环境工程大气毕业设计

黄石理工学院 毕业设计（论文）

目 录

前言·····················································3 第一章 设计说明书·····································4

1 设计目的···································4 2 设计课题······························ 4

3 设计原始资料····································4 4 设计内容和深度要求·························4 5 提交的设计成果·········································5 6 参考文献················································

第二章 设计方案比较及相关选择·············16

1 烟气脱硫工艺比较、选取确定的工艺··········16 2 针对设计要求及吸收塔本身性能特点，选取吸收设备·· 3 吸收剂的选取····································· 4 除尘器装置的比较及其选择·························

第三章 设计计算书································14

1 烟气量的计算·································14 2 粉尘和SO2浓度的计算·························15 3 除尘系统的设计计算···························15 4 脱硫系统的设计计算····························18 5 烟囱的设计计算······························20 6 管道的设计计算······························22

第四章 工程概算································· 25

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一 投资费用······································25 二 运行管理费用·······························27

参考文献·································28 心得体会·········································· 29

前言

包围地球的空气称为大气。像鱼类生活在水中一样，我们人类生活在地球大气的底部，并且一刻也离不开大气。大气为地球生命的繁衍，人类的发展，提供了理想的环境。它的状态和变化，时时处处影响到人类的活动与生存。

大气科学是研究大气圈层的一门科学。它研究大气的具体情况，包括组成大气的成分、这些成分的分布和变化、大气的结构、大气的基本性质和主导状态的运动规律.大气的运动变化是由大气中热能的交换所引起的，热能主要来源于太阳，热能交换使得大气的温度有升有降。空气的运动和气压系统的变化活动，使地球上海陆之间、南北之间、地面和高空之间的能量和物质不断交换，生成复杂的气象变化和气候变化。大气科学将从气压的变化、气压分布不均形成的气压场和气压系统、各层大气中空气运动的各种情况、风的现象和性质等方面，深入研究大气中各种环流系统、天气系统，以及基于流体力学、热力学研究大气运动的本质和现象。天气，从现象上来讲，绝大部分是大气中水分变化的结果。在太阳辐射、下垫面强迫作用和大气环流的共同作用下，形成的天气的长期综合情况称为气候。大气科学将研究气候的成因，不同区域的气候状况，气候变迁以及人类活动对气候的影响等问题。

大气污染对大气物理状态的影响，主要是引起气候的异常变化。这种变化有时是很明显的，有时则以渐渐变化的形式发生，为一般人所难以觉察，但任其发展，后果有可能非常严重。大气是在不断变化着的，其自然的变化进程相当缓慢，而人类活动造成的变化祸在燃眉，已引起世界范围的殷切关注，世界各地都已动员了大量人力、物力，进行研究、防范、治理。控制大气污染，保护环境，已成为当代人类一项重要事业。

据环保总局介绍，在未来相当长的时期内，我国以煤炭为主的能源格局不会改变，煤炭消耗量将将持续增长。我国发电装机容量中火电装机容量占74%以上，火电机组又以燃煤机组为主，是大气污染物的主要来源之一。中国环境科学研究院和清华大学等单位的研究结果表明，酸雨污染给我国造成的损失每年超过1100亿元。

燃煤锅炉烟气是气体和烟尘的混合物，是城市大气污染的主要原因。烟气的成分很复杂，气体中包括SO2 、CO、CO2、氮氧化物以及碳氢化合物等。烟尘包括

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燃料的灰分、煤粒、油滴以及高温裂解产物等。因此烟气对环境的污染是多种毒物的复合污染

本次毕业设计是对火电厂锅炉烟气脱硫系统进行初步设计。是为了进一步消化和巩固本课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力。通过设计，了解工程设计的内容，方法及步骤，培养学生确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。

补充：摘要与英文翻译

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1.设计任务书

1.1设计课题

火电厂燃煤锅炉烟气脱硫除尘系统初步设计。 1.2设计原始资料

（1）设计参数

设计燃煤量35t/h，空气过剩系数1.3。额定蒸发量为75t/h，煤的成分见表1-1。应用基低位发热量为20350kJ/kg。 表1-1 煤的组成 成分 比例/% C 52.57 H 3.25 O 7.89 N 1.01 S 0.83 A 26.81 W 7.64 V 24.74 （2）烟气性质

最大烟气量180000m3/h，排烟温度150℃，灰飞率80%，烟气最大含尘量15g/m3，烟气露点温度100℃，烟气压力约3000Pa。 （3）烟尘性质

灰尘的成分、粒径分布见表1-2和表1-3。

表1-2 灰尘成分 单位：%

SiO2 49.71 Al2O3 41.27 Fe2O3 2.92 MgO 0.59 CaO 3.35 K2O 0.18 Na2O 0.08 P2O5 0.24 TiO2 1.12 SO3 0.54 表1-3 粉尘粒径分布

灰尘粒度/μm 分布/% ﹤5 6.4 5～10 10～20 20～30 13.9 22.9 15.3 30～47 16.4 47～60 60～74 ﹥74 6.4 5.3 13.4 （4）气象条件

年平均大气压101.27kPa，最低温度平均值1.9℃，最高温度平均值36.3℃，冬季室外风速平均值2.4m/s，夏季室外风速平均值1.8m/s，海拔高度6.6m。 （5）排放标准

