大气除尘装置设计

大气污染控制工程课程设计某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计专业 环境工程班级姓名学号教师时间 2016/1/15目录前言. 1第一章 设计依据. 21.1设计任务书. 21.2煤的工业分析. 2第二章 烟气量和烟气浓度的计算. 22.1计算烟气量的产生. 22.2烟气浓度. 3第三章 除尘器的选择. 43.1 除尘器的比较和选择. 43.2 除尘效率. 53.3 除尘器的选择. 63.4 旋风除尘器. 6第四章 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置. 84.1 各装置及管道布置的原则. 84.2 管径的确定. 84.3 烟道的设计计算. 9第五章 系统阻力的计算. 105.1 摩擦压力损失. 105.2总阻力损失. 11第六章 风机和电动机选择及计算. 116.1标准状态下风机风量的计算. 116.2 风机风压的计算. 126.3 电动机功率的计算. 126.4 风机和电机的选择. 13第七章 烟囱的设计. 137.1 烟囱高度的确定. 137.2 烟囱直径的计算. 147.3 烟囱的抽力. 15第八章 设计说明书. 158.1 设计工艺流程图. 158.2 网管布局图（见附图）. 168.3 相关附表. 16第九章 设计总结. 18参考文献. 18前言按照国际标准化组织(1SO作出的定义，“空气污染：通常系指由于人类活动和自然过程引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。”大气污染物的种类非常多，根据其存在状态，可将其概括为两大类：气镕胶状态污染物和气体状态污染物。所谓气溶胶，在物理、化学中概括为：几分散介质为气体的胶体物系。在大气污染中，ISO 提出了明确的定义，“气溶胶：系指沉降速度可以忽略的固体粒子、液体粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体。”从大气污染控制的角度，按照气溶胶的物理性质，可将其分为如下几种：(1粉尘；（2）烟；（3）飞灰： (4黑烟(smoke：(5液滴(droPlet：(6轻雾或霓mist ：（7）雾；（8）降尘；（9）飘尘；（10）总悬浮颗粒气体状态污染物种类极多，主要有五个方面：以二氧化硫为主的含硫化合物、以氧化氮和二氧化氮为主的台氮化合物、碳的氧化物、碳氢化合物及卤素化合物等。大气污染控制工程课程设计是废气污染控制工程课程的重要实践性环节，是环境工程专业学生在校期间第一次较全面的废气污染控制设计能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。任务与目的：通过本课程学习，掌握废气处理设施设计与运行课程各基本原理和基本设计方法的应用，培养环境工程专业学生解决实际问题的能力。结合前续课程废气处理设施设计与运行的内容，本课程内容为，运用各种污染物的不同控制、转化、净化原理和设计方法，进行除尘、除硫、脱氮等废气污染控制工程设计，使学生在废气污染控制工程方面得到工程训练。通过课程设计实践，培养综合运用废气污染控制设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决废气污染控制设计问题的能力。第一章 设计依据1.1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，假定烟气的其余性质和空气一致1.2煤的工业分析煤的工业分析如下：C: 68% H: 4% S:1% O:5% N:1% W ar :6% A ar :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。第二章 烟气量和烟气浓度的计算2.1计算烟气量的产生以1kg 煤燃烧为基础，则：表2-1 煤的成分分析 理论需氧量：56.67+10.00+0.31-1.56=65.42mol/kg（煤）理论空气量：65.42（1+3.78）=312.71 mol/kg（煤）即312.7122.41000=7.00 mn 3/kg理论空气量条件下烟气组成（mol ）为：CO 2:56.67，H 2O:20+3.33=23.33 SO 2：0.31，N 2：65.423.78=247.29理论烟气量为：56.67+23.33+0.31+247.29=327.60mol/kg（煤）即327.6022.41000=7.34mN 3/kg表2-2 各种锅炉过量空气系数折算值 所以选择空气过剩系数=1.7时，实际烟气量为：7.34+7.000.7=12.24mN 3/kg标准状态下烟气流量Q 以m 3/h计，1台机器实际烟气量Q=12.24750=9180 m3/h总产生实际烟气量Q=91803=27540 m3/h2.2烟气浓度标准状态下烟气含尘浓度far sh V A d =C /(3m kg 式中sh d 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；ar A 煤中不可燃成分的含量；s Q 标准状态下实际烟气量，m 3/kg； C 24. 