大气除尘设计计算书.docx
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大气除尘设计计算书
环境工程课程设计
《环境工程专题课程设计（气）》（除尘部分）
设计说明书
班级：
姓名：
学号：
指导教师:
环境科学与工程学院
2015年12月
、工程概况1
二、设计说明1..…
2.1设计原则1..…
2.2设计范围2.…
2.3设计规模2.…
2.4设计参数与指标2.…
三、工艺选择3..…
3.1除尘技术简介3.....
3.2可供选择的除尘技术3....
3.3方案的技术比较.4....
四、处理流程5.....
4.1除尘系统5....
4.2除尘器系统5....
4.3输灰系统5....
4.4控制系统（不作设计要求）5...
五、预期处理效果6....
六、主要设施与设备设计选型6....
6.1设计计算6....
6.1.1烟气流量与净化效率计算6..
6.1.2除尘器设计计算7....
6.1.3管道的设计计算13
6.1.4风机的选择计算15.
6.1.5除尘器的总装配图16.
6.2主要设备型号及技术参数确定17
七、技术经济分析18..
7.1综合技术经济指标18..
7.2人员编制19.
7.3工程概算19.
7.4运行费用分析19..
、工程概况
已知杭州市某厂新建2台35t/h燃煤工业锅炉（沸腾床锅炉直径4m），其除尘系统管道布置如图1。
每台锅炉产生的烟气量估计为：
基数61000Nm3/h+学号序号*100Nm3/h，烟尘浓度为35.0g/Nm3，其粒径＜5阿占70%，烟气经降温至120C进入除尘器，烟窗的直径3m，高度45m，局部阻力损失60Pa。
试设计该除尘净化系统。
排放烟尘浓度要求达到《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）规
定的重点地区锅炉大气污染物特别排放限值的规定。
二、设计说明
2.1设计原则
（1）基础数据可靠，总体布局合理。
（2）避免二次污染，降低能耗，近期远期结合、满足安全要求。
（3）采用成熟、合理、先进的处理工艺，处理能力符合处理要求;
（4）投资少、能耗和运行成本低，操作管理简单，具有适当的安全系数;
（5）在设计中采用耐腐蚀设备及材料，以延长设施的使用寿命；
（6）废气处理系统的设计考虑事故的排放、设备备用等保护措施；
（7）工程设计及设备安装的验收及资料应满足国家相关专业验收技术规范。
2.2设计范围
工程设计范围从燃煤废气的接入管开始至除尘器处理后烟囱排放为止。
包括
处理工艺、除尘设备、管道、控制、风机等的设计。
2.3设计规模
（1）处理烟气流量（工况）：
Q,61000Nm3/h23100Nm3/h63300Nm3/h17.59Nm3/s
总的烟气量为：
Q22Q217.5935.18Nm3/s
（2）处理浓度：
烟尘浓度为35.0g/Nm3，其粒径<5pm占70%。
2.4设计参数与指标
（1）处理烟气量（标况）：
Q217.5935.18Nm3/s;
（2）烟气温度：
120C；
（3）入口含尘浓度：
35.0g/Nm3;
（4）电场数：
2个；
（5）粒径<5pm占60%；
（6）排放指标：
30mg/Nm3。
三、工艺选择
3.1除尘技术简介
从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置。
根据主要的除尘
机理，目前常用的除尘器可分为：
①机械除尘器；②电除尘器；③袋式除尘器；
