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摘要：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。而大气污染可以说主要是人类活动造成的，大气污染对人体的舒适、安康的危害包括对人体的正常生活和生理的影响。燃煤电厂的大气污染物主要是颗粒污染物，而且排放量比较大所以必需通过有效的措施来进展处理，以免污染空气，影响人们的安康生活。本设计承受旋风除尘器处理排出的颗粒物，并计算排出的颗粒物浓度，管网设计计算及风机的选取等相关内容。
关键词：大气污染；颗粒物；旋风除尘器。
目 录
概述 3
燃煤锅炉排烟量、烟尘及二氧化硫浓度的计算 3
排烟量及浓度计算 3
实际需湿空气量 3
产生的烟气量 4
标准状态下实际烟气量 4
标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 5
净化系统除尘方案的分析确定 5
工艺比较 5
旋风除尘器的工作原理、应用及特点 6
旋风除尘器简介 6
工作原理 6
烟气脱硫系统 7
烟气氨法脱硫系统 7
烟气脱硫工艺 7
硫铵工艺 9
脱硫方法的选择 10
除尘装置及相关计算 11
各装置及管道布置的原则 11
除尘器的选择 11
烟道管径确实定 12
烟囱的设计 13
烟囱高度确实定 13
烟囱直径与抽力的计算 13
系统阻力的计算 14
风机及电动机的选择 16
主要参考书目 17
概述
本设计的锅炉排烟温度为 160℃；烟气密度为 ；空气过剩系数：α=； 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：-5℃；空气含水按 ；烟气其他性质按空气计算。
煤的工业分析值：
C=％,H=％,S=％,O=％,N=％,W=％,A=％；净化系统布置场地
为锅炉房北侧 50 米以内。排放标准按《锅炉大气污染物排放标准》〔GB13271-2025〕相应标注执行。
燃煤锅炉排烟量、烟尘及二氧化硫浓度的计算
排烟量及浓度计算
以 1000g 煤的燃烧计算：〔如表 所示〕
表 煤燃烧成分计算
以 1000g 计
%(以质量 mo
计) l
理论需氧数(mol)
C
41
．75
10
41．75
H 20．70 5．18
．35
0.
S 12．60
39
1
O 47．70 -
．49
0.
N 0
43
H O
2
灰分总计
实际需湿空气量
67．70
338．40
3
．76
0
0
综上，理论需氧量为 煤。假定干空气中氮和氧的摩尔比〔体积比〕，则 1000g 煤完全燃烧所需要的理论干空气量为：
´ ( + 1) = / (1000g煤)
即： ´
1000
= /(1000g煤〕
空气过剩系数α=,则实际需干空气量为:
´ = /1000g
即： ´ = /1000 g
空气含水按 / m3N=/ m3N,即含 H2O 为 / m3N,/ m3N,则 H2O
的体积分数为 %，故实际湿空气量为：
1 - %
= 〔/ 1000g煤〕，即：
产生的烟气量
烟气各组分含量：
Q = ´ = /(1000g煤)
1000
CO2 :´ =; SO2:´ =;
N2 :´ (+ ´ )=; H2O :++´ =;
综上，总产生烟气量为 /(1000g 煤)，即：
化为标准状态为：
´
1000
= /(1000g煤)
´ 273 ´
= /(1000g煤) 。
433
标准状态下实际烟气量
Q = Q¢ + (a - 1)Q¢ (m 3 / kg )
s s a
