热源厂除尘脱硝处理工艺设计课程设计(编辑修改稿)

热源厂除尘脱硝处理工艺设计课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

此防止污染、改善空气环境成为当今迫切的环境任务。 燃煤锅炉排放的二氧化硫严重的污染了我们赖以生存的环境。 我国的大气污染仍是以煤烟型为主，其中粉尘与酸雨危害最大。 因此，净化燃煤烟气中的粉尘和 氮氧化物 是我国改善大气的空气质量和减少酸雨的关键性问题。 粉尘的危害：粉尘的危害不仅取决于它的暴露浓度，还在很大程度上取决于它的组成成分、物理性质、化学性质、粒径和生物的活性等等。 粉尘的成分和物理化学性质是对人体危害的主要因素。 有毒的金属粉尘和非金属粉尘（铬、锰、镐、铅、汞、砷等）进入人体后，会引起中毒以致死亡。 氮氧化物包 括多种化合物，如一氧化二氮 (N2O)、一氧化氮 (NO)、二氧化氮 (NO2)、三氧化二氮 (N2O3)、四氧化二氮 (N2O4)和五氧化二氮 (N2O5)等。 氮氧化物中氧化亚氮（笑气）作为吸入麻醉剂，不以工业毒物论；余者除二氧化氮外， 遇光、湿或热可产生二氧化氮，主要为二氧化氮的毒作用，主要损害深部呼吸道。 一氧化氮尚可与血红蛋白结合引起高铁血红蛋白血症。 人吸入二氧化氮 1 分钟的 MLC 为 200ppm。 大气控制的措施主要包括：严格的环境管理；以环境规划为中心，实行综合防治；制定大气污染的技术政策；控制环境污染的经济 政策；高烟囱扩散；绿化造林；安装废弃净化装置；加强环境科学研究，检测和教育。 据统计，我国目前约有 30 万台中小型燃煤工业锅炉，耗煤量占全国原煤产量的 1/3。 而这些锅炉中，大部分没有安装脱硫设备，致使许多地区酸雨频频发生， 严重危害了工农业生产和人类健康。 因此烟气的脱硫是当前环境保护的一项重要工作。 能拥有烟气脱硫的除尘设备有很多，但要满足运转稳定可靠，不影响生产的同时去除且压力降较小等要求，以袋式除尘器和旋流板为宜。 除尘设备：从气体总去除或捕集固态或液态微粒的设备。 旋风除尘器：对于捕集 5~10μm以上的粉尘 效率较高，其除尘效率可达 80%以上，被广泛地应用于化工、石油、冶金、建筑等工业部门。 旋风除尘器结构简单，除尘器本身无结构部件，不需特殊的附件设备，占地面积小，制造、安装投资少。 操作维护简单，压力损失中等，动力损耗不大，运转、维护费用低。 操作弹性较大，性能稳定，不受含尘气体的浓度、温度的限制。 碎玉粉尘的物理性质无特殊要求，同时可根据化工生产的不同要求，选用不同材料制成，或内衬各种不同的耐磨、耐热材料，以提高使用寿命。 电除尘器：除尘器的除尘效率与电场强度、集尘板面积、烟气流量、粉尘驱进速度，尤其是粉尘的导电 性有关，电除尘器具有很高的除尘效率（可达 %），可捕集 尘粒。 它阻力小，运行费用低，处理烟气量大，运行操作方便，可完全实现自动化。 缺点是设备庞大，投资费用高。 此外对制造、安装质量要求较高。 惯性除尘器：用于净化密度和颗粒较大的金属或矿物性粉尘时，具有较高的除尘效率65%~75%。 对于粘结性和纤维性粉尘，则因易堵塞而不宜采用。 由于净化效率不高，一般只用于多级除尘中的第一级除尘，捕集 10~20μm以上的粗尘 粒。 压力损失一般为 100~1000pa。 袋式除尘器：一种干式高效除尘器，可净化粒径 dp＞ 的含尘气体，除尘效率可达99%以上。 它的阻力一般为 1000~2020pa。 另外，若除尘器阻力过高，还会使除尘系统的处理气体量下降，影响生产系统的排风效果。 因此，除尘阻力达到一定数值后要及时清灰，清灰不能过分，即不应破坏粉尘初层，否则会引起除尘效率显著下降。 由于所用滤布受到温度、腐蚀性等限制，只适用于净化腐蚀性小，温度低于 300℃ 的含尘气体。 湿式除尘器：是应用最多的就是文丘里洗涤器除尘器，文丘里洗涤器的除尘效 率一般在95%以上，它随液滴直径、喉管气速的增加而增加。 