袋,使滤袋磨损加快,故障率较高 通过我组比较最终决定选用袋式除尘器,根据处理烟气性质及不同型式的袋式除尘器的优缺点,最终决定选用 MC6—I 型系列逆喷脉冲袋式除尘器。 脉冲袋式除尘器是一种周期性的向滤袋内或滤袋外喷吹压缩空气来达到清除滤袋上积尘的袋式除尘器,它具有处理风量大,除尘效率高的优点,而且清灰机构设有运动部件,滤袋不受机械力作用,损伤较小,滤袋使用周期长的特点。 用《除尘器手册》中选取 MC 系列逆喷脉冲袋式除尘 结构特点:主要由上箱体,中箱体,下箱体,排灰系统与喷嘴系统等几个主要部分组成。上箱体内设有多孔板,滤袋,滤袋框架;下箱体包括进气口、灰斗、检查门;排灰系统由减速装置和排灰装置组成;控制仪、控制阀、脉冲阀、喷嘴管与气包等组成喷吹系统。 第 5 页 工作原理:含尘气体由下箱体的进风口进入除尘器内经过滤袋过滤。粉尘被阻留在袋外,净化气体进入袋内经过文氏管,由排风口排出机外,阻留在滤袋上的粉尘通过用电控(D)、机控(J)或气控(Q)中的一种方式,控制开启脉冲阀定时分排,对滤袋进行清灰,其主要性能与主要结构尺寸见下表: 型号 过滤面积 m2 滤袋数量/条 处理风量m3 /h 脉冲阀个数/个 外形尺寸/长³高³宽 MC36—I 27 36 3250~6480 6 1425³1678³3600 设备质量/kg 滤袋尺寸/mm 设备阻力/Pa 除尘效率 入口含尘浓度 g/m3 过滤风速/m/min 1116.80 Φ120³2000 1200~1500 >99% 2~14 2~4 主要结构尺寸: 型号 A A 1 B B 1 H MC36—I 1678 1150 1340 1100 3660 影响因素 :过滤风速、滤料风速、滤料种类、清灰方式、入口含尘浓度、处理气体性质、净化物料种类等。 2.5 2.5 管道布置及各管段的管径 1.各装置及管道布置原则 根据锅炉运行情况和锅炉房现场的实际情况确定各装置的位置,一旦确定了各装置的位置,管道的布置也就基本可以确定了,对各装置及管道的布置应力求简单,紧凑 ,管路短,占地面积小,并使安装,操作和检修方便。 2.管径的确定 ) (4mQd 式中:v—烟气流速 m/s(对于锅炉烟尘 v=10~15m/s) 取 v=13 m/s 则 m d 384 . 013 14 . 3505 . 1 4 第 6 页 圆整并选取风值: 钢制板风管 外径 D/mm 外径允许偏差/mm 壁厚/mm 400 ±1 0.06 内径 d 1 =400-2³0.6=398.8m 由公式 ) (4mQd 得 烟气流速 s mdQV / 05 . 123988 . 0 14 . 3505 . 1 4 42 2  由此可知,除尘器中的管径设计合理 2.6 2.6 烟囱的设计 1.烟囱高度的计算 根据锅炉的蒸发量(t/h),然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定表确定烟囱高度 锅炉烟囱高度 锅炉总额蒸发量(t/h) <1 1~2 2~6 6~10 10~20 20~35 烟囱的最低高度(m) 20 25 30 35 40 45 由于给定锅炉型号 DZL2—13 蒸发量为 2t/h,故选定烟囱高度为 30m 烟囱抬升高度: Q h =C p V o (T s -T a ) =1.38³0.918³(160-20) =177.36KW Q h —烟囱的热排放率 C p —标况下的烟气平均比定压热容,取 Cp=1.38kg/m3K V o —标准状态下的烟气排放量 m3 /s T s —烟气出口温度 第 7 页 T a —当地最近 5 年平均气温值 K=273+20=293K 由于 177.36KW<2100KW,则 uQ VsDhh01 . 0 152   V s —烟率出口速度 m/s D—烟囱出口内径 m Q h —烟囱的热排放率 u—烟囱出口的环境平均风速 m/s,取 2.5m/s s mAQVs / 25 . 36 . 0 14 . 34 918 . 02  m h 76 . 35 . 236 . 177 01 . 0 6 . 0 25 . 3 152       烟囱总高度 H 为:H=H s +Δh=33.76m 2.烟囱直径的计算 烟囱出口内径按如下公式: mQd 39 . 05 14 . 351 . 1 2 . 1 4 2 . 