除尘器设计.doc

环境与土木工程学院学生课程设计论文环境与土木工程学院学生课程设计论文 （200 8 级）级） 题目名称 某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计 专业名称 环境监测与治理 课程名称 大气污染控制工程 指导教师 谢燕华 学生姓名 张静 学生学号 200803020334 目录目录 第一章第一章 前言前言 1 设计目的1 第二章第二章 文献综述文献综述 1 2.1 烟气的来源及危害1 2.1.1烟气的主要来源1 2.1.2烟气的危害2 2.2 烟气污染的防治2 2.2.1烟尘的防治措施2 2.2.2有毒气体的防治3 2.3 消除污染3 2.3.1烟囱要有足够的高度4 2.3.2加强城市总体规划，注意城市绿化4 2.4 积极开展烟气、烟灰的综合利用4 第三章第三章 设计依据设计依据 5 设计任务书5 第四章第四章 设计方案设计方案 5 4.1 煤的初步分析5 4.2 除尘器的选择6 4.2.1合理选择除尘器要考虑的因素6 4.2.2常用除尘器的性能9 4.3 袋式除尘器的工作原理、应用及特点10 4.4 滤料的选择11 4.5 清灰方式13 4.6 袋式除尘器的相关计算14 4.7 管径的计算15 4.8 系统阻力的计算15 4.8.1 布袋除尘器的压力损失15 4.8.2管道的摩擦阻力损失16 4.8.3局部阻力损失16 第五章第五章 风机和电机的选择风机和电机的选择 17 5.1 标准装抗下风机风量的计算17 5.2 风机风压的计算17 5.3 电动机功率的计算18 第六章第六章 烟囱的设计烟囱的设计 18 6.1 烟囱的直径18 6.2 烟囱的高度18 第七章第七章 设计说明书设计说明书 19 7.1 锅炉烟气除尘系统立面图19 7.2 设计说明书19 总结总结 20 参考文献参考文献 20 第一章第一章 前言前言 随着经济与社会快速增长，对能源需求不断增长，煤的消耗量日益增加。 环境关系到每一个人的健康与生活，但随着工业的迅速发展，各种锅炉的使用 越来越多。产生的烟尘及有毒气体已严重污染了大气，所以消烟除尘、净化空 气已迫在眉睫。 设计目的设计目的 通过课程试剂使我进一步消化和巩固本门课程所学内容，并使所学的知识 系统化，培养学生晕晕所学理论知识进行烟气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、使用技术资料和编写设计说明书的能 力 第二章第二章 文献综述文献综述 2.1 烟气的来源及危害烟气的来源及危害 2.1.1 烟气的主要来源烟气的主要来源 烟气中含量最大的为烟尘、二氧化硫，其次是一氧化碳、碳氢化合物、一 氧化氮及化学烟雾。这些污染物大部分来自燃烧煤炭的各种工业锅炉、电厂锅 炉及名用锅炉。 2.1.2 烟气的危害烟气的危害 1.粉尘 从锅炉烟囱排出的粉尘，颗粒度小于 10um 的向地面降落速度极慢，特别是小 于 0.1um 的颗粒可常年漂浮于填空被称作“飘尘” 。 “飘尘”中含有各种有毒的 金属微粒，如被人们吸入肺后，将有一半粘附在肺上。当空气中“飘尘”浓度 达到 100um/m3 时，会引起各种呼吸道疾病，严重的会导致哮喘、尘肺合并肺 癌。当其飘入厂房、车间会沾污房屋和机电设备，影响其使用寿命。对于电子、 编织等工业产品的质量也有严重影响。 2.二氧化硫 煤内含硫量一般为 0.5%4%，也有的高达 8%。在煤炭燃烧时煤中的硫与氧 反应生成二氧化硫气体，当空气中二氧化硫浓度大于 0.1ppm 时，对植物、设备 将有损伤或腐蚀。二氧化硫遇空气中水蒸气生成硫酸雾，常与“飘尘”结合在 一起危害动物及植物。另外二氧化硫还是酸雨的直接造成者。 3 一氧化碳 是由于燃料不完全燃烧而产生的。它在大气中的寿命很长，一般可以保持 23 年。