当液滴直径比尘粒大 50 倍时，其除尘效率最高。 这种除尘器结构简单，除尘效率高，水滴还能吸收烟气中的二氧化硫和三氧化硫。 其缺点是阻力大，需要有污水处理装置。 1 概述 设计任务书 资料背景 根据本溪市经济开发区总体规划，在开发区建设集中热源厂，以满足开发区企事业单位的供热需求，热源厂承担该地区集中供热的建设，根据供热需求，集中供热中心分三期建设，一期建造一座 300t/h 容量的锅炉，安装一台 29MW 热水锅炉，二期安装一台 58MW 的热水锅炉，三 期安装两台 58MW 热水锅炉。 所使用煤炭为山西出产的烟煤。 要求 收集设计前期资料，确定烟气产量及各项标准，设计烟气除尘脱硝处理工艺， 绘制工艺流程图及总平面布置图。 编制初步设计文件并提交。 设计原始资料（经计算） 设计耗煤量： 排烟温度： 160℃ 烟气密度（标准状态下）： 空气过剩系数： α= 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例： 16% 烟气在锅炉出口前阻力： 800Pa 当地大气压力： 冬季室外空气温度： 13℃ 空气含水（标准状态下）按 烟气其他性质按空气计算 煤的工业分析值： CY=% HY=% SY=% OY=% NY=% WY= % 按锅炉大气污染物排放标准（ GB13271—2020）中二类区标准执行。 烟尘浓度排放标准（标准状态下）： 200mg/m3 氮氧化物 排放浓度（标准状态下） ： mg/m3 除尘器工艺方案的确定 本设计选用旋风除尘器。 旋风除尘器是利用旋风气流产生的离 心力使尘粒从气流中分离的装置。 它具有结构简单、应用广泛、种类繁多等优点，虽然在除尘原理及结构性能方面的研究很多，但由于旋风除尘器内气流和粒子运动状态复杂，准确测定较困难，至今理论研究仍不够完善。 旋风除尘器的优点是结构简单，造价便宜，体积小，无运动部件，操作维修方便，压力损失中等，动力消耗不大；缺点是除尘效率不高，对于流量变化大的含尘气体性能较差。 在机械除尘器之中，旋风除尘器是效率最高的一种，从技术、经济等诸多方面考虑，旋风除尘器压力损失控制范围一般在 5002020Pa。 因此，它属于中效除尘器， 且可用于高温烟气的净化，是应用广泛的一种除尘器，多应用于锅炉烟气除尘、多级除尘以及预除尘。 工艺流程图： 2 烟气量、烟尘和 氮氧化物 浓度的计算 标准状态下的理论烟气量 建立煤燃烧的假定： ； 氮 主要被氧化为 NOx； SO2 的生成。 山西无烟煤的热值 Qdw=26377kJ/kg,设计热效率为 45%。 则电厂的煤炭消耗量为： skg /%452 2 5 8 8 10293 。 以完全燃烧 1kg 为 基准，计算各组分的摩尔数、需氧量和产生烟气量如下： 因此，燃烧 1kg 烟煤需要的理论氧气量为：（ ++） mol=。 需要的实际空气量为 ： （ 1+） = 产生的烟气量为：（ +28++） += 总共产生的烟气量为： = =34803L/s=  m3/h。 NOx 的实际排放量为： =实际 NOx 排放浓度为： 36 / mmg 标准状态下的烟气含尘浓度 标准状态下烟气含尘浓度为： )/( 3mkgQ AdC S Ysh  组分 /mol 质量 /g 摩尔数 /mol 需氧量 /mol 燃烧后烟气量 C 814 （ CO2） H 56 56 14 28 （ H2O） O 106 0 N 0 （ N2） S （ SO2） 式中： sbd ——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数， 16%； YA ——煤中不可燃成分的含量， 15%； sQ ——标准状态下实际烟气量， m3/kg。 