1 4  圆整取 d=0.4m Q—通过烟囱的总烟量 m3 /h W—按下表选取的烟囱出口烟气流速 m/s,选 W=4m/s, 烟囱出口烟气流速 通风方式 运行情况 全负荷 最小负荷 机械通风 10~20 4~5 自然通风 6~8 2.5~3 烟囱底部直径: d 1 =d+2ih=0.40+2³0.02³30=1.50m d—烟囱出口直径 m H—烟囱高度 m i—烟囱锥度,取 I=0.02 烟囱的抽力: 第 8 页    p yt tB H Sy273127310342 . 0 H —烟囱高度 m t k —外界空气温度 ℃ t p —烟囱内烟气平均温度 ℃ B—当地大气压 Pa PaSy111160 273120 273110 98 30 0342 . 03     烟囱的阻力损失计算 采用砖砌烟囱,阻力可按下式计算 22   dlP m  -摩擦阻力系数,0.04 l -管道长度,m d -管道直径,0.9m  -烟气密度 Kg/m3  -管内烟气平均流速 Pa P m 91 . 912 112 83 . 0 3004 . 02    则最大地面浓度3 32max/ 5 . 0 / 11 . 047 . 36 72 . 2 5 . 2 14 . 32541 6 . 0 2m mg m mg       可见地面最大浓度小于国家规定,烟囱高度设计合理 7 2.2.7 系统阻力的计算 1、摩擦阻力损失dLP L22   L—管道长度,m d—管道直径,m ρ—烟气密度,Kg/ m3 v—管中烟气流速,m/s λ—摩擦阻力系数,是气体雷诺数 和管道相对粗糙度 的函数,可以查手册得到。(实际中金属管取 0.02,砖砌或混凝土管道取 0.04。) 第 9 页 对于Ф400 圆,L=50m ρ=3/ 83 . 0325 . 101 43398 273 36 . 1325 . 101 ) 160 273 (98 273m Kgn    ΔP L =2 40 . 005 . 12 83 . 0 50 02 . 02  =150.65 Pa 2、局部压力损失 dLP22   =205 . 12 83 . 0 1 . 02 =6.026 Pa ε—异形管件的局部阻力系数,可以在有关手册中查到或通过实验求得。 v—与ε相对应的断面平均气流速度,m/s ρ—烟气密度,Kg/ m3 L 1 =0.05xtan67.5o =0.12m a、除尘器进气管的阻力损失计算 如图所示,进气管管道计算如下: 渐缩管的计算 α≤45o 时ε=0.1 取α=45o v=12.05m/s 205 . 12 83 . 0 1 . 022 2   P =6.026 Pa 设两个均为 90o 弯头 D=400 m m 取 R=1.5D 则ε=0.175 第 10 页 22 05 . 12 83 . 0 175 . 022 2     nP =21.09 Pa 渐扩管的计算 4 5 . 0 5 . 03988 . 0 14 . 3221 AA=0.50 查《化工原理》附表 则ε=0.25 205 . 12 83 . 0 25 . 022 2   LP =15.06 Pa L 3 =25 . 67 tan ) 4 . 0 5 . 0 ( =0.12 m b、除尘器出气管的阻力损失的计算 如图所示,出气管管道计算如下: 渐扩管的计算 α≤45o 时ε=0.1 取α=30o v=12.05m/s 205 . 12 83 . 0 1 . 022 2   P =6.026 Pa L4=25 . 67 tan ) 4 . 0 5 . 0 ( =0.12 m 两个 90o 弯头 D=400 m m, 取R=1.5D 则ε=0.175 第 11 页 22 05 . 12 83 . 0 175 . 022 2     nP =21.09 Pa C、对于 T 型三通 ε=0.55 205 . 12 83 . 0 55 . 022 2   P =33.14 Pa 则系统总阻力[其中锅炉出口前阻力 550Pa,除尘器阻力 1400Pa(一般为1200~1500Pa)] ∑h=150.65+6.026+6.026+21.09+15.06+6.026+21.09+33.14+550+1300 =2106.70 Pa 8 2.2.8 风机和电机的选择和计算 1、标准状态下风机风量的计算 Q 1 =98 273325 . 101 433 3600 918 . 0 1 . 1273325 . 101 ) 273 ( 1 . 1     Bt Qp=5961.47m3 /h 1.1—风量备用系数 B—当地大气压 KPa Q—标准状态下风机前的风量,m3 /h t p —风机前烟气温度O C,若管道不长,可以近似取锅炉排烟温度 2、风机风压的计算 36 . 