要求满足GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》第3时段排放标准，烟尘排放浓

3度<50mg/mN、CSO2?400mg/mN。

31.3.设计内容和深度要求

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⑴ 除尘脱硫系统方案论证。

包括除尘器及脱硫设备的选择及基本工艺路线确定。

⑵ 方案论证主要进行方案的技术比较，如处理效果，技术合理性和先进性；同时进行

经济比较，如一次性投资，运行管理费用及运行管理的复杂程度。

⑶ 除尘脱硫系统的工艺设计计算。 ⑷ 除尘系统脱硫平面布置图和系统立面图。 1.4.提交的设计成果

⑴ 设计说明书、计算书各一份。

⑵ 设计图纸：除尘系统工艺流程图，系统总平面布置图、轴侧图、立面图及主要设备构筑图各一张。

2.设计说明书

2.1除尘工艺的选择与确定

2.1.1方案选择原则

（1）.本设计方案严格执行国家有关环境保护的各项规定，处理后各项均达到城市大气污染物排放要求。

（2）.针对本工程的具体情况和特点，在技术上满足工艺生产及环境保护对含尘气体的治理要求，在经济上是最合算的。

（3）.选用的方案尽量做到消耗资源少，并且对环境影响最小。 （4）.管理、运行、维修方便，尽量考虑操作方便，减少劳动强度。 （5）.在不影响处理效果的前提下，尽量减少占地面积和运行成本。

（6）.在具体选型设计时要结合生产实际状况、参考国内外类似工作的实际经验和先进技术全面考虑，处理好三个技术性能指标的关系。

2.1.2除尘设备的选择 2.1.2.1 除尘器的种类

在日常工业上用于粉尘颗粒物分离的设备主要有：重力沉降式除尘器、惯性除尘器、电除尘器、湿式除尘器、过滤式除尘器、旋风除尘器

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（1）重力除尘器

重力除尘器是使含尘气体中的粉尘借助重力作用自然沉降来达到净化气体的装置。它的沉降速度太小，仅为离心沉降速度的几十分之一。实际应用中，结构简单，阻力小、但体积大、除尘效率低、设备维修周期长。

（2）惯性除尘器

这是一种利用粉尘在运动中惯性力大于气体惯性力的作用，将粉尘从含尘气体中分离出来的除尘设备。这种除尘器结构简单，阻力较小，但除尘效率较低，一般应用于一级除尘。 （3）电除尘器

电除尘器中的含尘气体在通过高压电场电离时，尘粒荷电并在电场力作用下，尘粒沉积于电极上，从而使尘粒与含尘气体相分离的一种除尘设备。它能有效地回收气体中的粉尘，以净化气体。各种电除尘器由于具有效率高、阻力低、能适用于高温和除去细微粉尘等优点，获得了比其他除尘器更快的发展，但投资大。关于减少电除尘器的耗电量，运用空调技术使高电阻含尘气体也能获得很好效果，使除尘器操作处于最佳条件和提高除尘效率等问题正在开展研究。 （4）湿式除尘器

这种除尘器是使含尘气体与水或其它液体相接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用而把尘粒从气流中分离出来。湿式除尘器以水为媒介物，因此它适用于非纤维性的、能受冷且与水不发生化学反应的含尘气体，不适用于除去黏性粉尘。湿式除尘器具有投资低，操作简单，占地面积小，能同时进行有害气体的净化、含尘气体的冷却和加湿等优点。特别适用于处理高温度高湿度和有爆炸性危险气体的净化，但由于采用了水为净化物，会带来了二次污染。

（5）袋式除尘器

主要依靠编织的或毡织的虑布作为过滤材料来达到分离含尘气体中粉尘的目的，由于粉尘通过滤布时产生的筛分、惯性、黏附、扩散和静电作用而被捕集分离。袋式除尘器适应性比较强，不受粉尘比电阻的影响，也不存在水的污染问题。在选取适当的助滤剂条件下，能同时脱除气体中的固、气两相污染物。但其存在过滤速度低、压降大、占地面积大、换袋麻烦等缺点。

（6）旋风除尘器

旋风除尘器是利用旋转的含尘气体产生的惯性离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气-固分离装置。这种除尘器主要优点：结构简单，本身无运动部件，不需要特殊的附属设备，占地面积小；操作、维护简便，压力损失中等，动力消耗不大，运转、维护费用较低；操作弹性较大，性能稳定，不受含尘气体

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的浓度、温度限制，对于粉尘的物理性质无特殊要求。目前，旋风除尘器广泛应用于化工、石油、冶金、建筑、矿山、机械、轻纺等工业部门。 2.1.2.2 除尘器使用范围和性能比较

型式 除尘器种类 适用范围 不同粒径除尘投资比 效率% 粒径 浓度 温度 阻力 50 5 1 初投资 年成本 <1 干式 惯性除尘>15 >10 <40器 旋风除尘>5 器 电除尘器 >0.05 袋式除尘>0.器 1 3~10 <100 <100 0 <400 20~100 40~200 10~20 80~200 80~1000 96 16 3 <1 94 67 27 1 1.5 <30 <400 <300 <400 >99 >99 96 9.5 3.8 >99 >99 99 6.8 4.2 湿式 自激式洗 涤器 高压喷雾洗涤器 0.05~100 100 93 40 2.7 2.1 <10 <400 100 96 75 2.6 1.5

