XX大学
环境工程专业课程设计说明书大气污染控制工程部分
QXF65-39型锅炉高硫无烟煤烟气袋式除尘湿式脱硫系统设计
学生： XXX 学号
专业：环境工程
指导教师：万老师
2016年06月
QXF65-39型锅炉高硫无烟煤烟气
袋式除尘湿式脱硫系统设计
摘要
在QXF65-39型锅炉高硫无烟煤产生的大气污染物含尘浓度为2310mg/m3，SO2的浓度为3300mg/m3，而烟气烟尘最高允许排放浓度为50mg/m3，SO2最高允许排放浓度为300mg/m3。因此，利用袋式除尘器使尘粒从气流中分离，然后采用湿式石灰石/石灰法去除SO2，使高硫无烟煤燃烧产生的烟气被净化。本论文主要介绍了袋式除尘器和石灰石/石膏法脱硫工艺的工作原理、特点以及其对应设备的设计过程。通过本次课程设计，进一步巩固课程所学习的核心容，掌握设计的容以及相关参数的选择与计算，并使所学知识系统化，学会综合运用所学的理论知识独立分析和解决大气污染控制工程实际问题的实践能力。
关键字：袋式除尘器，石灰石/石灰法，喷淋塔，湿式脱硫
目录
1引言 (1)
2净化系统设计方案分析 (1)
2.1袋式除尘器概述 (1)
2.1.1袋式除尘器的工作原理 (1)
2.1.2袋式除尘器的特点 (2)
2.1.3运行参数的选择与设计 (2)
2.1.4袋式除尘器净化效率的影响因素 (2)
2.2湿式石灰石/石灰法脱硫系统设计 (3)
2.2.1 湿式石灰石/石灰法的工作原理及特点 (3)
2.2.2 运行参数的选择和设计 (4)
2.2.3 脱硫效率的影响因素 (4)
3烟气污染物排放量计算 (4)
3.1 原始资料 (4)
3.2 计算 (5)
4除尘设备结构设计与计算 (7)
4.1滤料的选择 (7)
4.2除尘器的形式 (7)
4.3袋式除尘器的清灰方式 (7)
4.4除尘器的尺寸设计 (8)
4.4.1过滤总面积的计算 (8)
4.4.2每条滤袋面积的计算 (8)
4.4.3滤袋条数的计算 (8)
4.4.4滤袋的布置 (9)
4.4.5除尘器袋室的计算 (9)
4.4.6除尘效率的计算 (9)
4.4.7压力损失的取值 (9)
5脱硫设备结构设计与计算 (9)
5.1喷淋塔流量的计算 (9)
5.2喷淋塔塔径的计算 (10)
5.3喷淋塔高度的计算 (10)
5.4脱硫设备喷的校核 (13)
6烟囱设计计算 (13)
6.1 烟囱高度的设计计算 (13)
6.2 烟囱出口径 (14)
6.3 烟囱底部直径 (14)
6.4 烟囱阻力的计算 (14)
6.5烟囱高度的校核 (15)
7管道系统设计及阻力计算 (15)
7.1 管径的计算 (16)
7.2 摩擦阻力损失计算 (16)
7.3 局部阻力损失计算 (16)
7.4管道气体流动的总压力损失 (17)
7.5系统总阻力 (17)
8风机电机的选择 (17)
8.1 风机风量的计算 (17)
8.2风机风压的计算 (17)
结束语 (18)
致 (18)
参考文献
附图
1引言
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。中国的大气环境污染仍以煤烟型为主，主要污染物为颗粒物和SO2。大气污染物对人体健康、植物、器物和材料，及大气能见度和气候皆有重要影响。空气质量的日益恶化，使得对大气污染物排放及烟气净化处理要求更严格。大气的污染主要是由于燃料的不完全燃烧引起。
针对含尘烟气，除尘装置包括机械除尘器（如重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器）、电除尘器以及袋式除尘器等。脱硫技术可分为湿法、干法和半干法。湿法系统是指利用碱性溶液或含触媒离子的溶液，吸收烟气中的SO2，主要技术有湿式石灰石/石灰法、氧化镁湿法、氨法、海水法等。干法脱硫是利用固体吸附剂和催化剂在不降低烟气温度和不增加湿度的条件下，除去烟气中的SO2，主要是循环流化床法等。半干法烟气脱硫是在气、液、固三相中进行脱硫的，脱硫产物也是干粉状，主要有喷雾干燥法等。本设计采用带式除尘器和湿式石灰石/石灰法对含尘烟气进行处理。该系统能够使高硫无烟煤燃烧产生的烟气能较大程度的被净化，从而达到大气污染物的排放标准，避免使大气造成污染。