1 98 ) 200 273 (293 . 1 325 . 101 ) 160 273 ( ) 111 70 . 2106 (2 . 1) 273 (293 . 1 325 . 101 ) 273 )( (2 . 1            Py B tt Sy hHyyp =2154.79 Pa 1.2—风压备用系数 ∑Δh—系统总阻力,Pa t p —风机前烟气温度O C ty —风机性能表中给出的实验用气体温度,O C Py—标准状态下烟气密度 1.36 Kg/ m3 Sy—烟囱产生的抽力,Pa 根据 Hy 和 Qy 选定 Y8-39 的引风机,性能表如下 型号 全压/ 风量/ 功率 转速/(r/min) 第 12 页 (Pa) (m3 /h) /Kw Y8-39 2136~5762 2500~26000 3~37 2850 3、电动机功率的计算 Kwy yQyHyNe14 . 895 . 0 6 . 0 1000 36003 . 1 79 . 2154 47 . 59611000 36002 1      Qy—风机风量, Hy—风机风压 Y 1 —风机在全头时的效率(一般为 0.6) y 2 —机械传动功率(用 V 形带动传动时 =0.95)  —电动机备用系数,对引风机 =1.3 根据电动机的功率,风机转速,传动方式,选定 Y160L-6 型电动机(功率是 11 Kw) 性能参数如下: Y160L-6 型电动机性能表 功率(Kw) 型号 转速r/min 效率(%) 功率因数cos  11 Y160L-6 970 87 0.78 3. 填料塔的设计及计算 1 3.1 吸收 SO 2 2 的吸收塔的选择 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 第 13 页 200~1000Pa 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12~15 m3/(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。 第 14 页 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 通过比较各种设备的性能参数,填料塔具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点,具有很高的脱硫效率,所以选用填料塔吸收二氧化硫。 2 3.2 脱硫方法的选择 1 3.2.1 工艺比较 湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤 SO 2 烟气以除去 SO 2 的技术 本设计为高浓度 SO 2 烟气的湿法脱硫 近年来尽管半干法和干法脱硫技术及其应用有了较大的发展空间,但是湿法脱硫仍是目前世界上应用最广的脱硫技术,其优点是技术成熟,脱硫效率高,操作简便,吸收剂价廉易得适用煤种范围广,所用设备较简单等优点。常用方法有石灰/石灰石吸收法、钠碱吸收法、氨吸收法 其工艺比较见下表: 项目 优点 缺点 石灰/石灰石吸收法 脱硫效率高,吸收剂资源广泛,价格低廉,副产品石膏可用建筑材料 系统复杂,占地面积大,造价高,容易结垢造成堵塞,运行费用高,只使用大型电站锅炉 氢氧化钠吸收法 价格便宜,脱硫效率高,副产品的溶解度特性更适用加热解吸过程,可高温下NaHSO 3 转换成Na 2 SO 3 ,丧失吸收二氧化硫的能力 第 15 页 循环利用,吸收速度快 氨吸收法 脱硫效率高,运行费用低 吸收剂在洗涤过程中挥发产生氨雾,污染环境,投资大 综合本工艺流程图及上述几种常用脱硫的优缺点比较,经过比较全面考虑,最终我们组选用钠碱吸收法进行脱硫,即采用 NaOH 来吸收烟气中的 SO 2 ,再用石灰石中和再生,再生后的溶液继续循环利用。该法吸收剂采用钠碱,故吸收率较高,可达 95%,而且吸收系统内不生成沉淀物,无结垢和阻塞问题。 其反应机理: 2NaOH + SO 2 → Na 2 SO 3 + H 2 O Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O → 2NaHSO 3 Na 2 SO 3 同样可以吸收 SO 2 ,达到循环吸收的效果。 2 3.2.2 工艺流程介绍 1.工艺流程介绍 含 SO 2 烟气经除尘、降温后送入吸收塔,塔内喷淋含 NaOH 溶液进入洗涤净化,净化后的烟气排入大气。从塔底排出的吸收液被送至再生槽加 CaCO 3 惊醒中和再生.