除尘器设计手册

大气污染控制工程课程设计

学院：工学院

系别：环境工程

姓名：______________________

学号：_____________________

指导教师：__________________

成绩：______________________

2023年11月29日

目录

摘要.......................................................................................4

关键字....................................................................................4

一.序言..................................................................................6

二.方案的选择和阐明......................................................................6

2.1除尘器性能指标...................................................................6

2.2除尘净的选择.....................................................................7

三.设计根据和原则........................................................................7

3.1根据............................................................................8

3.2原则............................................................................8

四.管道设计计算..........................................................................8

4.1基本数据.........................................................................8

4.2烟气排放量以和构成..............................................................9

4.3管道计算.....................................................错误!未定义书签。

4.3.1除尘系统工艺流程图.........................................................10

4.4.2管道直径确实定.............................................................10

4.4管道压力损失的计算...............................................................11

4.4.1摩擦阻力损失..............................................................11

4.4.2局部压力损失...............................................................13

4.4.3系统的压力损失.............................................................13

五.换热器的选型...........................................................................13

六.文丘里洗涤器几何尺寸和压损计算.........................................................14

6.1管径..............................................................................14

6.2管长.............................................................................15

6.3压力损失.........................................................................15

6.4除尘效率的计算...................................................................16

6.5脱水器的选择（捕集器）..........................................................16

6.6喷嘴选型.......................................................................17

七.风机的选型...........................................................................18

八.烟囱的高度计算.......................................................................19

九.设计成果列表......................................................错误!未定义书签。

十•总结...............................................................错误!未定义书签。

参照文献..................................................................................22

某小型燃煤电站锅炉烟气除尘系统设计

摘要：该设计重要为某小型燃煤电站锅炉烟气除尘系统设计，设计耗煤量为5748.3kg/h,分析锅炉烟

气特点，排烟温度550匕，烟气密度：1.37kg/n?和排放规定后初步选择了文丘里除尘器，通过课程计深入

巩冏课程所学习的关键内容，掌握设计的内容以和有关参数的选择与计算，并使所学知识系统化，

培养学生运用所学习知识进行烟气处理工艺的设计。本次设计，是让学生针对给定的处理工艺，

选择对应参数的计算，绘制工艺图，使学生具有初步的烟气处理单元的设计能力。

关键字：烟气特点，锅炉，文丘里除尘器

Asmallcoal-firedboilerfluegasdustremovalsystemdesign

Abstract：Thedesignforasmallcoal-firedboilerfluegasdustremovalsystemdesign,the

designofcoalconsumptionforthe5748.3kg/h,analysisofboilerfluegas,fluegastemperature

is550C,smokedensity:1.37kg/m3andemissionrequirementsafterthepreliminaryselection

ofVenturifilter,throughthecourseofthecorecontenttofurtherconsolidatethecourseof

study,mastertheselectionandcalculationofdesignthecontentandtherelatedparameters,

andmakestheknowledgesystem,trainingthestudentstousetheknowledgetodesignprocessof

fluegastreatment.Thisdesign,istoletthestudentsforagiventreatment,selectthe

appropriateparameterscalculation,drawing,enablethestudenttohavethedesigncapability

offluegastreatmentunitpreliminary.