2.1.2.3 除尘器的方案的确定

在本设计中采用静电除尘器，它运行维护方便，造价和运行费用都较低，并且烟气中的水蒸汽对电除尘器运行是有利的；而且增湿可以降低粉尘比电阻，提

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高除尘效率，在正常情况下水蒸汽不会引起极板的腐蚀。因而，选择静电除尘器作为除尘设备

2.2 脱硫工艺的选择与确定 2.2.1 常见脱硫工艺

当前应用的烟气脱硫方法大致有三类：干法脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫。三种脱硫技术综合对比如下表： 干法 环境性能 一般 工艺流程简易情简单 况 工艺技术指标 脱硫率可达90%以上，并可除一部分氮 一般 副产品为硫氨和硝氨混合物，含氮量20%以上，可用做氮肥或复合肥料 半干法 一般 较简单 湿法 好 吸收剂制备要求较高，流程较复杂 脱硫率80%，钙硫脱硫率95%，钙比1.5，利用率50% 硫比1.1，利用率90% 较易 容易 脱硫渣为烟尘、脱硫渣为CaSO4CaSO4、CaSO3、及少量烟尘，可综合利用或送Ca(OH)2的混合堆渣场堆放 物，目前尚不能利用 商业化 商业化 脱硫工艺在除尘器脱硫工艺在除之前，对除尘器的尘器后面，对锅运行有较大的影响 炉燃烧和除尘系统基本没有影响 8～12% 13～19% 900～1200 中 1000～1400 大 吸收剂获得 脱硫副产品 技术成熟度 国内已工业示范 对锅炉、除尘器脱硫工艺在除尘器及的影响 之前，对除尘器的运行有较大的影响 FGD占电厂总投10～15% 资的比例 脱硫成本（元/1400～1600 吨） 占地面积 小

根据上表对比可知，湿法烟气脱硫不断技术成熟，运行可靠性高，而且成本也不高，并且不影响除尘系统的运行；另外根据电厂相关产业政策，本设计决定选用目前应用最广泛湿法烟气脱技术。2.2.2 工艺比较 2.2.3 方案确定

在湿法烟气脱硫技术中，常用的方法有石灰石/石灰法脱硫、循环流化床脱

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硫等

①石灰石/石灰湿法脱硫

石灰石/石灰湿法是当今世界最成熟、使用最为广泛的烟气脱硫技术。除尘后的锅炉烟气经增压风机增压，通过气－气热交换器交换热量降温后从底部进入脱硫塔，与石灰石浆液发生反应，除去烟气中的SO2。净化后的烟气经除雾器除去烟气中携带的液滴，通过气－气热交换器升温后从烟囱排出。反应生成物CaSO3进入脱硫塔底部的浆液池，被通过增氧风机鼓入的空气强制氧化，生成CaSO4，继而生成石膏。为了使生成的石膏不断排出，新鲜的石灰石/石灰浆液需连续补充，才能得到纯度较高的石膏。

此技技术成熟，是世界上最成熟的脱硫技术之一，已广泛应 术的用于世界各地；钙硫摩尔比较低，一般在1.05～1.10；脱硫效率高，一优点般可达95%以上；脱硫剂利用率高，一般大于90%；烟气处理量大，特别为 适合大机组；煤种适应性强，低、中、高硫煤均可，对高硫煤优势突出；脱硫产物石膏可作为建筑等材料。 此技投资费用高；运行费用较高；占地面积大；电耗较高，；脱硫塔内构术的件易发生腐蚀；塔底部的持液槽易结垢、堵塞及腐蚀；耗水量相对较大；缺点排出废水需要处理；对石灰石/石灰颗粒的粒径要求比较严格；净化后的为 烟气会对尾部烟道及烟囱产生腐蚀；脱硫成本相对较高；系统管理操作复杂。 ②烟气循环流化床脱硫技术

锅炉排出的未经除尘或经除尘后的烟气从脱硫塔底部进入，脱硫塔下部为一文丘利管，烟气在喉部得到加速，在渐扩段与加入的消石灰粉和喷入的雾化水剧烈混合，Ca(OH)2和烟气中的SO2、SO3、HCl和HF等发生化学反应，生成CaSO3、CaSO4、CaCl2、CaF2等。同时烟气中有CO2存在，还会消耗一部分Ca(OH)2生成CaCO3。净化后的烟气在脱硫塔出口烟尘质量浓度高达1000 g/m3，进入除尘器前先经过一个百叶窗式分离器，该百叶窗式分离器的除尘效率为50%左右。经静电除尘后的烟气温度在70～75 ℃，不必再热，可直接从烟囱排出。从百叶窗分离器及静电除尘器下部捕集的干灰，一部分送回循环脱硫塔的再循环灰入口，另一部分送至灰库。

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此技初投资较低；运行费用较低；钙硫摩尔比较小（1.2～1.5）；脱硫术优效率高，可达90%以上；系统电耗小；占地面积较少；适于各种含硫煤点 种；工艺成熟，流程简单，系统设备少，不需专职人员进行操作和维护；系统可靠性高；能同时有效脱除氯化物和氟化物等有害气体； 此技对石灰品质和颗粒粒径要求高；脱硫系统对除尘器除尘效率有一定影术缺响；生成的CaSO3比CaSO4多，CaSO3需经处理才可成为CaSO4，副产品点 不能利用。 。 2.3 吸收装置选择 2.3.1吸收塔的选择原则：