将再生后的吸收液经固液分离后,清夜返回吸收系统;所得固体物质加入 H 2 O重新浆化后,鼓入空气进行氧化可得石膏. 2.工艺过程 一、脱硫反应: Na2SO3 + SO2 → NaSO3 + CO2↑ (1) 2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O (2) Na2SO3 + SO2 + H2O → 2NaHSO3 (3) 其中: 式(1)为启动阶段 Na2CO3 溶液吸收 SO2 的反应; 式(2)为再生液 pH 值较高时(高于 9 时),溶液吸收 SO2 的主反应; 式(3)为溶液 pH 值较低(5~9)时的主反应。 二、氧化过程(副反应) Na2SO3 + 1/2O2 → Na2SO4 (4) 第 16 页 NaHSO3 + 1/2O2 → NaHSO4 (5) 三、再生过程 Ca(OH)2 + Na2SO3 → 2 NaOH + CaSO3 (6) Ca(OH)2 + 2NaHSO3 → Na2SO3 + CaSO3•1/2H2O +3/2H2O (7) 四、氧化过程 CaSO3 + 1/2O2 → CaSO4 (8) 式(6)为第一步反应再生反应,式(7)为再生至 pH>9 以后继续发生的主反应。脱下的硫以亚硫酸钙、硫酸钙的形式析出,然后将其用泵打入石膏脱水处理系统,再生的 NaOH 可以循环使用。 3 3.3 填料的选择 填料是填料塔的核心,它提供了塔内气液两相的接触面而且促使气液两相分散,液膜不断更新,填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面,有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。填料的种类很多,大致可分为实体填料与网体填料两大类。实体填料包括环形填料(如拉西环、鲍尔环和阶梯环),鞍型填料(如弧鞍、矩鞍),以及由陶瓷、金属、塑料等材质制成的填料。网体填料主要是由金属丝网制成的填料,如鞍形网、波纹网等。鲍尔环由于环壁开孔,大大提高了环内空间及环内表面的利用率,气流阻力小,液体分布均匀。与其它填料相比,鲍尔环的气体通量可增加 50%以上,传质效率提高 30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。 结合几种填料的优缺点最终决定本次设计选择塑性鲍尔环作为填料。 4 3.4 填料塔的计算 1 3.4.1 物料衡算 衡算式:V(Y 1 -Y 2 )=L(X 1 -X 2 ) y 1 = 001 . 0 4 . 226436 . 6  =0.00223 y 2 =y 1 (1-95%)=0.00223 ³ (1-95%)=0.000111 对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为 X 2 =0 惰性气体流量 V=4 . 223600 918 . 0 ³(1-0.00223)=147.21kmol/h 第 17 页 Y 1 =y 1 /(1-y 1 )=0.00223/(1-0.00223)=0.00223 Y 2 =y 2 /(1-y 2 )=0.000111/(1-0.000111)=0.000111 查得总压 101.3K P a,温度 293K 条件下 SO 2 在水中 亨利系数 E=3.55³103 KPa 相平衡常数04 . 353 . 10110 55 . 33 PEm 溶解度系数 H=0.0156kmol/m3 ²KPa 最小液气比: min) ( VL=2112XmYY Y=004 . 3500223 . 0000111 . 0 00223 . 0=33.30 取操作液气比 30 . 33 4 . 1 ) ( 4 . 1min  VLVL=46.62 L=46.62³147.21=6862.93kmol/h 由 V(Y 1 -Y 2 )=L(X 1 -X 2 )知 X 1 =X 2 +LV(Y 1 -Y 2 )=0+ ) 000111 . 0 00223 . 0 (93 . 686221 . 147  =0.000045 2 3.4.2 塔径的计算 在常压零摄氏度下 SO 2 的密度为 2.927 填料的相关参数: 品名(鲍尔环 ) 径³高³厚 mm³mm³mm 比表面积 (m2 /m 3 ) 空隙率 % 干填料因子 L/m 种类 1 16³16³1 188 0.91 275 种类 2 25³25³1.2 175 0.90 239 种类 3 38³38³1.4 115 0.89 220 种类 4 50³50³1.5 93 0.90 127 种类 5 76³76³2.6 73 0.92 94 计算如下: 1.