标准状态下烟气流量 Q 应以m3 / h 计,因此, Q = Q
s
设计耗煤量 ：
Qs = + ´ ( - 1) ´ = 〔6
m3 / kg〕
Q = Qs ´ 设计耗煤量
=×10×1000
=58600 ( m3 / h )
式中 a——空气过量系数
Q¢——标准状态下理论烟气量, m3 / kg
s
Q¢ ——标准状态下理论空气量, m3 / kg
a
锅炉型号选用 FG-35/-M 型，锅炉热效率为 75%，烟尘的排放因子为 30%，设排烟中飞灰占煤中不行燃成分的质量分数为12% ，烟尘浓度为：
´ ´
标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算
= 2960mg / m3
SO2 的体积为： ´ 1000
= / kg ；
所以 SO2 得浓度为： r =
SO2
= 2048mg / m3
设计耗煤量：10t/h 台锅炉，则每台锅炉产生的总烟气为： Q = ´104 m 3 / h ；
0
产生的总 SO2 为：
Q = ´ ´104 g = 120kg / d ；
1
净化系统除尘方案的分析确定
工艺比较
烟气的除尘设备一般选用重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、多管旋风除尘器和喷淋洗涤塔等。它们得性能及指标如下各表所示：
表 除尘设备的根本性能
除尘器名称
阻力
〔Pa〕
除尘效率
(﹪)
初
投资
运行
费用
重力沉降室
50~150
40~60
少
少
惯性除尘器
100~50
50~70
少
少
0
旋风除尘器 400~13 00
70~92 少 中
多管旋风除尘器
喷淋洗涤塔
800~15
00
100~30
80~95 中 中
75~95 中 中
0
表 各种除尘器设备费、耗钢量及能耗量指标
除尘器名称 体积
［m3/(1000m3/h)］
设备费比值
耗钢量
［kg/(m3/h)］
能耗量
〔kj/m3〕
重力沉降室惯性除尘器
20~40
~
1
~6.
0
~
旋风除尘器 约 ~4.
0
多管旋风除尘 ~5.
0
~ ~
~ ~
通过比较，旋风除尘器治理、制作便利，体积小、价格廉价，因此，选用旋风除尘器作为二级除尘系统中的除尘。
旋风除尘器的工作原理、应用及特点
旋风除尘器简介
旋风除尘器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分别出来的一种干式气-固分别装置。旋风除尘器是工业中应用比较广泛的除尘设备之一，多用作小型燃煤锅炉消烟除尘和多级除尘、预除尘的设备。其除尘原理与反转式惯性力除尘装置类似。但惯性除尘器的含尘气流只是受设备的外形或挡板的影响，简洁地转变了流线的方向，只做半圈或一圈旋转；而旋风除尘器的气流旋转不止一圈，旋转流速也较大，因此，旋风气流中的粒子受到的离心力比重力大得多。对于小直径、高阻力的旋风除尘器，离心力比重力大几千倍；对于大直径、低阻力旋风除尘器，离心力比重力大 5 倍以上。所以用离心除尘器从含尘气体中除去的粒子比用沉降室或惯性除尘器除去的粒子要小得多。离心除尘器的优点如下：
设备构造简洁、造价低，对大于10μm 的粉尘有较高的分别效率；没有传动机构及运动部件，维护、修理便利；
可用于高含尘烟气的净化，用一般碳钢制造的除尘器可工作在350℃，内壁衬以耐火材料的除尘器可工作在 500℃；可承受内、外压力；
可干法清灰，可用于回收有价值的粉尘；除尘器敷设耐磨、耐腐蚀内衬后，可用于净化含高腐蚀性粉尘的烟气。
但旋风除尘器压力损失一般比重力沉降室和惯性除尘器高，如高效旋风除尘器的压力损失竟达 1250~1500Pa。此外，这类除尘器不能捕集小于 5μm 的含尘粒子。