脱硫吸收塔的选择原则, 主要是看其液气接触条件、设备阻力以及吸收液循 环量

2.3.2常用的吸收塔设备类型及特点 吸收设备的类型 喷淋吸收塔 装置示意图 工作过程 石灰石浆液通过雾化喷嘴形成雾滴，均匀地喷淋于塔中；进入吸收塔的烟气与自由移动的液滴紧密接触(一般是以逆流方式布置，且不设气流限制装置)；净化后的烟气所携带的液态雾滴由除雾器捕获。 工艺特点 喷淋塔优点是塔内构件少，故结垢可能性小，压力损失也小。逆流运行有利于烟气与吸收液充分接触，但阻力损失比顺流大 10

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填料塔 板式塔 文丘里洗涤器 喷射鼓泡吸收塔 填料塔操作时，液体自塔上部进入，通过液体分布器均匀喷洒于塔截面上。在填料层内，液体沿填料表面自动分散呈膜状流下。气体自塔下部进入，通过填料缝隙自由空间， 从塔上部排出。 板式塔正常工作时，液体在重力作用下自上而下横向通过各层塔板后由塔底排出；气体在压差推动下，经均布在塔板上的开孔由下而上 穿过各层塔板后由塔顶排出。 气体进入扩散管后，流速增大。洗涤液通过喉管的喷嘴进入，液滴被高速气流雾化和加速，由于液滴与粒子之间惯性碰撞，使微细尘粒被捕集。在扩散管中 使尘粒凝聚，形成直径较大的含尘液滴而随水排出。 烟气通过喷射器直接喷散到洗涤液中，经处理后的烟气经过升气管进入上层的混气室，然后经除雾器 后由烟囱排出。 与板式塔相比，填料塔的基本特点是结构简单、压降低、填料可用耐腐蚀材料制造。 板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，操作弹性大，且造价低，检修、清洗方便 是一种高效湿式洗涤器，常用于高温烟气降温和除尘。由于高速气流要加速和雾化液滴，因此压降较大，一般为3000-9000Pa，甚至更高。 取消了复杂的浆液再循环系统，简化了工艺过程，也降低了能耗，因而使基建投资和运行费用都有所减少。该工艺另一个重要特点是低pH低（3.5-4.5），而一般的FGD工艺pH为5-7 11

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2.3.3脱硫吸收设备的性能比较

脱硫吸收器对比表 吸收器 持液量 逆流接触 防堵性能 操作弹性 设备阻力 除尘性能 类型 喷淋塔 填料塔 凿球塔 筛板塔 低 高 中 中 是 是 是 是 是 中 较好 低 中 中 中 低 差 中 较好 较好 好 差 较好 好 中 好 中 中 好 旋流板塔 高 2.3.4 脱硫吸收设备的比较及选择 由以上对比，可知：

①物料系统易起泡沫；高粘性物料；具有腐蚀性的介质宜用填料塔；

②有悬浮固体和残渣的物料，或易结垢的物料，宜用板式塔中大孔径筛板塔、十字架型浮阀和泡罩塔等；

③对于处理过程中有热量放出或须加入热量的系统；当初李系统的液气比L/G小时，宜采用板式塔。

最终选择填料塔，作为脱硫吸收设备 2.4 吸收剂的选取

2.4.1湿法脱硫吸收剂的选择原则

⑴吸收能力好，选择性能好

⑵挥发性低，无毒，不易燃烧，化学稳定性好，凝固点低，不发泡，易再生，粘度小，比热小

⑶不腐蚀或腐蚀小，以减少设备投资或维护费用

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⑷来源丰富，容易得到，价格便宜 ⑸便于处理和操作，不易产生二次污染 2.4.2 常见吸收剂

经过长期的生产实践，目前选用作为铁水脱硫剂的主要是Ca、Mg、Na等元素的单质或化合物，常用的脱硫剂主要有：

Ca系：电石粉（CaC2）、石灰（CaO）、石灰石（CaCO3）等 Mg系：金属Mg粉

Na系：苏打（Na2CO3）

2.4.3 常见的吸收剂性能比较

2.4.3.1 CaC2脱硫有如下特点：

1)在高碳系铁水中，CaC2分解出的Ca离子与铁水中的硫有极强的亲和力。因此CaC2有很强的脱硫能力，在一定的铁水条件下，用CaC2脱硫，脱硫反应的平衡常数可达6.9×105，反应达到平衡时，铁水中硫含量可达4.9×10-7。

2)用CaC2脱硫，其脱硫反应是放热反应，有利于减少铁水的温降。

2.4.3.2 脱硫有如下特点：

1)在高C和一定含硅量的铁水中，有较强的脱硫能力，在1350℃时，用脱硫，反应达平衡时，铁水中硫含量可达，比的脱硫能力要弱得多。

2)脱硫渣为固体渣，扒渣方便，对铁水缶、混铁车侵蚀较小，但用量较大，故形成的渣量也大，铁损也较高，铁水温降也较大。

3)石灰粉资源广、价格低、易加工，使用安全。

2.4.3.3镁粉脱硫有如下特点：

1)Mg有很强的铁水脱硫能力，13500C时，用Mg粉脱硫，反应的平衡常数为3.17×105，反应达到平衡时，铁水中含硫量可达l.6×10-7，大大高于Ca0的脱硫能力。