塔底液化气速计算 L′=L³M L =6862.93³40=274517.2kg/h 第 18 页 V'=273293 3600 918 . 0 '  TQT=3547m3 /h G′=ρ G ³V'=1.36³3547=4823.92kg/h 其中 ρ G ―气体密度 kg/s ρ L ―液体密度 kg/s L′―液体的质量流量 kg/s G′―混合气体的质量流量 kg/s 查图 Eckert 的横坐标 5 . 0 5 . 0)105036 . 1)(92 . 48232 . 274517( ) ( )''(  LGGL=2.05 在关联图上查到与乱堆填料的泛点线查得纵坐标 Y=2 . 02LLGfgu=0.010 选用 50mm³50mm³1.5mm 的塑料鲍尔环为乱堆填料 填料因子 ø=94L/m φ=L 水=1000/1050=0.95 200 C 时溶液黏度取 20 0 C 水的黏度 µL =1.0050mPa²s 泛点气速 u f =5 . 02 . 05 . 02 . 0)0050 . 1 36 . 1 95 . 0 941050 8 . 9 010 . 0( )010 . 0(   L GL g =0.92m/s 2.计算塔径 D 空塔气速为泛点气速的 50%~80% 取 u =80% u f =0.8³0.92=0.736m/s 时 D=736 . 0 3600 14 . 33547 4 4 uQ=1.31m 根据国内压力容器公称直径进行校正得 D=1.35m 3.塔径核算 a、气速核算 在新的塔径下核算空塔气速 2 235 . 1 14 . 33547 4 4' DVuS=0.69m/s 92 . 069 . 0 'fuu=0.75 第 19 页 符合空塔气速为泛点气速的 50%~80%的要求。 b、喷淋密度 最小喷淋密度 Umin=(L w ) min a t 填料比表面积 a t =73m-1 最小湿润率(L w ) min = 0.08m3 /(m²h)直径<75mm 的环形材料; 0.12m3 /(m²h) 直径>75mm 的环形材料 这里取(L w )=0.12m3 /(m²h) 故 Umin =0.12³73=8.76m3 /(m²h) 在新的塔径下核算喷淋密度 U=LL'³0.785³D2 = 10502 . 274517³0.785³1.352 =182.74m 3 /(m²h)> Umin 设计合理 c、核算径比 076 . 035 . 1dD= 17.76>10 可避免壁流现象,核算符合要求 3 3.4.3 填料塔高度的计算 用清水吸收属于中等溶解度的吸收,气膜阻力和液膜阻力都应考虑,本设计属于低浓度气体的吸收,塔内气体和液体的摩尔流量变化较小,其提及吸收系数可视为常数,采用计算公式 Z=H OG ²N OG 1.相总传质高度 H OG (m)的计算 液相物性数据 在低浓度吸收过程中,溶液的物性数据可以近似取纯水的物性数据,由手册查得,20°C 时水的有关数据如下: 密度ρ L =1050 kg/m3 黏度 µL =0.001Pa²s=3.6 Kg/(m²h) 表面张力 ó=72.6dyn/cm=940896Kg/h2 SO 2 在水中的扩散系数 D L =1.47³10-5 cm 2 /s=5.29³10 -6 m 2 /h 混合气体的黏度可近似取为空气的黏度 查手册得 20°C 空气的黏度 µ V =1.81³10-5 Pa²s=0.065Kg/(m²h) 查手册得 SO 2 在空气中的扩散系数 D V =0.108 cm2 /s=0.039m 2 /h 气相总传质单元高度采用修正的恩田美联式计算: 第 20 页 } ) ( ) ( ) ( ) ( 45 . 1 exp{ 12 . 0205 . 0221 . 0 75 . 0L t LLLt LL tLLCtwaUga UaUaa       查表地,ó C =40 dyn/cm=518400Kg/h2 (1 dyn/cm=12960Kg/h 2 ) 液体质量流量 U L =6862.93³40/0.785³1.352 =191881.17 Kg/(m 2 ²h) 85 . 0} )73 940896 105017 . 191881( )10 27 . 1 105073 17 . 191881( )6 . 