2净化系统设计方案分析
2.1袋式除尘器概述
2.1.1袋式除尘器的工作原理
如下图，含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料表面孔隙时，粉尘被捕集与滤料上，透过滤料的清洁空气由排气口排出。沉积在滤料表面上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入斗中。粉尘在滤袋上的积聚会增加气体通过滤袋的阻力，因而需要及时清灰，以免阻力过高，造成除尘效率下降。
袋式除尘器的工作机理是粉尘通过滤料时产生的筛滤、惯性碰撞、粘附、扩散和静电等作用而被捕集。
滤袋
图2.1 袋式除尘器简图
2.1.2袋式除尘器的特点
（1）优点：
袋式除尘器对净化含微米或亚微米数量级的粉尘粒子的除尘效率较高；这种除尘器可一捕集多种干性粉尘；含尘气体浓度在相当大的围变化对袋式除尘器的除尘效率和阻力影响不大；袋式除尘器可设计制造出适应不同气量的含尘气体要求的型号；袋式除尘器运行稳定可靠，没有污泥处理和腐蚀等问题，操作和维护简单。
（2）缺点：
袋式除尘器的应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能所影响；不适用于净化含粘结和吸湿性强的粉尘的气体；据概略的统计，用袋式除尘器净化大于17000m3/h的含尘烟气量所需的投资费用要比电除尘器高。而用其净化小于17000m3/h的含尘烟气量时，投资费用比电除尘器省。
2.1.3运行参数的选择与设计
（1）滤袋形状一般有圆袋和扁袋。圆袋直径一般为120~300mm，最大可达600mm；（2）滤袋长度一般取2~3.5m；
（3）每组相邻两滤袋之间的净距一般为50~70mm，组与组之间以及滤袋与壳体之间距离一般取600~800mm；
（4）过滤速度：简易清灰0.20~0.75m/min，机械振动清灰1.0~2.0m/min，逆气流反吹清灰0.5~2.0m/min，脉冲喷吹清灰2.0~4.0m/min。
2.1.4袋式除尘器净化效率的影响因素
（1）滤布及粉尘层的影响：滤布是袋式除尘器的主要部件，滤布的性质不仅直接影响除尘效率，而且对压力损失、操作维修等影响很大。同时，滤布上粉尘层的厚度对除尘效率影响也很大。清洁滤布上无粉尘层，除尘效率最低。积尘后效率逐渐提高至最大值，振打清灰后效率有所降低。
（2）过滤速度的影响：袋式除尘器的过滤速度指气体通过滤布的平均速度，也称气布比。选用高的过滤速度，处理相应体积的烟气所需要的滤布面积小，则除尘器体积、占地面积、一次投资等都会减小，但除尘器的压力损失会加大。过滤速度的大小主要影响惯性碰撞和扩散作用。
（3）滤料的影响：滤料的性能对袋式除尘器的操影响很大。选择滤料时必须考虑含尘气体的特征，性能良好的滤料应容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低、使用寿命长、同时具备耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。
2.2湿式石灰石/石灰法脱硫系统设计
2.2.1湿式石灰石/石灰法的工作原理及特点
（1）原理
石灰石/石灰法湿法烟气脱硫是采用石灰石或者石灰浆液脱除烟气中的SO2的方法。该方法开发的较早，工艺成熟，吸收剂廉价易得，因而应用广泛。
化学反应原理：用石灰石/石灰法或者石灰浆液吸收烟气中的SO2，首先生成亚硫酸钙：
石灰石：CaCO3+SO2+0.5H2O → CaSO3·0.5H2O+CO2↑
石灰：CaO+SO2+0.5H2O → CaSO3·0.5H2O
然后亚硫酸钙再被氧化成硫酸钙。
表2.1 石灰石和石灰法湿法烟气脱硫的反应机理
脱硫剂石灰石石灰