Keywords：Characteristicsofsmoke,boilerdustcollector,Venturi

除尘设计任务书

一设计题目

某小型燃煤电站锅炉烟气除尘系统设计。

二设计资料

设计耗煤量：5748.3kg/ho

排烟温度：550-C

空气过剩系数：a=1.4

烟气密度（标态）：1.37kg/nf

室外空气平均温度；4匕；

锅炉出口前烟气阻力：1200Pa；

三设计目的

规定设计烟尘浓度排放W200mg/m'。

本设计的目的在于深入巩固和加深理解课程理论，培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步

能力，包括工程设计的基本措施和环节，技术资料的查找与应用以和绘图能力的训练，综合运用本课程和

其有关课程的理论知识处理工程中的实际问题。

四设计规定

（一）编制一份设计阐明书，重要内容包括：

1）引言

2）方案选择和阐明（附流程简图）

3）除尘（净化）设备设计计算

4）附属设备的选型和计算（集气罩、管道、风机、电机）

5）设计成果列表

6）设计成果讨论和阐明

7）注明参照文献和设计资料

（二）绘制除尘（净化）系统平面布置图、立面布置图、轴测图

（三）绘制除尘（净化）主体设备图

锅炉烟气除生系统设计书

一.序言

我国是以煤为重要能源的国家。伴随国民经济的发展，能源H勺消耗量逐渐上升，大气污染物H勺排放

合用时粒径

效率阻力设备费运行费

除尘器名称范围

（黯（Pa）

（Pm）

量对应增长。而就我国的经济和技术发展就我国的经济和技术发展水平和能源的构造来看，以煤炭为重要

能源的状况在此后相称长时间内不会有主线性的变化。我国的大气污染仍将以煤烟型污染为主。因此，控

制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和S6危害的关键问题。

二.方案的选择和阐明

2.1除尘器性能指标

除尘器性能指标包括技术性能指标和经济性能指标，其中，前者包括含尘气

体处理量、除尘效率、阻力损失，后者包括总费用（含投资费用和运转费用）、

占地面积、使用寿命。上述各项指标是除尘设备选用和研发的根据。

多种除尘设备的基本性（表5-1）

重力沉降室>50<5050少少

惯性除尘者20-5950-70300少少

旋风除尘器5-1560-90800少中

水浴除尘器1-1080-95600少中下

卧式旋风水膜除尘器2595-98800中中

冲激式除尘器-5951000中中上

电除尘器0.5-190-9850多中上

袋式除尘器0.5-195-991000中上大

文丘里除尘器0.5-190-984000少大

2.2除尘器的选择

在选择除尘器过程中，应全面考虑一下原因：

(1)除生丸啊除生效率(多种除生器对不一样粒径粉生的除生效率见表1):

(2)选用的除尘器与否满足排放原则规定的排放浓度：

(3)注意粉尘的物理特性(例如黏性、比电阻、润湿性等)对除尘器性能

有较大的影响

此外，不一样粒径粉尘的除尘器除尘效率有很大的不一样；

(4)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

的出净化设备，清除粗大粉尘，以使设备更好地发挥作用；

(5)气体温度和其他性质也是选择除尘设备时必须考虑的原因：

(6)所捕集粉尘的处理问题：

(7)设备位置，可运用的空间、环境条件等原因：

(8)设备的一次性投资(设备、安装和施工等)以和操作和维修费用等经

济原因0

综合考虑对除尘效率的规定、水泥的性质和经济成本等直选用文丘里除尘器。

三.设计根据和原则

3.1根据

（1）同类粉尘治理技术和经验

（2）《水泥工业大气污染物排放原则》（GB4915-2023）

（3）《大气污染防治技术和工程应用》

（4）《除尘技术手册》（张殿印张学艺编著）

3.2原则

本设计遵照如下原则进行工艺路线的选择和工艺参数确实定：

（1）基础数据可靠，总体布局合理。

（2）防止二次污染，减少能耗，近期远期结合、满足安全规定。

（3）采用成熟、合理、先进的处理工艺，处理能力符合处理规定：

（4）投资少、能耗和运行成本低，操作管理简朴，具有合适的安全系数，

各工艺参数的选择略有富余，并保证处理后的尾气可以达标排放；

（5）在设计中采用耐腐蚀设备和材料，以延长设施的使用寿命；

（6）废气处理系统H勺设计考虑事故的排放、设备备用等保护措施：

（7）工程设计和设备安装的验收和资料应满足国家有关专业验收技术规范

和原则。

四.管道设计计算

4.1基本数据

锅炉型号：未知；设计耗煤量：5748.3kg/h；排烟温度：550V；空气过剩系数：a=1.4：烟气密度

（标态）:1.37kg/m3

室外空气平均温度；4℃；锅炉出口前烟气阻力：1200Pa；烟气其他性质按空气计算：排灰系数28乐按锅

炉大气污染物排放原则(GB13217-2023)中二类区原则执行：原则状态下烟尘浓度排放原则：200mg/m'.