2)Mg的沸点为ll070C，Mg加入铁水后，变成Mg蒸气，形成气泡，使Mg的脱硫反应在气液相界面上进行，另外由于金属Mg变成Mg蒸气．使得反应区附近的流体搅拌良好，大大增强Mg的脱硫效果。

3)Mg在铁水中有一定的溶解度，铁水经过Mg饱和后能防止回硫，这部份饱和的Mg在铁水处理后的运送过程中仍能起到脱硫作用。 2.4.4 吸收剂的确定

由实践证明石灰是烟气脱硫较为理想的吸收剂，而且工业上常常选取石灰或石灰石做为吸收SO2的吸收剂。故此次设计选用石灰石（石灰）做为吸收剂

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2.5 石灰石/石灰法的吸收机理 ⑴石灰石的溶解过程：

mCaCO3?H2O?CO2?Ca(HCO3)2 CaCO3?2H??Ca2??H2O?CO2 ⑵吸收过程：

SO2?H2O?H2SO3 HCl?H2O?2H??Cl??OH?

(吸收区下部） HF?H2O?2H??F??OH? H2SO3?H??HSO3?(低pH值时）

(吸收区上部） H2SO3?2H??HSO3?(高pH值时） Ca2??2HSO3?Ca(HSO3)2

CaCO3?H??HSO3??CaSO3?CO2?H2O CaCO3?2H??SO42??CaSO4?CO2?H2O

Ca2??SO32??CaSO3 Ca2??2F??CaF2 Ca2??2Cl??CaCl2 ⑶反应产物的氧化：

2HSO3??O2?2H??SO42? 2Ca(HSO3)2?O2?2H2O?CaSO4 2CaSO3?O2?2CaSO4 ⑷结晶生成石膏：

11 CaSO4?2H2O?CaSO4?2H2O CaSO3?H2O?CaSO3?H2O

222.6 填料塔填料的选择 确定设计填料塔的填料类型选用

Φ50×50×45规格，陶瓷拉西环填料（乱堆）； 填料参数Φ=50㎜，a1???93m2/m3

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3. 设计计算书

3..1.烟气量的计算 以1Kg煤燃烧为基础，则 ％（以质量计） C H O S N 水分（W） 挥发分(V) 灰分（A） 重量/g 摩尔数/mol 需氧量/mol 52.57 3.25 7.89 0.83 1.01 7.64 24.74 26.81 525.7 32.5 78.9 8.3 10.1 76.4 247.4 268.1 43.81 16.25 2.47 0.26 5.05 4.24 / / 43.81 8.125 - 2.47 0.26 / / 假定干空气中氮氧的摩尔比（体积比）为3.78，则1kg样煤完全燃烧 所需的理论空气量为49.725×（3.78+1）=237.6855 mol/Kg煤

实际空气量为：237.6855×1.3=308.99mol/Kg煤

理论情况下烟气的组成（单位：mol）

CO2 H2O SO2 N2 43.81 4.24+8.125=12.365 0.26 5.05+49.725×3.78=193.21 理论烟气量为:43.81+12.365+0.26+193.21=249.645mol/Kg煤 实际烟气量为：249.645+237.6855×（1.3-1）=320.9506mol/Kg煤

22.4所以燃烧1Kg煤，产生烟气体积为：320.9506×=7.189 m3N/ Kg

1000

由PV=nRT知,在烟气温度为150℃时，实际烟气体积为：

V =(150+273.130)/273.13×7.189=11.14m3N/ Kg， 由于锅炉耗煤量为

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35t/h;

所以标准状况下的烟气流量为7.189×35000=251615m3/h=69.89 m3/s 实际情况下的烟气流量为11.14×35000=389900m3/h;

3.2 烟尘和SO2浓度的计算

在标准状况下，

268.1?80%?103由于飞灰率为80%，则烟尘浓度为：= 29834mg/m3N；

7.1890.26?64?10SO2浓度为：=2314.65 mg/m3N

7.1893在烟气温度为150℃时，

268.1?80%?103由于飞灰率为80%，则烟尘浓度为：= 19253.1mg/m3

11.14

3.3 除尘系统的设计计算 3.3.1.除尘效率概算

粉尘经除尘器后进入脱硫系统，由于脱硫系统还有50%的除尘率，故除尘器的除尘效率η可由下式计算：

Co×（1-η）×（1-50%）≤50

即29834×（1-η）×（1-50%）≤50 得η≥99.66%

设计除尘效率为99.7%,则除尘器出口粉尘浓度：29834×

3(1-99.7%)=89.5mg/m3N烟囱出口处粉尘浓度为：89.5×(1-50%)=44.75mg/mN

3.3.2静电除尘器的设计计算 3.3.2.1确定主要部件的结构型式

静电除尘器的主要部件是电晕极线和收尘极板。本设计中电晕线采用芒刺 线， 集尘板采用管式极板，

16

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3.3.2.2确定电场风速

本设计中,选用静电除尘器净化锅炉飞灰, 采用经验法取电场风速为1.15m/s。

3.3.2.3确定粉尘的驱进速度

本设计中的粉尘为锅炉灰尘，采用经验法取有效驱进速度为0.12m/s。 3.3.2.4计算电场断面积

电场断面积是指静电除尘器内垂直于气流方向的有效断面积。计算式如下：

F?QV

2式中：F—电除尘器电场的有效断面积，m;