当一氧化碳在大气中含量超过 100ppm 时，能使人产生头晕、眩晕、恶 心甚至中毒死亡。 4.光化学烟雾 是烟气中的一氧化氮与甲烷等碳氢化合物经太阳光中的紫外线照射而生成乙 醛、臭氧或其他有毒氧化物所形成的浅蓝色烟雾。当化学烟雾含量超过 0.3ppm 时，会使人的眼睛红肿、害虫大量繁殖、橡胶制品老化加快、建筑物损坏等。 这直接影响到人们的身体健康及生活环境。 2.2 烟气污染的防治烟气污染的防治 2.2.1 烟尘的防治措施烟尘的防治措施 由于烟气的污染，极大地危害着赖以生存的环境，严重影响家业生产及市民 生活。因此必须采取有效措施加以改善和预防。 1 改进炉膛结构与燃烧方式 烟尘主要又粉尘、不完全燃烧所形成的碳粒、碳黑和可燃性气体所组成。后 两部分通常称“黑烟” 。为解决烟囱冒黑烟的问题可以从以下三方面入手：使锅 炉炉膛内维持一定的高温；可燃物与氧气有充足的反应时间；空气与可燃性气 体很好的混合，三者缺一不可。 2 加装除尘器 改善燃烧后，由于煤炭在炉内得到充分燃烧，从烟囱冒出的黑烟消失了，但 大部分锅炉的排尘浓度仍然超过国家排放标准（二类地区：250mg/m3）尚需要 采取各种除尘措施来除去烟气中的粉尘，加装除尘器是一种直接有效的方法。 除尘器一般可分为：旋风除尘器、重力除尘器、湿式除尘器及过滤除尘器等。 3 加强燃烧管理 烟气中的启尘量与锅炉运行操作有很大关系。一般在手烧炉中药看火加煤， 加煤时要勤、快、薄、匀，也有采用半边轮流加煤的办法。对于机械炉煤层存 度控制要适当，送风量调节合适，使燃料充分燃烧就能大大降低烟尘对大气的 污染。燃用煤颗粒越细，产生的飞灰就越多。在煤中添加适量水分，使碎屑和 块煤黏在一起，漏煤和飞灰也能降低。水分的蒸发疏松了煤层，减少了通风阻 力，但加水过多会对燃烧不利，炉温降低，排烟损失增加。添加水分视煤的颗 粒度而定。 2.2.2 有毒气体的防治有毒气体的防治 烟气中有毒气体含量较多的为一氧化氮及二氧化硫。以下论述二者的防治方 法。 1 防治一氧化氮的措施 （1） 减少过剩空气量：利用烟气在循环来降低火焰温度。 （2） 采用逐步向炉内供给空气的方法，即分区燃烧法。 2 防治二氧化硫污染的措施 （1） 采用低硫燃料 （2） 将粉状石灰或白云等喷入炉内，与烟气中的二氧化硫反应生成 caso3和飞灰，并一起由除尘器加装硫设备，降低烟气中二氧化硫的 含量。 2.3 消除污染消除污染 由于科技发展水平及产品质量的限制，尽管采用上述方法可除去烟气中大量 烟尘及有毒气体，然而仍有部分烟尘和有毒气体排入大气，因此就注意以下两 方面进一步消除污染问题。 2.3.1 烟囱要有足够的高度烟囱要有足够的高度 一定的烟尘排放量，当增加烟囱高度时，地面的烟尘浓度迅速下降。因此 增加烟囱高度使烟尘在高空中扩散、稀释，对减轻地面烟尘污染有显著的 效果。但过分增加高度对其效果增加并不显著。下表可对烟囱的适当高度 提供参考： 2.3.2 加强城市总体规划，注意城市绿化加强城市总体规划，注意城市绿化 城市要加强规划，合理布局，避免大量排放烟尘的锅炉过分集中，应采用 热点联产和大型区域锅炉房来代替那些分散小锅炉房。 2.4 积极开展烟气、烟灰的综合利用积极开展烟气、烟灰的综合利用 综合利用、化害为利是防止烟尘污染的根本办法。例如烟囱灰压制后 可制成建筑材料；提炼锗、三氧化二铝、锡合金；按一定比例可制成化肥 等。另外在烟气中可提取液态二氧化硫、二氧化碳等可利用的工业资源。 由此可见，保护环境、消烟除尘不是小题大做、不是得不偿失，而是 事关大局、大有可为。充分发挥人类智慧，搞好消烟除尘，积极开展烟气、 烟灰的综合利用可达到节约用煤，改善城市环境卫生，保障人民身体健康， 造福子孙后代的目的。 综上所述，加强管理，改进操作技术，避免超负荷运行。进行合理燃 烧，加装除尘设备，定期检验、检修锅炉等均是减少锅炉烟尘排放量切实 可行的办法。 