12%15*%60=7.3510-3(kg/ m3=7.35103（mg/m3） 第三章 除尘器的选择3.1 除尘器的比较和选择选择除尘器时必须全面考虑有关因素，如除尘效率、压力损失、一次投资、维修管理等，其中最主要的是除尘效率。以下问题要特别引起注意：1选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放要求对于运行状况不稳定的系统，要注意烟气处理量变化对除尘效率和压力损失的影响。如旋风除尘器除尘效率和压力损失，随处理烟气量增加而增加；但大多数除尘器(如电除尘器 的效率却随处理烟气量的增加而下降。2粉尘颗粒的物理性质对除尘器性能具有较大影响粘性大的粉尘容易粘结在除尘器表面，不宜采用干法除尘；比电阻过大或过小的粉尘，不宜采用电除尘；纤维性或憎水性粉尘不宜采用湿法除尘。不同的除尘器对不同粒径颗粒的除尘效率是完全不同的，选择除尘器时必须首先了解欲捕集粉尘的粒径分布，再根据除尘器除尘分级效率和除尘要求选择适当的除尘器。表列出了典型粉尘对不同除尘器进行试验后得出的分级效率，可供参考。试验用的粉尘是二氧化硅尘，密度32.7/P g cm =。表3-1除尘器的分级效率 3气体的含尘浓度含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的预净化设备，去除较大尘粒，以使设备更好地发挥作用。例如，降低除尘器人口的含尘浓度，可以提高袋式除尘器过滤速度，防止电除尘器产生电晕闭塞。对湿式除尘器则可减少泥浆处理量，节省投资及减少运转和维修工作量。一般说，为减少喉管磨损及防止喷嘴堵塞，对文丘里、喷淋塔等湿式除尘器，希望含尘浓度在10g m 3以下，袋式除尘器的理想含尘浓度为02一10g m 3，电除尘器希望含尘浓度在30g m 3以下。4烟气温度和其他性质是选择除尘设备时必须考虑的因素对于高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器。如果烟气中同时含有SO ：、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，需考虑收集粉尘的处理问题有些工厂工艺本身设有泥浆废水处理系统，或采用水力输灰方式，在这种情况下可以考虑采用湿法除尘，把除尘系统的泥浆和废水纳入工艺系统。3.2 除尘效率CC S -=1式中 C 标准状态下烟气含尘浓度，3/m mg ；S C 标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，3/m mg 。 73502001-=97.27% 3.3 除尘器的选择工况下烟气量 TT Q Q = /(3h m 式中 Q 标准状态下的烟气流量，h m /3；T 工况下烟气温度，K ；T 标准状态下温度，273K 。74. (9180=+=Q /(3h m 23. 4= /(3s m 根据、Q 查资料后选用XLP/B-10.6型旋风除尘器（X 型），XLP/B型（原为CLP/B型）是带有旁路的干式高效旋风除尘器。该除尘器主要适用于清除非粘固灰尘、煤炭、泥沙、烟尘及其它粉尘等。尺寸见表4-1。表 3-2 3.4 旋风除尘器旋风除尘器内气流与尘粒的运动普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成，气流流动状况如图2-1所示。含尘气流进人除尘器后，沿外壁由上向下作旋转运动，同时有少量气体沿径向运动到中心区域。当旋转气流的大部分到达锥体底部后，转而向上沿轴心旋转，最后经排出管排出。通常将旋转向下的外圈气流称为外涡旋，旋转向上的中心气流称为内涡旋，两者的旋转方向是相同的。气流作旋转运动时，尘粒在离心力作用下逐步移向外壁，到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落人灰斗。气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部的压力下降，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后到达排出管下端附近被上升的内涡旋带走并从排出管排出，这股旋转气流称上涡旋。对旋风除尘器内气流运动的测定发现，实际的气流运动是很复杂的，除了切向和轴向运动外，还有径向运动。如在外涡旋，少量气体沿径向运动到中心区域；在内涡旋，也存在着离心的径向运动。为研究方便，通常把内外涡旋气体的运动分解成为三个速度分量：切向速度、径向速度和轴向速度。 图3-1 旋风除尘器的结构及内部气流第四章 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置4.1 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。4.2 管径的确定vQd 4=(m 式中 Q 工况下管道内的烟气流量，s m /3；v 烟气流速，m/s（对于锅炉烟尘v =10-15 m/s）。取v =12m/s，670. 01214. 323. 