工作原理
旋风除尘器由带锥形的外圆筒、进气管、排气管〔内圆筒〕、圆锥筒和贮灰箱的排灰阀等组成。排气管插入外圆筒形成内圆筒，进气管与外圆相切，外圆筒下部是圆锥筒，圆锥筒下部是贮灰箱。
当含尘气流以 14~25m/s 速度由进气管进入旋风除尘器时，气流将由直线运动变为圆周运动。由于受到外圆筒上盖及内圆筒壁的限流，迫使气流自上而下地旋转运动，通常把这种运动称为外旋气流。气流在旋转过程中产生较大的离心力，尘粒在离心力的作用下，渐渐被甩向外壁。接触到外壁的尘粒失去惯性而在重力的作用下沿外壁面下落，进入贮灰箱。旋转下降的外旋气流在到达锥体时，因受到圆锥形收缩的影响而向除尘器中心集合。依据“旋转矩”不变原理，其切向速度不断提高。气流下降到肯定速度时，开头返回上升，形成一股自下而上的旋转运动，即内旋气流。内旋气流不含大颗粒粉尘，所以比较干净，经排气管〔内筒〕向大气排出。
XLP 型旋风除尘器是依据双旋涡气流原理设计的除尘器。其旁路设置的原则与 B 型旋风除尘器的旁路根本一样。含尘气体由进气口切向进入，气流在获得旋转运动的同时，上下分开形成双漩涡式运动，形成上下两个粉尘环。粉尘在双涡旋分界处产生猛烈的分别作用，较粗的粉尘颗粒随下涡旋气流分别至外壁，其中局部粉尘由旁路分别室中部进口引出， 余下的粉尘由下向气流带入灰斗，上涡旋气流对密度小、颗粒细的粉尘有聚拢作用。对 20μm 以下粉尘的除尘效率能到达 80%—90%。这局部较细的粉尘颗粒由上涡旋气流带向上部， 在顶盖下形成猛烈旋转的上粉尘环，并与上涡旋气流一起进入旁路分别室上部出口，经回风口引入锥体内与内部气流集合，净化后的气体由排气管排解，粉尘进入灰斗。
烟气脱硫系统
该系统在国内、外脱硫工艺中的钙法技术比较成熟，脱硫产物为石膏。但钙法技术一次性投资较大，工艺简单，维护量大，运行本钱高，而且我国是自然石膏产量大国，脱硫产物石膏没有市场，只能抛弃，导致大量土地被占用。这些缺陷使得该技术前景不容乐观。争论、开发适合我国国情，既能满足环保要求又为企业乐于承受的先进脱硫技术是脱硫界努力的方向。氨法脱硫技术近年来倍受大家的关注。其工艺简洁，前期投资少，日常维护量少，脱硫产物可作为化肥，其运行费用可通过副产物的销售大幅度降低。因此，该工程选择了氨－硫铵法处理电厂锅炉烟气脱硫。
烟气氨法脱硫系统
氨法是一种常用的烟气净化技术。自 20 世纪 60 年月开头应用。氨法脱硫技术具有反响速度快、脱硫效率高、脱硫后的产物易于处理等优点，同时由于它比传统的湿法脱硫技术简洁操作、牢靠性高和运行费用低而得到广泛应用， 氨－硫铵法烟气脱硫装置主要工段由脱硫工段和硫铵工段两局部组成。
烟气脱硫工艺
从锅炉出来的原烟气，经电除尘器净化后，由脱硫塔底部进入。同时在脱硫塔顶部将氨水溶液喷入塔内与烟气中的 SO2 在脱硫塔中发生化学反响，从而脱除掉SO2。烟气脱硫工艺流程如图 1 所示。
图 1 氨-硫酸氨法回收 SO2 工艺流程
氨作为一种良好的碱性吸取剂，可吸取烟气中的SO2 且效率较高。从锅炉出来的原烟气，经电除尘器净化后，由脱硫塔底部进入。同时在脱硫塔顶部将氨水溶液喷入塔内与烟气中的二氧化硫在脱硫塔中发生化学反响，脱除掉 SO2 同时生成亚硫酸铵，并与空气进展
氧化反响，生成硫酸铵溶液，经中间槽、过滤器、硫铵槽、加热器、蒸发结晶器、离心机
脱水、枯燥器即制得化学肥料硫酸铵，从而完成脱硫过程。净化后的烟气经脱硫塔的顶部出口由烟囱排入大气。相关化学反响：
SO2+H2O→H2SO3 ① H2SO3＋(NH4)2SO4→NH4HSO4＋NH4HSO3 ② H2SO3＋(NH4)2SO4→2NH4HSO3 ③