Q—通过电除尘器的烟气量，m3/s;此处为251615m3/h;合69.89

m3/s

V—烟气通过电场的风速，m/s

所以F′=69.89/1.15=60.77m 取电场的有效断面积为61 m对管式静电除尘器而言，其电场断面为圆形，其中高略大于宽 （一般高宽比为1～1.3），确定高、宽中的一个值即可确定电场的高（H）及宽（B）。 根据上面计算确定电场的高为9m，宽为7m。 3.3.2.5计算集尘极板总面积

由多依奇公式可知，当已知烟气处理量Q、有效驱进速度?e和设计所要求的除尘效率?，便可确定所需的收尘极板面积A，本设计中取ωe=0.12 m/s

A=

Qln(1??)22?e =3378取收尘极板面积为3380m。应考虑各种参数的准确性

2和电除尘器结构等方面的影响，应将极板面积适当增加一定的余量，一般按5％考虑。则A′=A（1+5％）=3549㎡ 3.3.2.6比集尘面积

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f?A'2

=50.78mQ3.3.2.7电场数n的确定

先计算收尘极与放电极的间距和排数

收尘极的排数可以根据电场断面宽度和收尘极的间距确定：

Bn??1?B 式中：n—收尘极排数；

B—电场断面宽度，根据前面计算为7m；

?B—收尘极板间距(2b)，根据经验多取2b=400mm.

所以 收尘级的排数 n=7/0.4+1=17.5,取18 则放电极的排数为n-1=17排.

通道数（每两个集尘极之间为一个通道）n-1=17个

再算电除尘器的电场总长度L为： A L==3549/（2×17×9）=11.60m，取电场总长度为12m.

2NH 于是电场个数为n=L/l=12/4=3(单一电场长度通常选取l=3～4m） 3.3.2.8电场高度h

F'2

=5.5 m,圆整后取h=6 m 2h?3.3.2.9同极距（2s）的确定

本设计宽间距电除尘器，加宽极间距可以提高两极的工作电压，粉尘的驱进速度也相应提高且电除尘器内电极的安装和维修方便，在处理相同烟气量和达到相同集尘效率条件下，所需的集尘面积也少。故，本次设计采用400㎜的同极距。

3.3.2.10电场断面F

F?Zh(2s?k')=61.56 m

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2

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实际风速??Q=1.14m/s F3.3.2.11选型结果如下表所示

选型结果

序号 1 型号 CDPK—20/2 个 1 7 8 除尘效率 ％ 有效驱进速度 3 处理烟气量 4 烟气温度 ℃ 150 10 99.7% 12 名称 单 位 数量 序号 名称 单位 数量 2 数量 cm/s m3/h 251615 9 集尘极面积 比集尘面积 ㎡ 3549 m2/(m3?s) 50.78 5 6 电场风速 截面积 m/s ㎡ 1.14 61.56 11 12 电场数 个 3 12 电场长度 m 3.3.2.12每个电场的有效长度

l?A=5.48m 2hZn根据所选阳极板看,板宽为480 ㎜，则电场长度方向需要的阳极板数为：

n1?l=11.41 圆整后取n=12 480

故需要的板的块数为12块，则电场的有效长度为：L=480×12=5760mm 3.3.2.13 灰斗的设计计算

采用四棱台状（角锥形）灰斗,斗壁倾角为60

o,灰斗出料口的尺寸由排灰

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量大小确定,排灰量由式 G=3QC0?/n1 计算:

式中,系数3是考虑排灰能力增大倍数, n1是沿宽度方向上的灰斗数。

251615?29834?10?6?0.99.7 所以G=3?=1.04Kg/s=3.7t/h

3600?2

角锥形灰斗排灰量

灰斗下口宽B1/mm ?1?h排灰量/t 300×300 20 350×350 35 400×400 50 500×500 100 根据上表可以确定灰斗的下口宽为300mm×300mm,灰斗的高度为:

?B/n1?B1?h???tan6002??

式中：B—静电除尘器内壁宽，mm B1—灰斗下口宽度，mm

?7000/2?300?所以h????1.732=2771.2mm 2?? 设计灰斗高度为2772mm。

3.4.脱硫系统的设计计算 3.4.1 脱硫效率概算

3由SO2初始浓度（Co=2314.65 mg/m3N）和排放要求(＜400 mg/mN)计算脱

硫效率η为：

η＞1- C / Co

=1-400/2314.65=82.72%

设计脱硫效率为83%,则SO2出塔浓度为2314.65×(1-83%)=393.49 mg/ m3 3.4.2吸收剂用量的计算

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A、管段①：据Q1=251615m3/h，取v=16m/s，且设水平管段每段管长为10m。对于垂直管段，根据实际情况设计此段管长为5m。由于垂直管道的要求最小流速比水平管道流速大，因此对于同一条管段而言，满足水平流速的管径也满足垂直流速。