④湿式除尘器等。
但每种除尘净化系统总有其技术上的优点和缺点，应根据实际情况选择合适的除尘设施与工艺。
静电除尘分离粉尘靠的是静电力即库仑力。
静电除尘的三个基本过程：
悬浮粒子荷电-高压直流电晕；带电粒子在电场内迁移和捕集-延续的电晕电场或光滑的不放电的电极之间的纯静电场；捕集物从集尘表面上清除-隔一定时间振打除
去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗，完成除尘过程。
湿式除尘使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的原理。
袋式除尘是利用多孔纤维材料制成的滤袋（简称布袋）将含尘气流中的粉尘
捕集下来的方法。
电袋复合式除尘是电除尘器和布袋除尘器机结合，利用电除尘器的第一电场作为一级除尘单元，除去烟气中80%〜90%的粉尘颗粒，再用布袋作为二级除尘单元,除去剩下的微细颗粒。
3.2可供选择的除尘技术
目前常用的除尘器可分为：
①机械除尘器；②湿式除尘器；③袋式除尘器；
④电除尘器等。
机械除尘一般用来捕集5阿以上的尘粒，除尘效率可达80%~90%，若捕集
小于5的尘粒，则效率较低
湿式除尘由于利用惯性扩散与凝集的作用力进行除尘，其除尘阻力损失达到
800〜10000pa，不适用于处理大烟气量。
根据已知的烟气特性，可排除机械除尘和湿式除尘作为除尘技术的考虑。
静电除尘、袋式除尘均为适用的除尘方法，其处理温度均为小于400摄氏
度，处理粒径均小于今为5阿，且均能处理大的烟气量，而且均能达到达标排放。
3.3方案的技术比较
电除尘器
袋除尘器
优点
1.可以处理较咼温度的烟气（〜400C）
2.压力损失较小（约
200〜500Pa）
3.能耗低
4.处理烟气量大
5.对细粉尘捕集效率咼
1.操作简单
2.较低的爆炸危险
3.受烟气性质变化影响小,对粉尘的性质适应性广
4.出口排放浓度随入口含尘浓度的变化不大
缺点
1.一次性投资咼
2.安装精度要求高
3.对粉尘比电阻有一定
要求
1.用于烟气温度较低
2.压力损失人投资和操作维护费用咼
3.对湿度大粉尘易堵塞
针对该厂使用的燃煤工业锅炉是沸腾床锅炉，尽管沸腾层内的燃烧比较充
分，从布风板排渣管排出的冷渣碳含量很小（质量数为1%〜3%），但由于锅炉
是燃用0〜8mm的宽筛分燃料，其中0〜2mm燃料所占比例很大，在现有沸
腾风速下，这部分细煤粒进入沸腾层便被带走，尽管在悬浮室出口处装有高温水
平分离器，但由于分离效率低，烟气含尘浓度仍高。
对于高温且接收粒径大的含尘气体，布袋消耗量将很大。
另外，该厂的每台锅炉的烟气产生量为6.38万标
准立方米每小时，对于布袋除尘来说，需要比电除尘更大的处理规模来进行烟气处理。
综上所述，针对该烟气处理应选择电除尘方法。
四、处理流程
4.1除尘系统
除尘系统包括：
（1）进气烟箱⑵除尘器系统⑶输灰系统⑷控制系统
（1）高压供电系统
（2）输灰控制系统
五、预期处理效果
排放烟尘浓度要求达到《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）规定的重点地区锅炉大气污染物特别排放限值的规定。
《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）特别排放限值mg/m3
项目
限值
监控位置
颗粒物
30
烟囱或烟道
二氧化硫
200
大氧化物
200
汞及其化合物
0.05
六、主要设施与设备设计选型
6.1设计计算
6.1.1烟气流量与净化效率计算