在反响①中，烟气中的SO2 溶于水中，生成亚硫酸。在反响②和③中，亚硫酸与该溶液中溶解的硫酸铵/亚硫酸铵反响。喷射到反响池底部的氨水，按如下方式中和酸性物：
H2SO3＋NH3→NH4HSO3 ④ NH4HSO3＋2NH3→(NH4)2SO3 ⑤ NH4HSO4＋NH3→(NH4)2 SO4 ⑥
在肯定温度的水溶液中，亚硫酸铵(NH4)2SO3 与水中溶解的NO2 反响生成(NH4)2SO〔4 硫酸铵〕与 N2，建立如下平衡：
2(NH4)2SO3+NO2→2(NH4)2SO4+1/2N2
喷射到脱硫塔底部的氧化空气，会依据如下方式将亚硫酸盐氧化为硫酸盐：
(NH4)2SO3+1/2O2→(NH4)2SO4
硫酸铵溶液饱和后，使硫酸铵从溶液中以结晶形态沉淀出来。由 180℃、～
蒸汽供给热量。
(NH4)2SO4〔液态〕＋热量→(NH4)2SO4〔固体〕 对于氨法脱硫工艺，二氧化硫与硫酸铵的产出比约为 1∶2，即每脱除1 吨二氧化硫，就产生2 吨硫酸铵。在吸取塔里的硫酸铵不是以离子形式存在于溶液里，就是以固体结晶的形式存在于浆液里。系统里的主要成
分亚硫酸铵已完全被氧化，因此在副产品中氮的含量大于 %。
硫铵工艺
硫铵工艺系统主要由硫铵溶液槽、过滤器、初分槽、硫铵循环泵、蒸发器、结晶器、硫铵加热器、离心机、气液分别、冷凝器、空气加热器、振动流化床枯燥器、真空泵等组成。该系统的主要作用是完成脱硫后硫铵溶液的储存、蒸发、结晶及包装等。
从脱硫工段来的硫铵母液进入硫铵溶液槽，经过滤器过滤去除杂质进入硫铵槽，经蒸汽加热器加热蒸发、结晶后经初分槽进展初步分别后，进入离心机分别，再经振动枯燥器枯燥装袋，形成硫铵产品。
注：1..硫胺母液槽；；；；；； ；；；；；；
图 2 硫铵工艺流程
氨法脱硫工艺具有很多别的脱硫工艺所没有的特点。氨是一种良好的碱性吸取剂，从化学机理上分析，SO2 吸取是酸碱中和反响，吸取剂碱性越强，越有利于吸取，氨的碱性强于钙基吸取剂，钙基吸取SO2 是一种气-固反响，反响速度慢、反响不完全，吸取剂利用
率低，需要大量的设备和能耗进展磨细、雾化、循环等以提高吸取剂利用率，设备浩大、
系统简单、能耗高；而氨吸取烟气中的SO2 是气-液或气-气反响，反响速度快、反响完全， 吸取剂利用率高，可以做到很高的脱硫率，同时相对钙基脱硫工艺来说系统简洁，设备体积小、能耗低。另外，其脱硫副产品硫铵可以回收利用，降低了运行费用。
由于氨水与 SO2 的反响速度要比石灰石〔或石灰〕与SO2 的反响速度快得多，同时氨法不需吸取剂再循环系统，因而系统要比石灰右-石膏法小、简洁，其投资费用比石灰石- 石膏法低得多。
与传统的石灰石－石膏法相比，氨法脱硫工艺的结垢问题并不明显，但在脱硫系统的溶液中，由于硫酸铵相对于硫酸钙而言，硫酸根离子的浓度要大，腐蚀的问题相对严峻， 对于防腐的设计比与石灰石－石膏法要求更高。
脱硫方法的选择
烟气脱硫的方法有吸取及吸附，鉴于系统的利用效率及使用造价，在选择方法上选择了吸取法。
吸取是气态污染物净化的常用方法之一，其适用范围广、净化效率较高。吸取过程分为物理吸取和化学吸取两类。本系统选择了化学吸取法。
化学吸取是伴有显著化学反响的吸取过程，被吸取的气体吸取质与吸取剂中的一种组分或多个组分发生化学反响。化学吸取过程净化气态污染物，其吸取速率和能到达的净化效率都明显高于物理吸取，特别对于低浓度废气，所以净化有害的气态污染物时，多采化学吸取法。化学吸取具有如下特点：
被吸取的气体吸取质与吸取剂中的某些组分发生化学反响，将按化学反响平衡关系生成的化合物。