将已知条件代入（28）式，可得管道直径：

D1?4?251615?2.36m?2360mm

3600?3.14?16则取D1=2400mm, 由于该管段输送的烟气温度很高，其通风管道一般选用可耐高温的钢管，根据通风管道统一规格,可知该管道的壁厚为2.0mm。 查《除尘风道计算表》：得出?/d1?0.00537，实际风速为18m/s，由于烟气

2?vG3的温度为150℃，因此时烟气的密度为0.789kg/m，则动压为=127.8Pa。

2则管道摩擦压力损失?pL1?(10?5)?0.0537?127.8?10.3Pa 各管件局部压力损失系数（查手册）为:

900弯头, 一个，??0.75；进口??1；锅炉的压力损失为650 Pa。

局部压力损失：?p?1??Z2?vG12LvG?pL?f??BD、管段②：Q2=28828.1m3/h，取v=16m/s，设水平管段管长为2m。 22?400?(0.75?1)?127.8?650?872.3Pa

将已知条件代入（28）式，可得管道直径：

D2?

4?28828.1?2.4m?2432mm

3600?3.14?16则取D2=800㎜，根据通风管道统一规格,可知该管道的壁厚为2.0mm。 查《除尘风道计算表》：得出?/d1?0.0183，实际风速为16.1m/s，由于烟气的温度为120℃，因此此时烟气的密度为0.869kg/m3,动压为112.6Pa。 则管道摩擦压力损失?pL2?15?0.0183?112.6?31.2Pa 各管件局部压力损失系数（查手册）为:

出口，??0.5；进口，??1；该静电除尘器压力损失为400 Pa； 局部压力损失：?p?2?(0.5?1)?112.6?400?568.9Pa

C、管段③：Q3=23693.3m3/h，取v=16m/s，且设水平管段长10m。对于垂直管段，从脱硫设备中导出来的垂直管段为5m 将已知条件代入（28）式，可得管道直径：

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D3?4?28828.1?2.4m?2282mm

3600?3.14?16则取D4=730㎜，根据通风管道统一规格,可知该管道的壁厚为2mm。 查《除尘风道计算表》：得出?/d1?0.02，实际风速为15.1m/s，由于烟气的温度为50℃，因此此时烟气的密度为1.168kg/m3,动压为125.5Pa。 则管道压力损失?pL4?10?0.02?125.5?164.5Pa

该管段局部压损主要为换再器和脱硫塔的压力损失。硫塔的压力损失为560Pa

局部压力损失：?p?3?560Pa D、烟囱的阻力损失

由于烟囱的出口直径2110mm，烟囱中烟气的流速为25.5m/s，烟囱高度60m。 设计烟囱的进口直径2320mm，则烟气的流速为14.3m/s

因为Q4=251615m3/h，取烟囱内烟气平均流速为19.9m/s，查“计算表”得

?d=0.021，动压191.7Pa

可知烟气在烟囱的沿程阻力损失为：?pL?44?0.021?191.7?177.1Pa 各管件局部压力损失系数（查手册）为: 风帽，??1.2。

局部压力损失：?p?6?1.2?191.7Pa?230Pa E、除尘系统总压力损失：

?P??PL??Pm???PLi???P??27.3?31.2?164.5?177.1?852.2?568.9?560?230 把上述结果填入表?2578.3Pa中：

表10 管道计算表

编号 流量Q 管长 L（m） 管径 流速 d v ?/d 动压v2?/2摩擦压损?PL 局部阻 损局部压 损?Pm 管道总压损?P ?? ① 28354 15 800 19.8 0.0185 98.4 27.3 1.75 852.2 950.6 800 16.1 0.0183 112.6 31.2 1.55 568.9 681.5 27

② 28828.1 15

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③ 25893.9 10 ④ 25893.9 44 770 16.0 0.0187 125.5 164.5 0 560 230 685.5 421.7 600 19.9 0.021 191.7 177.1 1.2

其中:流速:m/s；流量: m3/h ；管长、管径:m；动压、摩擦压损、局部压损、管段压损累计:Pa

3.7.2 选择风机和电机

①选择通风机的计算风量：Q0?Q?1?K1? 式中：Q—管道计算的总风量，m3/h

K1—考虑系统漏风所附加的安全系数。

除尘管道取0.1～0.15，此计算取0.12，一般管道取0.1。 除尘管道：Q0=251615×1.12=281808.8m3/h 脱硫管道：Q0=251615×1.1=276776.5m3/h ②选择通风机的计算风压：?p0??p?1?K2? 式中：?p—管道计算的总压力损失，Pa；

K2—考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数。除尘管道取0.15～0.2，此计算取0.2；一般管道取0.1～0.15，脱硫管道取0.12。

除尘管道：?p0=604.6×1.2=725.5Pa 脱硫管道：?p0=2982.1×1.12=3340.0Pa

根据上述风量和风压，在锅炉风机样本上分别选择Y4-73,No.20D,当转数N=730r/min时,Q=243800 m3/h,p=1378Pa,配套电机为Y355—8，250KW和Y4-73,No.20D,当转数N=960r/min时,Q=233070m3/h,p=3552Pa,配套电机为JSQ1410—6，520KW作为除尘风机和脱硫风机，可满足要求。

复核电动机功率：

Ne?Qo?poK/?3600?1000?1?2?