第三章第三章 设计依据设计依据 设计任务书设计任务书 锅炉型号：szl4-13 型，共 3 台（2.8mw4）注：该锅炉为抛煤机炉 设计耗煤量：750kg/台 排烟温度：180 当地大气压力：970hpa 烟气密度：1.50kg/m3；空气含水：0.01293kg/m3 注：标准状况下且假定 烟气的其余性质和空气一致 煤的工业分析如下： c: 68% h: 4% s:1% o:5% n:1% war:6% aar:15% 注：假定灰分有 60进入到烟气中，锅炉烟气出口处阻力为 1000pa 该锅炉排放污染物标准（gb13271-2001）中二类区标准执行，需要达到指 标：烟尘浓度排放标准：200mg/m3。 净化系统布置场地有附件-给出 第四章第四章 设计方案设计方案 4.1 煤的初步分析煤的初步分析 根据煤的工业测定，取 1kg 煤做分析对象，则 元素 质量（g） 物质的量（mol） 需氧量（mol） c 680 56.67 56.67 h 40 20 10 s 10 0.3125 0.3125 o 50 1.5625 -1.5625 n 10 0.7143 0 h2o 60 3.333 0 需氧量=56.67+10+0.3125-1.5625=65.32mol/kg 煤 理论空气量=65.32（1+3.78）22.4/1000=6.99m3/kg 煤 烟气组成 co2 :56.57 h20 :20+3.333 so2 :0.3125 n2 :56.573.78+0.3125 理论烟气量=（56.57+20+3.333+0.3125+56.573.78+0.3125） 22.4/1000=7.34m3/kg 煤 在空气和燃料充分混合的条件下，热量总损失在理论空气量条件下最 低。当混合不充分时，热量总损失的最小值出现在空气过剩量一侧。但若 空气量过大，会带走炉膛内的温度，使炉膛内的温度降低，使总热量损失 有增大。 考虑到以上因素，取空气过剩系数 a=1.1 则实际烟气量=理论空气量+过剩空气量 =7.34+6.990.1=8.04 m3/kg 煤 因为假定灰分有 60进入到烟气中，所以烟气中的实际灰分的密度 为 1.5kg/ m360%=0.9 kg/ m3=900000mg/ m3 除尘效率=900000-200/900000100%=99.99% 4.2 除尘器的选择除尘器的选择 4.2.1 合理选择除尘器要考虑的因素合理选择除尘器要考虑的因素 1.选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放浓度 2.粉尘的物理性质对除尘器性能具有较大的影响 3.气体的含尘浓度 气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻 力的初净化设备，去除粗大尘粒 4.气体温度和其它性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素 高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器 烟气中同时含有 so2、no 等气态污染物，可以考虑采用湿式除尘 器，但是必须注意腐蚀问题 5.选择除尘器时，必须同时考虑捕集粉尘的处理问题 6其他因素 设备的位置，可利用的空间，环境条件 设备的一次投资 （设备、安装和工程等）以及操作和维修费用 4.2.2 常用除尘器的性能常用除尘器的性能 根据烟尘的性质，且含水率不高，需要达标的除尘效率，运行维护经费以及常 用除尘器的性能及除尘效率，袋式除尘器和电除尘器比较适合这个系统。 