44=d (m直径取整670mm查表，取标准d=670mm，管道参数见下表5-2表 4-1管道参数 内径=1d =670-21.0=668(mm由公式vQd 4=可计算出实际烟气流速07. 12668. 014. 323. 44422=d Q v /(s m 对于总烟气量来讲 由公式vQd 4=计算出总管烟气直径 m 157. 107. 12*14. 369. 12*4=d直径取整1200mm内径=d2=1200-21.0=1198(mm26. 11198. 114. 369. 124422=d Q v /(s m 4.3 烟道的设计计算烟道采用拱形，图形如下图4-1所示： 图4-1 管道形状由图可以看出，烟道流过的最大烟气量是锅炉烟气量的2倍，再加上烟气系统的漏风率（设为1.1），则烟道内最大烟气流量为：03. . . 1=Q h m /3查数据可知，砖制烟道的最适合烟速是6-8 m/s，初定烟速为7 m/s，则烟道面积为 233. 17. 33512/m V Q A =而 33. 1 2(222=+=BB A 则 B=977.24mm 圆整取 B= 980mm 则 A=1.342m校正气速 95. 634. . 33512=v s m /，在范围内。第五章 系统阻力的计算5.1 摩擦压力损失对于圆管22v d L P L = (Pa式中 L 管道长度，m ；d 管道直径，m ；烟气密度，3/m kg ；v 管中气流平均速率，m/s；摩擦阻力系数，式气体雷诺数Re 和管道相对粗糙度dK的函数。可以查手册得到（实际对金属管道可取0.02，对砖砌或混凝土管道可取0.04）。对于670金属圆管已知：管道长43+13=25，m d 67. 0=，02. 0=, /(07. 12s m v =, =1.5（kg/m3）=180*5. 1+=0.904kg/m3207. 12*904. 0*67. 025*02. 02=L p =49.14(pa 对于1200金属圆管已知：管道长3，m d 2. 1=，02. 0=, /(26. 11s m v =, =1.5（kg/m3）226. 11*904. 0*20. 13*02. 02=L p =2.87(pa 由题可知锅炉烟气出口处阻力为1000Pa查得资料知XLP/B的进口截面阻力系数0=5.52。 当温度为20 C ，97hPa 下旋风除尘器的压力损失为 P=0V 02/2=9.80.90412.072/2=645.32Pa5.2总阻力损失因为忽略局部阻力损失，所以总阻力损失即为摩擦阻力损失与出口损失及旋风除尘器压力损失之和。=+=a 33. . . 214. 49P P第六章 风机和电动机选择及计算6.1标准状态下风机风量的计算Bt Q Q p r 3. . 1+=h m / (3 式中 1.1风量备用系数；Q 标准状态下风机前风量，h m /3；p t 风机前烟气温度，若管道不长，可以近似取锅炉排烟温度；B 当地大气压力，kPa 。48. 3. 374. . 1 =+=r Q /(3h m6.2 风机风压的计算yy y S h H 293. 1 (2. 1-=Pa式中 1.2风压备用系数；h 系统总阻力，Pa ；y S 烟囱抽力，Pa ；y 标准状态下烟气密度，（ =1.343/m kg ）。 77. . 0293. 1 39. 18433. 1697(2. 1=-=y H Pa6.3 电动机功率的计算2=y y H Q Ne (kw式中 y Q 风机风量，h m /3；y H 风机风压，Pa ；1风机在全压头时的效率（一般风机为0.6）；2机械传动效率，用V 形带传动时2=0.95； 电动机备用系数，对引风机，=1.3。77, 4795. 06. . 177. . 29036=Ne (kw6.4 风机和电机的选择根据风量y Q =29036.48h m /3，y H =2596.77Pa ，查资料后选择4-72，配对电机型号为Y160M2-2第七章 烟囱的设计7.1 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（表5-1），确定烟囱的高度。表7-1 锅炉烟囱的高度 锅炉总额出力：34=12 (t/h 故选定烟囱的高度为40m 。7.2 烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算：Qd . 0= (m式中 Q 通过烟囱的总烟气量，h m /3；按表4-2选取的烟囱出口烟气流速，m/s。表7-2烟囱出口烟气流速/(m/s 选定=4 m/s 则11, 2474. . . 0 =d m圆整取2. 22=d m 烟囱底部直径H i d d +=221式中 2d 烟囱出口直径，m ； H 烟囱高度，m ；i 烟囱锥度（通常取i =0.020.03）。取i =0.025，则1d = 2.2 + 20.02540=4.2(m7.3 烟囱的抽力B t t H S pk y +-+= 27312731(0342. 0 (Pa式中 H 烟囱高度，m ；k t 外界空气温度，；p t 烟囱内烟气平均温度，；B 当地大气压，Pa 。39. 18410. 97 180273152731(. 03=+-+=y S (Pa第八章 设计说明书8.1 设计工艺流程图 图8-1 工艺设计流