3 7317 . 191881( )940896518400( 45 . 1 exp{ 12 . 0205 . 08 221 . 0 75 . 0     twaa气膜吸收系数由下式计算: 气体质量流量 U V =235 . 1 785 . 036 . 1 3547=3371.81 Kg/(m2 ²h) ) ( ) ( ) ( 237 . 0317 . 0RTD aD aUV tV VVv tVG   ) /( 030 . 0)293 314 . 8039 . 0 73( )039 . 0 36 . 1065 . 0( )065 . 0 7381 . 3371( 237 . 02317 . 0kpa h m kmol     液膜吸收系数由下式计算: 312132) ( ) ( ) ( 0095 . 0LLL LLL wLLgD aU  h m/ 54 . 2)105010 27 . 1 6 . 3( )10 29 . 5 10506 . 3( )6 . 3 73 85 . 017 . 191881( 0095 . 031821632     k G α=k G a w φ1.1 =0.030³0.85³73³0.95 1.1 =1.76 Kmol/m2 ²h²KPa k L α= k L a w φ0.4 =2.54³0.85³73³0.95 0.4 =154.41h -1 fUU=75%>50% 由 'Gk α=[1+9.5(fUU-0.5)1.4 ] kG α 'Lk α=[1+2.6(fUU-0.5)2.2 ] kG α 第 21 页 得 'Gk α=[1+9.5(0.75-0.5)1.4 ] ³1.76=4.16Kmol/m 2 ²h²KPa 'Lk α=[1+2.6(0.75-0.5)2.2 ]³154.41=173.43 h -1 H—溶解度系数 H=sLEm=0.0156 Kmol/m3 KPa ) /( 67 . 10156 . 0 43 . 173116 . 4111 113KPa h m kmola H aa KL GG    mP aVa KVHGYOG61 . 035 . 1 785 . 0 3 . 101 67 . 121 . 1472      其中, U v 、U L —气体、液体的质量通量,kg/(m2 ²h); µ V µ L -气体、液体的黏度,kg/(m²h) 【1Pa²s=3600 kg/m²h】; ρ v 、ρ L -气体、液体的密度,kg/m3; D V 、D L -溶质在气体、液体中的扩散系数,m2 /s; R-通用气体常数,8.314(m3 ²kpa)/(kmol²K); T-系统温度,K; a t -填料的总比表面积,m2 /m 3 ; a w -填料的润湿比表面积,m2 /m 3 ; g-重力加速度,1.27³108 m/h; ó L -液体的表面张力,kg/h2 (1dyn/cm=12960kg/h 2 ) ó c -填料材质的临界表面张力,kg/h2 (1dyn/cm=12960kg/h 2 ) φ-填料形状系数。 2、气相总传质单元数 N OG 的计算 采用对数平均推动力法 G′=V(Y 1 -Y 2 )=147.21³(0.00223-0.000111)=0.31 由 G′=V(Y 1 -Y 2 )=L(X 1 -X 2 ) Y 1 =0.00223 Y 2 =0.000111 X 1 =0.000045 第 22 页 X 2 =0 00031 . 0000111 . 00006532 . 0ln0005422 . 00 04 . 35 000111 . 0000045 . 0 04 . 35 00223 . 0ln) 0 04 . 35 000111 . 0 ( ) 000045 . 0 04 . 35 00223 . 0 (ln) ( ) (2 21 12 2 1 1         Ye YYe YYe Y Ye YYm 84. 600031 . 0000111 . 0 00223 . 02 1YmY YN OG Z= N OG ³H OG =6.84³0.61 =4.17m 填料层的设计高度一般为 Z’=(1.2~1.5)Z, Z’=1.5³4.17=6.25m 设计取填料层高度为 Z=7m 对于鲍尔环 h/D=5~10,Hmax<=6m , 取 h/D=6, 则 h=6³1350=8100mm,计算得填料层高度为 7000mm,故不需分层 4 3.4.4 压力降的计算 X=5 . 0 5 . 0)105036 . 1)(92 . 