煤的工业分析(无烟煤)：C：84.9%、H：3.19%、S：0.27%、0：1.07%、N：0.76%.水分：0.80%.灰

分:9.01%.

4.2烟气排放量以和构成

表5-2烟气排放量和构成

以1kg煤为基

准

产生烟气量(mol)

各组分质量mol需02量(mol)

C02HQS02N2

C84970.7570.7570.75000.00

H31.931.907.975015.9500.00

010.70.67-0.3343750000.00

N7.60.5400000.27

S2.70.080.08000.080.00

H2080.44000.4400.00

灰分90.10

总和78.4870.7516.390.080.27

上表以1kg煤为基准计算

理论需氧量%=(需氧量)x22.4+1(XX)

理论空气量：%)=《x(1+3.78)

实际空气量：Va=a-V^

过剩空气量：%=匕_匕,

其中心匕，=K°x—

M04.78

理论烟气量：

Vf=6.6446+(70.75+15.95+0.4444+0.2715+0.0844)x22.4-5-1000=8.6046m3/kg

则实际烟气量：yf=yf+yo,

1总的烟气量：Q=Yfq

标态下烟气含尘浓度：

除尘效率：y=\----―—=90.514%

2.1084xl0?3

烟气出口温度的总烟气量：

则550C的总烟气量：

4.3管道计算

除尘系统工艺流程图

管道直径确实定

管段（1-2）Q"=57.5983//5

国14x57.5983

杳设计手册取管道中气速v=18m/s,可得dB2.02m根据实际管道状况,

V3.14x18

取di2=2m

4x57.5983

实际流速=18.34〃？/s

3.14x2之

管段（3-4）标况下温度为95C,即T=368.15K

史"1.35m

取气体流速18m/s,da4=

3.14x18

管道取一致，取&«=1.4ZZZ

实际流速K.==4,'5=16.74〃?/s

买Trd23.14xl,42

管段(5-6)标况下温度为76.16C,即T=349.3IK

四”二L3lm

取气体流速18m/s,d5.=

3.14x18

管道取一致，取&一6=1.4加

实际流速％=%=焉*=688加s

管段(7-8)标况下温度为76.16匕,即T=349.31K

取气体流速18m/s,ds6==1.31m

管道取一致，取&/=1.4相

+4Q4x24.43।…,

实际流速匕.=---7=-------------T=15.88〃7/S

实）储3.14x1.42

列表为（表4-4-2）：

气体体积m3/s管段温度气体流速计算管径(m)

水力半径R实际流速

管段(取管道规

标况下实际中,C（K）K(m/s)(取整)(m)(m/s)

格)