溶解反应SO2（气）+H2O→SO2（液）+H2O
SO2（液）+H2O→H2SO3
H2SO3→H++HSO3-→2H++SO32-
SO2（气）+H2O→SO2（液）+H2O
SO2（液）+H2O→H2SO3
H2SO3→H++HSO3-→2H++SO32-
解离反应H++CaCO3→Ca2++HCO3-
CaO+H2O→Ca(OH)2
Ca(OH)2→Ca2++2OH-
吸收反应中和反应
Ca2++SO32-+0.5H2O→CaSO3·0.5H2O
Ca2++HSO3-+2H2O→CaSO3·2H2O+H+
H++HCO3-→H2CO3
H2CO3→CO2+ H2O
Ca2++SO32-+0.5H2→CaSO3·0.5H2O
Ca2++HSO3-+2H2O→CaSO3·2H2O+H+
H++OH-→H2O
总反应CaCO3+SO2+0.5H2O→CaSO3·0.5H2O+CO2↑CaO+SO2+0.5H2O→CaSO3·0.5H2O
（2）特点
优点：脱硫效率高，吸收剂利用率高；适用于大容量机组；技术成熟，运行可靠性好；吸收剂资源丰富，价格便宜；脱硫副产物便于综合利用。
缺点：脱硫设备设备腐蚀，易结垢；除尘器和脱硫设备投资费用高，占地面积大；脱硫设备耗水量相对较大，有少量污水排除。
2.2.2运行参数的选择和设计
（1）喷淋塔烟气流速：合适的流速围为3~4.5m/s，取4 m/s；
（2）烟囱出口处的风速，朔州年平均风速为2.5~4.5m/s，取4 m/s；
（3）液气比（L/G）：一般为15~25L/min，取20 L/min；
（4）吸收反应时间t ，一般石灰系统的烟气脱硫时间为3~5s，取4s；
（5）浆液停留时间，一般为4~8min，取5min。
（6）烟囱椎角i通常取i= 0.02~0.03，取i=0.02；
（7）摩擦阻力系数λ，可查手册得到实际中对金属管道λ值取0.02；
（8）管道的局部阻力系数取ξ，取ξ=0.25。
2.2.3脱硫效率的影响因素
（1）浆液PH：PH较高时，CaSO3的溶解度有明显下降，CaSO4溶解度变化不大。PH 降低时会造成CaSO3沉积在石灰石粒子表面，即所谓的包固现象。
（2）石灰石粒度：CaCO3粒度的一般要90%通过325目，纯度要求大于90%。
（3）液气比：试验表明，液气比在5.3L/m3以上时，SO2去除率平均为87%；液气比小于5.3L/m3时，SO2去除率平均为78%。
3 烟气污染物排放量计算
3.1 原始资料
锅炉型号：QXF65-39即，强制循环沸腾炉，蒸发量65t/h，出口蒸汽压力39MPa 设计耗煤量：8.5t/h
设计煤成分：C Y=56% H Y=10% O Y=4% N Y=1% S Y=3% A Y=12% W Y=4% V Y＝8％属于高硫无烟煤。
排烟温度：160℃。
空气过剩系数：1.2。
飞灰率：35％。
烟气在锅炉出口前阻力：900Pa。
污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准GB13271-2001中2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250m，90°弯头50个。3.2 计算
以1kg煤燃烧为基础，则：
表3.1 煤成分
质量/g物质的量/mol理论需氧量/mol理论烟气量/mol
C Y560 46.7 46.7 46.7
H Y100 100 25 50
O Y40 2.5 -1.25 0
N Y10 0.714 0 0.357
S Y30 0.9375 0.9375 0.9375
A Y120 0 0 0
W Y40 2.22 0 0
V Y80 0 0 0
（1）理论需氧量
46.7+25-1.25+0.9375=71.39mol/kg （煤）
（2）理论空气量
71.39(1+3.78)=341.24mol/kg （煤）
? 即：
322.4341.247.64/(煤)1000
N m kg ?