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=19040×725.5×1.3/(3600×1000××0.98)= 5.09KW

Ne?Qo?poK/?3600?1000?1?2?

=18700×3340.0×1.3/(3600×1000××0.98)=23.01 KW

故配套电机满足要求。

4.工程概算

4.1 投资费用 4.1.1 静电除尘器

电除尘器本体：120.5万元。其中包括除尘器本体的供气、供水系统、走梯平台、除尘器刚支架、暖风系统等。

包装费、运输费：15万元。

设备保温材料：12万元（包括岩棉毡及镀锌钢板）。 安装费：25万元（包括设备本体、电控系统等安装）。 设计费（含资料、软件费）：10万元 调试费：4万元 总价合计：186.5万元 4.1.2 填料塔

吸收塔本体：260万元 包装费、运输费：20万元。 设备防腐材料：20万元。

安装费：32万元（包括设备本体、电控系统等安装）。 设计费（含资料、软件费）：15万元 调试费：7万元。

总价合计：354×2=708万元 4.1.3 管道

管道全部由钢板制成，管壁厚为20mm。根据说明书中有关参数，计算则整个管道的钢材耗量为：

M??v??sh=7.8×103×3.14×[(1.92?1.882)×30+(1.252?1.232)×12]

=70126Kg=70.126t

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管道支架为角钢,重量为6t。

每吨钢材的市场价为5000元，把加工费、安装费、运输费等费用算入其中，每吨钢材的价格按6000元计算，则管道钢材费用为：

0.6×（70.126+6）≈45.68万元

4.1.4 系统设备及附件费用 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 小计 名 称 通风机 电动机 手动通风碟阀 波型补偿器 螺旋输灰机 三通 鼓风机 烟器再热器 除雾器 除雾器冲洗喷嘴 电器、仪表 数量 2台 2台 2只 1个 1台 2个 1台 1台 1套 2套 单价/元 85000 40000 12000 30000 100000 5000 80000 100000 50000 20000 600000 总价/万元 17 8 2.4 3 10 1 8 10 10 4 60 156.1 39.025 195.125 安装、运输费用 按25%取费（其中运杂费6%） 以上合计 4.1.5 土建费用 项目 项目直接费/万元 烟囱（高度120m） 基础工程 主体工程 合计

备注 12 25 21 58 材料费，施工费 建筑基础、各种设备基础 建筑主体工程、室内外装饰工程等 30

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4.1.6 总费用

设计中不可预见费工程投资的5%计算，则工程总费用为： (186.5+708+45.68+195.125+58)×（1+5%）=1252.8万元

4.2运行管理费用 4.2.1 电费

风机、螺旋输送机以及泵等配套电机年耗电费：

（91+350+20×4+30+30）×24×300×0.4=2091600元/年=209.16万元/年 4.2.2 水费

[6.05×（1+3%）+5]×24×300×1.5=121300元/年=12.13万元/年 4.2.3 劳动定员

人员配制为10名，平均工资1000元/月 10×12×1000=120000元/年=12万元/年 4.2.4 维修费用

每年维修费用按设备初投资的2%计算， 1155.8×2%=23.12万元/年 4.2.5 每年运行总费用

209.16+12.13+12+23.12=256.41万元/年

小 结

随着近代工业的出现，大小工厂在世界各地纷纷建起，一根根高大的烟囱树立起来，一台台机器装备起来，形成一幅工业社会兴旺发达的壮丽景象。在这美妙的景象背后，在工业文明为人类创造巨大财富的同时，人们排放到空气中的废物越来越多。各种有毒的烟雾大量向空中释放，它们四处飘荡，污染着空气，侵蚀着大地、生物、和人类自己。酸雨的形成、臭氧层的破坏、温室效应都是大气污染的见证。

空气是人类生存的最基本的条件，一个人5周不吃饭，5天不喝水，仍能维持生命 ，但是5分钟不呼吸空气就会死亡。然而，地球正被大量有害气体包围着，大气污染非常严重。悬浮于大气中的污染物会造成局部地区或全球性的气候和气象变化，能直接对动植物的生长和生存造成危害，尤以对人体的健康危害最为引

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人注目。

地球环境的破坏，归根结底是由于人类对大自然的过度开采造成的，破坏的环境只能由人类来恢复。要在治理环境上取得突破性进展，需要全人类的共同努力。我们每个人都有责任去保护环境、爱护环境，治理环境的重任就落在了环保工作者的肩上。作为环保工作者中的一员，我应该将自己所学到的知识运用到实际工作中。本次毕业设计使我学有所用，并且在运用所学的知识的过程中，我积累了不少经验；在设计的过程中也学到了许多新的知识。由于实际运用较少，缺乏经验，更由于自己知识面的相对狭窄，在设计过程中难免有所失误。在此，请老师批评指教。

致谢

在此感谢我的导师杨雪芬老师在设计中给予我无私的帮助和指导，设计才得顺利以完成。其次要感谢曾经教育过我的老师们，是他们传授了我知识和技能，让我在今后的生活和工作中有了竞争的资本。还要感谢所有和我相处过的朋友和同学，在四年的大学生活中，他们给了我很多的鼓励和帮助。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/sblg.html