1—259.5983550823.151820.08518.34

2—325.7595368.15181.40.08516.74

烟气19.1061

3—424.4376349.15181.40.08515.88

4—524.4376349.15181.40.08515.88

4.4管道压力损失的计算

4.4.1摩擦阻力损失

流体力学原理，气体流经断面性状不变的直管时，圆形管道H勺摩擦阻力可按下式计算

式中△%一一定长度管道的摩擦住力，Pa

L一直管道的长度，m

人一摩擦阻力系数，无量纲

d一圆形管道内直径，m

P-管内气体的密度，kg/m，

u—管内气体的平均风度，m/s

烟气密度/=等

根据已知的数据：煤气在标况下的密度夕=1.37%8/m3

550C时，烟气密度夕=0.4546Zg/"z3

95c时，烟气密度0=1.0165依/而*

76C时，烟气密度0=1.0718版/63

76PM,烟气密度〃=1.0718&g/〃/

管段1〜2,在操作条件下

4=0.4546kg/疗，L=IO，%d=2，n,v=18.34〃?/s,2=0.012（镀锌管）

管段3〜4在操作条件下

夕尺=1.0165kg/"，L=20，〃,d=1.4帆,u=16.74〃?/s,2=0.012（镀锌管）

管段5〜6,在操作条件下

q=1.07l8kg/加L=5rn,d=\Am.v=15.88w/5,2=0.012（镀锌管）

管段7〜8在操作条件下

3

ps=1.0718k^//nL=5",〃=1.4〃z,u=15.88m/s,4=0.012（镀锌管）

整顿数据表格如下（表5-4）：

标况下管道中摩擦阻力摩擦阻力

管段管道长度气体流速

体积密度为积密度系数损失

1-259.590.45460.0121018.344.59

3-419.1061.3725.751.01650.0122016.7424.42

5-624.431.07180.012515.885.79

7-824.431.07180.012515.885.79

总摩擦压力损失为：

4.4.2局部压力损失

局部压力损失在管件形状和流动状态不变时，可按下式计算

式中AP一气体的管道局部压力损失，Pa

&一局部阻力系数

管道1〜2,弯头2个&产&2=0.18则

管道3〜4,弯头2个乡产&产0.18则

管道5〜6,弯头3个乡产&2=0,18则

管道7〜8,无弯头，故无局部阻力损失

4.4.3系统的压力损失

摩擦阻力损失AHg=4.59+24.42-17.38+5.79=52.18Pa

局部阻力损失△P・0=27.52+51.27+72,97=151.76Pa

除尘器压损△巴=516&13+570=5738.13Pa(文丘里管和脱水器两部分)

总压力损失△P=4PLa+ZiP,£+ZkPc=52.18+151.76+5738.13=5942.07Pa

五.换热器的选型

1.进口温度(=55O1C出口温度n=95匕AT=——=322.5,C

进：7；=25r出：T2=90℃

2.查表T=300℃Cpi=1.122kJ/(kg•C)

,

T=400CCp2=1.138kJ/(kg・C)

Cp=CPi+-;Hx(322.5-300)=1.1285kJ/(kg-C)

3.热负荷

包=二原则状况下烟气密度0=1.37Zg/w?

Pi北

1.37550+273.15

则=>p2=0.4546kg!6?

Pi273.15

假定冷却器为壳测单程，则查表得修正系数

加,〃=200.04x0.8=160.336假定传热系数K=300W/nv°c

4.84xlQ7

则所需的传热面积A=——=279.5115m2

K&300x160.336x3.6

取安全系数为1.02则A=1.02x279.5117=285.1017/7?2

本设计采用的是管壳式换热器,冷热两种流体在其中换热时.•种流体流过管内,其行程称为管程.

另一种流体在管外流动，其行程称为壳程，选用管径为①25X2.5的无缝钢管，型号为

BESX1200-1.0-285-4.5/25-6REB的换热器，其重要参数为管外径为25mm,管长4.5m,换热面积为285m)

由于换热器口勺压损相对除尘系统管道和除尘器的压损较小，在这里将其压损忽视不参与背面的有关计算和

选型。

六.文丘里洗涤器几何尺寸和压损计算

文丘里洗涤除尘器是一种高效除尘效率的湿式除尘器。它即可用于高温烟气降温，也可净化具有微米

和亚微米粉尘粒子和易于被洗涤液吸取的有毒有害气体。实际应用H勺文丘里洗涤除尘器由文丘里洗涤器、

除雾器、沉淀池和加压循环水泵等多种装置构成，其装置系统如下图所示，文丘里洗涤器在该装置系统中

起到捕集粉尘粒子的作用。净化气体与沉降粉尘粒子的雾滴捕尘体的分离都是在除雾器中完毕的，本设计

中除雾器即脱水器选用旋风水膜除尘器，文丘里洗涤器则由收缩管、喉管和扩张管以和在喉管处注入高压

洗涤水的喷雾器构成。

6.1管径

式中管径，m

。一进口气体流量，19.106X3600=68781.6m7h

一般取进口流速J=16〜22m/s

出口流速力=18〜22m/s

喉管流速vr=50-180m/s

取进口流速u,=20m/s,则进口管径。=18.8x]丝网g=1103mm=1.103m

20

18781.6

出口流速Uz=20m/s,则出口管径。2=18.8x=1103mm=1.103m

V20

,6878]6

喉管流速v=80m/s,则喉管管径£>r=18.8x[..........-=551mm=0.551m

V80

6.2管长

渐缩管的中心角明取25°,渐扩管的中心角-取6°,当选定两个角之后，计算

-7rD.-D,a.1.103-0.55125…

收缩管长L.=—-----cot—=---------------xcot—=1.24m

r2222

一,D.-Da.1.103-0.5516v»