（1）烟气流量
已知杭州市某厂新建2台35t/h燃煤工业锅炉（沸腾床锅炉直径4m），其除
尘系统管道布置如图1。
每台锅炉产生的烟气量估计为：
3333
Q161000Nm/h23100Nm/h63300Nm/h17.59Nm/s
3
总的烟气量为：
Q22Qi217.5935.18Nm/s
烟气经降温至120C进入除尘器，换算为120C时烟气量为：
T120273
QQ235.1850.64m3/s182248.35m3/h
T2273
（2）烟气入口浓度
烟尘浓度为35.0g/Nm3,其粒径＜5阿占70%，烟窗的直径3m，高度45m,局部阻力损失60Pa。
（3）烟气出口浓度
排放烟尘浓度要求达到《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）规
定的重点地区锅炉大气污染物特别排放限值的规定。
（4）除尘效率
6.1.2除尘器设计计算
根据已知条件，选择卧式电除尘器。
电除尘器初期除尘效率能达到99%，
能捕集1um以下的细微粉尘。
而且电除尘器处理烟气量大，可用于高温（可高
达500C）、高压和高湿（相对湿度可达100%）的场合，能连续运转，并能实
AIn
Wp
-辿ln^2915.1m2
10.1210.999
m2；n—集尘效率；Q—处理气量，m3/s；wp
（2）电场断面面积
民Q迪63.3m2
v0.8
式中：
Ac—电场断面面积，m2;v—气体平均流速，m/s。
取电场断面尺寸为BH8m8m。
（3）集尘极与放电极的间距和排数
本设计取集尘极之间的间距（2b）为450mm。
考虑与集尘极的间距相对应，放电极之间间距一般也采用450mm
集尘极的排数可根据电场断面宽度和集尘极的间距确定，即
B8
n1119
B0.45
式中：
n—集尘排数；B—电场断面宽度，m集尘极板间距,
（△B=2b）。
布置示意图见图1。
图1布置示意图
（4）电场长度
A2915.1彳…
L10.12m
2（n1）H2（191）8
式中：
L—电场长度，m；H—电场高度，m。
采用三电场串联，每个电场长度为Li=3.38m。
（5）电晕极系统设计
1放电极型式选择
为了使电除尘器长期高效、可靠地运行，对放电极的基本要求是：
牢固可靠,不断线；电气性能良好；粘附粉尘少。
放电极的类型大致有三种：
点放电，如芒刺线；线放电，如星型线；面放电，如圆线等。
本设计根据烟气性质、粉尘性质选择芒刺线放电极。
2放电极长度计算
由比电晕电流计算（指单位收尘极板上所得电晕电流）计算。
比电晕电流根
据电极型式查有关手册确定。
选芒刺形，比电晕电流在0.18-0.5mA/m2选取
则取比电晕电流0.5mA/m2，
I0.52915.11457.55mA
芒刺形电晕线单位长度电流密度0.25-0.35mA/m，取i0=0.3mA/m
I145755则电晕线总长度为：
L丄1457554858.5m
i。
0.3
除尘器一共有18个通道，每条电晕线长8m，
则每道中的电晕线数量为：
m4858534条
188
3放电极的悬挂与清灰装置选择
放电极的悬挂有三种方式：
重锤悬吊式、框架式、桅杆式，这里选用框架式一般是对电晕极采取连续振打清灰方式，是电晕极沉积的粉尘很快被振打干净。
振打方式有多种，常用的有提升脱钩振打、侧部挠臂锤振打等。
本方案采取侧部挠臂锤振打方式清灰。
见图2。
图2侧部挠臂锤振打清灰方式
（6）集尘极系统设计
采用Z型极板，每块高1.8m，宽0.385m。
每电场长度方向需要的阳极板数为：
n!