布袋除尘器与电除尘器的比较表 比较的内 容 名称 布袋除尘器 静电除尘器 烟气的温度 敏感，决不能超温 对效率有影响 压力影响 极小影响 小 设备投资费用运行费用 高效旋风除尘器100100 袋式除尘器250250 电除尘器450150 塔式洗涤器270260 文丘里洗涤器220500 湿度 不利，不能超过极 限 有利，但要防腐蚀 氧，硫氧化物影响滤料的选择 有利 烟气的其它成 分 几乎没影响 几乎没影响 流量对效率影 响 不大 对效率影响较大 含尘浓度效率稳定，影响寿 命 效率有一定变化 气流均布 不敏感，效率稳定 对效率影响较大 粉尘的粒径分 布 影响小，效率稳定 对效率影响较大 真密度、堆积 密度 影响极小 比电阻值大时影响较大 粘附性 不利 有一定影响 比电阻 无影响，效率稳定 对效率影响大 粉尘的化学成 分 影响滤料的选择 对效率影响大 粉尘硬度 影响滤袋寿命 几乎没影响 设备结构的影 响 各种形式都效率高 对效率有一定影响 运行及机组起 停的影响 影响较大，要求严 格 影响小 维修技术含量 低 工作量小 烟气特性 的影响 设备故障运行 的影响 对负荷率影响较大 可维持运行，对负荷率 影响较小 经过比较选择袋式除尘器 4.3 袋式除尘器的工作原理、应用及特点袋式除尘器的工作原理、应用及特点 常用袋式除尘器有简易袋除尘器、机械振打袋式除尘器、脉冲喷吹袋式除尘 器和气环式袋式除尘器。 (1) 机械振打袋式除尘器:是利用机械装置使滤袋产生振动而清灰的袋式除尘器。 此类除尘器的特点是施加于粉尘层的动能较少而次数较多，因此要求滤料薄而 光滑，质地柔软，有 利于 传递振动，在过滤面上生成足够的振动力。 结构及工作原理 中部振打袋式除尘器，又称 zx 型袋式除尘器。基本部件 由滤袋、 箱体、灰斗、振打清灰装置、进出风管及螺旋输送机等部分组成。含尘气体由 灰斗上部进入，然后向上进入滤袋，粉尘积于滤袋内表面，净气经滤料由阀箱 向外排出。箱体由隔板分成相等滤袋数目的多个仓，袋底开口，并固定于底板 的短管上，袋顶由帽盖封闭，并悬吊在振打机构的吊架上。箱体的顶盖上装有 阀箱及振打机构。 特点 具有较高、稳定的除尘效率和较低的阻力，构造简单，滤袋装卸方 便，维护 容易，应用范围较广，适用于常温气体的过滤。 (2)脉冲袋式除尘器 脉冲袋式除尘器有侧喷脉冲、顺喷脉冲、对喷脉冲、气箱脉冲、大型分室 脉冲、旁插扁 袋脉冲、离线脉冲、环隙喷吹、回转清灰脉冲袋式除尘器等多种形式。 工作原理 含尘空气进气口进入除尘箱，因气体突然扩张，流速骤然降 低，颗料较粗的粉尘，靠其自重力向下沉降，落入灰斗。细小粉尘通过各种效 应被吸附在滤袋外壁，经滤袋过滤后的净化空气，通过文氏管进入上箱体，从 出气口排出，被吸附在滤袋外壁的粉尘，随着时间的增长，越积越厚，除尘器 阻力逐渐上升，处理的气体量不断减少，为了使除尘器经常保持有效状态，设 备阻力稳定在一定的范围内，就需要清除吸附在滤袋外面的积灰。 消灰过程是由控制仪按规定要求对各个电磁脉冲阀发出指令，依次打开阀 门，顺序向各组滤袋内喷吹高压空气。于是，气包内压缩空气经由喷吹管的孔 眼穿过文氏管进入滤袋（称为一次风） 。而当喷吹的高速气流通过文氏管引 射器的一刹那，数位于一次的周围空气被诱导同时进入袋内（称二次风） 。由于 这一、二次风形成一股与过滤气流相反的强有力逆向气流射入袋内，使滤袋在 一瞬间急剧从收缩膨胀收缩，以及气流反向作用，逐将吸附在袋壁外 面的粉尘清除下来。由于清灰时向袋内喷吹高压空气是在几组滤袋间依次进行 的，并不切断需要处理的含尘空气。所以在清灰过程中，除尘器的压力损失和 被处理的含尘气体量都几何不变。这一点就是脉冲袋式除尘器的先进性之一。 特点 清灰方式作用强度很大，而且其强度和频率都可以调节，所以清灰 效果好。 (3)气环式风袋式除尘器 含尘气体从上部进入顶部的分布室，均匀进入各个滤袋内，净化后的气体 经排气管排出。吸附在滤袋内壁的粉尘和纤维缝中的粉尘，被气环箱喷出的高 速空气吹落，吹落的粉尘沉降到集灰斗中，经输送机械送走。