扩散管长L=-----r-•cot-=----------------xcot—=5.27m

2222

喉管长度（时文丘里管的凝聚效率和阻力皆有影响。试验证明，S.8〜1.5）〃，取A=1.5

〃=0.8X0.551=0.441m

文丘里管示意图

6.3压力损失

根据有些学者提H；的模式认为气流的所有能量损失仅用在喉部将液滴加速到气流速度,由此导出压力

损失的近似体现式为

式中△〜文丘里洗涤器的气体J5力损失，cmH力

明一喉部气体速度，cm/s

£一液气体积比，一般为0.5〜lL/m:取£=0.8

62

故AP=1.03x1(T*(8。x10>x0.8=52.736cmH2O=5168.128尸〃

6.4除尘效率的计算

根据国家规定H勺烟尘排放浓度原则，C^lOOmg/m',故除尘器应当到达的除尘效率为:

HT=1-(100/1920)X100%=94.8%

除尘效率按下列公式估算：

n=(l-9266Ap,u)X100%

式中n—除尘效率，%：

△p—压力损失，Pao

n=(l-9266Ap,tt)X100%=(l-9266X5168.13'a)X100%

=95.46%

6.5脱水器的选择（捕集器）

脱水器串联在文丘里洗涤器后，作为凝聚水滴和吸取某些气态污染物的作用。

根据进入文丘里除尘器的风量Q=207353.827m7h,出换热器的Q=进除尘器的Q

则。二4.丫=25.74加3is=92649.34〃/h

查表：取耗水量0.5—2.7L/W?