结果为： C= （ kg/m3） =2340 （ mg/m3） 3 除尘器的选择 除尘器应达到的除尘效率 CCs1 式中： C —标准状态下烟气含尘浓度， mg/m3； SC —标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值， mg/m3。 结果为： % 除尘器的选择 根据烟尘的粒 径分布或种类、工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定除尘器的种类、型号和规格。 然后确定除尘器的运行参数，如气流速度、压力损失、捕集粉尘量等。 工况下的烟气流量 工况下的烟气流量为：  hmTQTQ /339。 39。  式中： Q ——标准状态下的烟气流量， m3/h； T39。 ——工况下烟气温度， K； T——标准状态下温度， 273 K。 结果为： )/(975439。 Q 3 hm 则烟气的流速为： smQ / 6 0 09 7 5 43 6 0 039。 3 根据工况下的烟气量、烟气的温度以及要求达到的除尘效率来确定除尘器，查阅相关资料，选择 XLD4 型陶瓷多管式旋风除尘器。 产品的性能如下表 和。 表 XLD4 型陶瓷多管旋风除尘器产品性能 型号 配套锅炉容量 处理烟气量 除尘效率 设备阻力 分割粒径 质量 /(J/H) )//(3hm /% /Pa m)/(50d /kg XLD4 4 12020 9295 9321128 2369 表 XLD4 型陶瓷多管旋风除尘器的外型结构尺寸 A B C D E F G H M N 1400 1400 300 50 350 1000 2985 4460 700 4235 图 XLD4 型陶瓷多管旋风除尘器外型结构尺寸 4 管道系统的布置及设计计算 各装置及管道布置的原则 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。 管径的确定 管道直径： )(4 mQd  式中： Q ——工况下管道内烟气流量， m3/s； v ——烟气流速 m/s (对于锅炉烟尘 v=1015 m/s)，取 v=14 m/s。 结果为： md  圆整并选取风道： 表 风道直径规格表 外径 D/mm 钢制板风管 外径允许偏差 /mm 壁厚 /mm 500 177。 1 内径： mm 4 9 8 . 50 . 7 5250039。 d 则由公式 可算出实际烟气流速： 239。 4dQv  结果为： v m/s 5 烟囱的设计 烟囱高度的确定 首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量（ t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定确定烟囱的高度。 表 锅炉烟囱高度表 锅炉总额定出力（ t/h） 小于 1 1~2 2~6 6~10 10~20 20~35 烟囱最低 （ 高度 /m） 20 25 30 35 40 45 已知每台锅炉的额定出力为 4t/h，则锅炉总额定出力为 43=12（ t/h）， 故选取的烟囱高度为 40 m。 烟囱直径的计算 烟囱出口的直径可按下式计算： vQd  （ m) 式中： Q —通过烟囱的总烟气量， m3/h； V —按下表 选取的烟囱出口烟气流速， m/s。 表 烟囱出口烟气流速 通风方式 运行情况 全负荷时 最小负荷 机械通风 10~20 4~5 自然通风 6~10 ~3 代入 hmQ / 3 9 0 1 649 7 5 4 3 ， smv / 15 结果为： md  圆整取 md 1 烟囱底部直径： d1 = d2 + 2iH (m) 式中： d2 — 烟囱出口直径， m； H — 烟囱高度， m； i — 烟囱锥度，通常取 i = ~。 代入 d2 =， H=40m， i= 结果为： md  烟囱的抽力 )()2 7 312 7 31(0 3 4 PaBptktHYS 。