= （3）理论烟气量
46.7500.93750.35771.39 3.78=367.85/（煤）mol kg ++++?
即：
3
22.4367.858.23/（煤）1000
N m kg ?
= （4）实际烟气量
空气的过剩系数：21.α=
003
(1)8.237.64(1.21)9.76/（煤）
fg fg a N V V V m kg α=+-=+?-=
式中：fg V —实际烟气量，kg /m N 3
；
fg V —理论烟气量，kg m N /3；
0a V —理论空气量，kg m N /3
；
α—空气过剩系数。
工况下的烟气量为：
/kg m .=..×+×.=P P T T V=V N 3
00
561578
100325101273160273769
式中：V —工况下的烟气量，3
/N m kg
0V —标准状况下的烟气量，3
/N m kg
T —排烟温度，℃；
0T —标准状态下的温度，K ； P —当地大气压，kpa ；
0P —标准状态下的大气压，kpa 。 （5）实际的烟气流量
h
/m ...q N v 3
4310×38=769×10×58=
工况下的烟气流量
h
/m ...Q N v 35310×321=5615×10×58=
（6）烟尘浓度
飞灰率＝35％
3
32700=702=56
1535×120=N
N m /m /..C mg g %烟尘 （7）SO 2浓度
3
33870=873=56
15×=N
N m /m /..C mg g 640.94烟尘
4 除尘设备结构设计与计算
4.1滤料的选择
结合下表，玻璃滤料使用条件为气体温度超过410K但低于530K，已知排烟温度在此围，因此选择的滤料为玻璃滤料。
表4-1 带式除尘器使用情况
粉尘种类纤维种类清灰方式过滤气速（m/min)
逆气流脉冲喷吹机
飞灰（煤）玻璃，聚四氟乙烯
0.58~1.8
械振动
飞灰（油）玻璃逆气流 1.98~2.35 水泥玻璃丙烯酸系聚酯机械振动0.46~0.64
4.2除尘器的形式
袋式除尘器的滤袋形状有圆筒型和扁平型两种。其中圆筒型滤袋应用广泛，结构和连接简单，易于清灰且受力均匀。扁平形与圆袋相比，同体积的除尘器可多布置20%~40%的过滤面积。但是其结构较复杂，清袋和换袋比较困难，且制作要求高，滤袋之间易被粉尘堵塞。本设计取圆筒型滤袋，其直径一般为120mm~300mm，滤袋长度一般取2~3.5m，滤袋长度和直径之比一般为10~25，最大可达30~40。本设计取d=150mm，l=3m，l/d=20，符合要求。
4.3袋式除尘器的清灰方式
表4.2 袋式除尘器种类及特点
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
通过比较最终决定选用脉冲喷吹袋式除尘器，脉冲喷吹袋式除尘器是一种周期性地向滤袋或滤袋外喷吹压缩空气来达到清灰滤袋上积灰的袋式除尘器。它具有处理风量大、除尘效率高的优点，而且清灰机构没有运动部件，滤袋不受机械力作用，损伤较小，滤袋使用周期长，因而使用广泛。但这种除尘器的结构复杂，投资较大。 4.4除尘器的尺寸设计 4.4.1过滤总面积的计算
60v
F
Q A v = (式4.1)
式中：A —过滤总面积，2m ；
v Q —工况下的烟气流量，h m /3；
F v —过滤气速，min /m ，脉冲喷吹清灰：m in /0.4~0.2m v F =，此处取
min /0.4m ；
则：
25550=4
×6010×321=m .Α
4.4.2每条滤袋面积的计算