上升速度V<2.5m/S，停留时间3-5min,风速20-30m/5，

筒体高h=(1.5-2.0)D,椎体高h=(2.0-2.5)D,取耗水量为2HLi

75

上升速度2.0m/$。则（1=4.05/72

取t=5min=300s则筒体高h=l.5D=6.075m椎体高h=2D=8.Im

选择CLS/A-5型号的脱水舞。

CLS/A型带有挡水圈，以减少除尘器的节水现象，在筒体内壁表面一直保持一层持续不停地均匀往下流动

的水膜。含尘气体由筒体下部切向进入除尘器并以旋转气流上升，气流中的粉尘粒子被离心力甩向器壁，

并为下降流动的水膜捕尘体所捕捉，粉尘粒子随沉渣水山除尘器底部排渣口排出，净化后的气体山简体上

部排出。

重要参数如下表：

表5-5

风量/n?/h压损/Pa筒体高度H/mm筒体直径D/irm出口直径/mm

207353570607520231000

6.6喷嘴选型

喷嘴是湿式除尘设备的附属构件之一，对烟气冷却、净化设备性能影响很大，根据喷嘴的构造形式

不一样，一般可分为喷洒型喷头、喷溅型喷嘴和螺旋型喷嘴等，本设计采用螺旋型喷嘴的碗型喷嘴，其计

算过程如下：

①设计参数：L=0.8L/m，耗烟量=LX烟气量=0.8X25.75=20.576n)3/h

由喷射角75°,出水口轴向流速为20m/s,则出水口面积为：

_20.576x10_285.78mm2,出水口直径为D、=i8mm

一3600x20

②取蜗室入口流速为4m/s,则蜗室切向入口纵断面积为

③水口内径小的截面积A2的计算

AA?14282

K=­JK取0.785,则=-------------=5074mm2

废K2Al().752X714.4

IX=80.38mm

④取V*=0.9m/s,则该处圆环面积为

⑤喷啼外壳的内半径R为

22222

6350=-[(2/?,)-J]=0.785[(2/?1)-56=3.14/?,-3136,R,=55mm

如下图：

选喷口口径为18nlm的，其重要参数如下：

七.风机的选型

(1)风量根据总风量和总压力损失选择合适的风机。在选择风机时按下式计算。

式中0一管道系统的总风量，m3/h

所一考虑系统漏风所附加的安全系数。一般通风系统取1.1,除尘系统取1.15,本设计中取

L=L15

用一除尘器或净化设备H勺漏风所附加的安全系数，取0.1

故0=1.15X0.1X207353=23845.7m7h

(2)风压Pf=(K34PopcK.

式中Pr-风机的风压，Pa

△A—管道系统的总压力损失，Pa

△月一除尘器的压力损失，Pa

L一管道系统总压力损失的附加安全系数，一般通风系统取1.1〜1.15,除尘系统取1.15〜

1.20,取电=1.15

七一由于风机产品的技术条件和质量原则容许风机的实际性能比产品样本低而附加的系

数，%=1.08

Pf=(l.15X52.18+5738.13]X1.08=6262Pa

念Pf

（3）电机功率N=

3600xl000X7x/

式中N-风机配用电动机的功率，kW

Q。一风机的风量，m7h

Pr一风机的风压，Pa

明一风机运行时H勺效率，一般为0.5〜0.7,电机直联传动取0.5

n2—机械传动效率，取L机

K-电动机轴功率安全系数，离心通风机取1.40

风机根据风压、风鼠、功率选择C678型的锅炉风机。

表5-6除尘风机性能表

风机类型型号全压/Pa风量）功率/kW备注

用于锅炉，也常用于大中

锅炉风机GY2-10775-6561111-1600

型除尘系统

八.烟囱的高度计算

（1）烟囱出口内径可按下式计算:

式中。一通过烟囱的总烟气量，m31s

匕一按表选用的烟囱出口烟气流速，选定匕=8m/s

表5-7烟囱出口烟气流速

运行情况

通风方式

全负荷时最小负荷

机械通风10〜204〜5

自然通风6〜82.5〜3

（2）烟囱高度确实定

•种烟囱的所有锅炉的总蒸发量为Q=35t/h,表5-8燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）锅炉房烟囱

最低容许高度

表5-8

锅炉房装机总容MW<0.70.7〜<1.41.4〜<2.82.8〜<77〜<1414〜<28

量t/h<11〜<22〜<44〜<1010〜<2020〜W40

烟囱最低高度m202530354045

查上表可得："烟囱=35m

烟囱底部直径

式中D------烟囱出口直径，m：

H一—烟囱高度，m；

i——烟囱锥度，一般取i=0.02〜0.03。

选定i=0.025

38—202

则烟囱的几何高度H=-...:-=35.6〃?

2x0.025

(3)烟囱的抽力

烟囱口勺抽力取决于烟温、空气温度和烟囱高度，烟温越高，周围空气温度越低，烟囱的抽力越大：烟

囱高度越高，其抽力也越大。

式中H一产生抽力的管道高度，m

“一外界空气温度匕

。一计算管段中烟气的平均温度℃

。=(550+95+76+76)/4=199.33c

B一当地大气压Pa

404x25.75，

校核烟气流速匕=—=--------=82mls

1

心万x2，

AH=^~^(1.5+2.7-；-D)

由霍兰铐公式得：抬升高度U7

A„8.2x2“-349—293小门0

\H=-------(1.5+2.7---------x2)=12.94根

3349

则烟囱的总高度H=35.6+12.94=48.54m=49m

九.设计成果列表

本设计的燃煤电站锅炉烟气除尘系统和附属设备重要有：文丘里除尘器、脱水器、换热器、风机、

电机、除尘系统管道、烟囱等。除尘净化系统设备的选型见下表5-9。

表5-9除尘净化系统设备•览表

序号名称规格