气环箱紧贴滤袋 靠机械传动装置作周期性上下移动，每移动一次，即完成一次清灰过程。 气环反吹袋式除尘器的主要特点：适用于高湿 度、高浓度的含尘气体；可采用小型高压鼓风机作为气源，过滤风速大，投资 省，由于装在机体外部，所以维修管理方便；不需要高精度的控制仪表，造价 较低。主要缺点：气环箱上下移动时紧贴滤袋，使滤袋磨损加快，故障率较高。 4.4 滤料的选择滤料的选择 布袋除尘器是依靠履带对烟气中固体微粒的截留使烟气得以净化的。履带 是袋式除尘器的心脏。滤料的选择对袋式除尘器的运行及应用范围具有极大的 影响。 滤料种类 按滤料材质分 （1）天然纤维 棉毛织物，适于无腐蚀、350-360k 以下气体 （2）无机纤维 主要指玻璃纤维，化学稳定性好，耐高温；质地脆 （3）合成纤维 性能各异，满足不同需要，扩大除尘器的应用领域 按滤料结构分 （1）滤布（编织物） （2）毛毡 工艺简单；致密，除尘效率高；容尘量小，易于清灰 除尘器的滤料 考虑到严重中会含有一定量的 so2，所以滤料要有一定的耐酸性，烟气中 的汗水率不高，也没有碱性气体，所以对吸水率和耐碱度不做要求。袋式除尘 器工作一段时间后需要进行清灰，所以要有一定的耐机械强度。综合考虑以上 的因素，选择聚四氟乙烯做滤料。 4.5 清灰方式清灰方式 清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，多数袋式除尘器是按清灰方式命名 和分类的 常用的清灰方式有三种 机械振动式 逆气流清灰 脉冲喷吹清灰 机械振动清灰 机械振动袋式除尘器的过滤风速一般取 1.02.0m/min，压力损失为 8001200pa。此类型袋式除尘器的优点是工作性能稳定，清灰效果较好。缺点 是滤袋常受机械力作用损坏较快，滤袋检修与更换工作量大 逆气流清灰 过滤风速一般为 0.52.0m/min，压力损失控制范围 10001500pa 。这种 清灰方式的除尘器结构简单，清灰效果好，滤袋磨损少，特别适用于粉尘粘性 小，玻璃纤维滤袋的情况 脉冲喷吹清灰 利用 4 一 7atm 的压缩空气反吹，压缩空气的脉冲产生冲击波，使滤袋振动， 粉尘层脱落。必须选择适当压力的压缩空气和适当的脉冲持续时间 （通常为 0.1 一 0.2s） 。每清灰一次，叫做一个脉冲，全部滤袋完成一个清灰循环的时间 称为脉冲周期，通常为 60s 由于脉冲喷吹清灰实现了全自动清灰，净化效率达 99%；过滤负荷较高， 滤袋磨损轻，运行安全可靠。 所以选择脉冲喷吹清灰方式 4.6 袋式除尘器的相关计算袋式除尘器的相关计算 过滤面积的计算 一般情况下的过滤气速归纳如下 a=q/60vf 简易清灰: vf=0.200.75m/min 机械振动清灰: vf=1.02.0m/min 逆气流反吹清灰: vf=0.52.0m/min 脉冲喷吹清灰: vf=2.04.0m/min 因为选择的是脉冲喷吹清灰，所以去vf =3.0 m/min 预处理的烟气体积 q=75038.04=18090m3/h 在标准状况下的体积为 q=qt2/t1 =18090273/(273+180)=30017m3/h 则 a=30017/603.0=166.8m2 确定滤袋尺寸 取直径 d=120mm 高度 l=6m 则每条滤袋面积a=dl=3.140.126=2.26 m2 滤袋的条数n=a/a=166.8/2.6=64.2 4.7 管径的计算管径的计算 q=av=d2v/4 即 30017/3=3.14d23.0/4 得 d=1.1m 4.8 系统阻力的计算系统阻力的计算 4.8.1 布袋除尘器的压力损失布袋除尘器的压力损失 4.8.2 管道的摩擦阻力损失管道的摩擦阻力损失 对于圆管 l=9.5m 4.8.3 局部阻力损失局部阻力损失 t 形三通管 第五章第五章 风机和电机的选择