48232 . 274517( ) ( )''(  LGGL=2.05 Y=2 . 02LLGgu=0.010³0.64=0.0064 由 X=2.05 Y=0.0064 查图得 压降约为 P M =50mmH 2 O/mm 处 即 P M =05 . 07 10 10 807 . 94  =3.43³103 Pa 5 3.5 填料塔的附件选择 第 23 页 选用筛孔盘式分布器,进口管径为 400mm,进口风速为 12.05m/s,阻力约为400Pa 选用多孔盘管式液体分布器,阻力约为 50Pa 选用液封排液装置 选用丝网除尘器,出口管径为 250mm,阻力为 100Pa 1、管道局部阻力计算 根据工艺流程,填料塔至烟囱间附属 3 个 90o 弯头,如图所示: 取 D=400mm R=1.5D  =0.175 23 05 . 12 83 . 0 175 . 022 2     nP =31.63Pa 系统总阻力总P  =3430+400+200+50+100+31.63=4211.63Pa 2、风机和电机的选择 引风机全压力可按下式计算 dP  =1.2 P  由上式可得dP  =1.2  4211.63=5053.956Pa 所以风机的全压力为 5053.956Pa 引风机的风量 ) / (325 . 1012732731 . 13h mBtQ Vpd  第 24 页 ) / ( 47 . 596198325 . 101273160 2733600 918 . 0 1 . 13h m     综合风机全压及送风量,选用 G4-32-11 型号的引风机,性能参数如下: G4-32-11 型号引风机性能表 型号 全压(Pa) 风量(m3 /h) 电机功率(Kw) G4-32-11 3678-8564 2460-29000 11-75 电机功率的计算 KwHy QyNe17 . 1995 . 0 6 . 0 1000 36003 . 1 76 . 5076 47 . 59611000 36002 1       根据电机功率,选用 Y180M-2 型电动机,电机性能参数如下: 型号 功率(Kw) 电流(A) 转速(r/min) 效率(%) Y180M-2 22 42.2 2940 89 4. 课程设计总结 经过两周的努力,本次课程设计顺利完成。设计中首先对锅炉用煤进行耗空气量,烟气流量,烟气灰分及二氧化硫浓度的计算。第二部分主要介绍了袋式除尘器的原理,性能影响因素,以及为运行选定参数。第三部分主要是填料塔的设计。在计算过程中涉及到管道的布置和烟囱的设计。 通过本次课程设计提高了我的逻辑思维能力以及对材料的整合和筛选能力,这对于我今后的研究和学习有很大的帮助,通过了整个课程设计方案的描述,让我更加全面的拓宽自己的思考能力。 通过此次课程设计,让我更加重视对实际工作的关注,有利于提高我的理论联系实际能力。通过这次学习,我知道了如何去自觉学习,如何去体验实践的成果,如何在实践中享受胜利的喜悦。 通过此次设计,我对袋式除尘器的工作原理,性能影响因素有了一个全面 第 25 页 的认识,对其各部分尺寸的设计也有了一定的了解。 对于我来说,独自完成课程设计是相当困难的,它的完成与老师和同学的合作是密不可分的,在共同的努力中我感受到了团队的合作力量,团队的温暖,工作的同时也增进了我们的友谊,我想我们每个人都会为我们共同努力的汗水所骄傲和自豪。两周的努力结果可能不尽人意,但是我们付出了。这两周虽然很辛苦,但很充实,遗忘的知识又重新在头脑中熟悉,通过对此次课程的设计准备,学到了更多新知识。付出了许多,但是收获的更多。感谢老师在此次设计中给予我的帮助。 第 26 页 参考文献 1. 贾绍义、柴诚敬,《化工原理课程设计》 2. 熊振湖、费学宁、池勇志等,《大气污染防治技术及工程应用》 3. 马广大,《大气污染控制工程》 4. 胡洪营,《环境工程原理》,高等教育出版社 5. 李功祥等,《常用化工单元及设备设计》,华南理工大学出版社 6. 余国琮,《化工机械工程手册》,化学工业出版社,2003 7. 路秀林等,《化工设备设计全书—塔设备》,化学工业出版社,2004 8. 《化学工程手册-第三卷》,化学工业出版社 9. 《化工工艺设计手册》,化学工业出版社 10. 董大勤等,《压力容器与化工设备衫手册》,化学工业出版社 11. 王志魁 《化工原理》 化学工业出版社 左宗义等 《画法几何与机械制图》 华南理工大学出版社

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