—3388.8，取9个
0.3850.385
电场间的距离取200mm，
则电场有效长度为：
L0.385930.2210.795m
集尘极多采用下部绕臂捶打装置，为保证正确的振打制度，采用单边振打。
本设计选用下部挠臂锤机械振打方式清灰。
一排极板安装一个振打锤，同一电场各排的振打锤安在一根传动轴上，并依次错开一定的角度，使各排极板的振打依次交替进行。
（9）除尘器零部件的设计计算
1进气箱
进口风箱小端设计为正方形，其中心与箱底部的距离为：
2500mm;
进口风箱小端设计尺寸为：
法兰内口边长2350mm，外框边长为
2550mm；
进口风箱大端正对电场：
BH8000mm8000mm；
两端口之间的距离为：
3400mm。
2出气箱
出口风箱同进口设计。
3灰斗
设置6个灰斗，大小尺寸一致，每一个电场横向设置2个。
每个电场的长
度为3400mm，宽度为8000mm。
灰斗上口尺寸：
LB3300mm4000mm；
灰斗下口尺寸：
设计为正方形，边长为500mm；
灰斗高度为：
2000mm；
出灰口法兰尺寸：
内口边长为300mm，外框边长为360mm；
出灰口高度为：
400mm。
4气流分布板
气流分布板层数的确定：
出工Fk80008000“c
由于719.8
F018001800
Fk—电除尘器气体进口管大端截面积，m2;
Fo—电除尘器气体进口管小端截面积，m2;
因为6旦20,所以本方案中设置2块气体分布板，沿气流方向的的第
Fo
一层分布板与第二层分布板的间距设计为700mm。
第一层分布板开孔率取为：
60%
第二层分布板开孔率取为：
50%
注意：
各层分布板加工以及布置时孔应交错排列，不能孔与孔正对。
5外壳设计
参照《除尘工程设计手册》P218表4-109、表4-112和图4-79，SHWB50型电除尘器的外壳设计参数及尺寸，设计如下：
除尘器外壳箱体的长度为：
L箱=11320mm（其中，电场区域所占的长度为
10120mm，电场间的距离200mm，第一层分布板与第二层分布板的间距设计为700mm，第二层分布板与电场始端的间距设计为300mm）
除尘器箱体的宽度为：
B=8800mm（其中电场宽度为8000mm，集尘板与箱壁的距离设计为2X400mm）
除尘器箱体的高度为：
H=9000mm（其中电场高度为8000mm，电场上端至箱顶设计预留500mm，电场下端至箱底设计预留500mm，便于安装和检修）＜
（10）工作电压与工作电流
1工作电压：
U250B2500.45112.5kV（6）
式中：
U为工作电压，kV。
2工作电流：
式中：
I—工作电流，A;i—集尘极电流密度，可取0.0005A/m2
6.1.3管道的设计计算
（1）管道系统布置原则
除尘管道力求顺直，保证气流通畅。
当必须水平敷设时，要有足够的流
速以防止积尘。
对易产生积灰的管道必须设置清灰口。
为减轻风机磨损，特别当
气体含尘浓度高时，应将净化装置设在风机的吸入段。
分支管与水平管或倾斜主干管连接时，应从上部或侧面接入。
三通管的夹角一般不大于30。
。
当有几个分
支管会合于同一主干管时，汇合点最好不设在同一断面。
输送气体中含磨琢性强的粉尘时，在局部压力较大的地方采取防磨措施，并在设计中考虑管件的检修。
（3）流速确定及压力损失计算
①管段1〜3，根据Q=91124.2m3/h,v=12m/s，查得外径D=1700mm，
"b=0.0077，实际流速v=11.24m/s，动压为75.3Pa。
摩擦压力损失：
2
pM3l—50.007775.32.9Pa
b2
局部压力损失为合流三通对管段动压的压力损失，其局部压损系数为
10.31,pm1
0.3175.323.3Pa
Pi
P113Pm12.923.326.2Pa
②管段2〜3同上
D=1700mm，
"b=0.0077,实际流速v=11.24m/s，动压为75.3Pa。
摩擦压力损失：
Pi232.9Pa
局部压力损失：
2
v
pm223.3Pa
2
p2pi23
Pm226.2Pa
③管段3〜4，根据Q=183687.9m3/h,v=12m/s，查得外径D=2350mm,
"b=0.0052，实际流速v=11.76m/s，动压为86.4Pa。
摩擦压力损失：
2
lv
150.005286.46.74Pa
:
Pl34
l
b2
局部压力损失：
pm3
2
v
2
0.3186.426.78Pa
p3pi34
pm36.7426.7833.52Pa
④电除尘器的压力损失一般为
200—300Pa，则取pc300Pa。
⑤管段5〜6，同管段3〜4
摩擦压力损失:
:
2
v
pl56l120.005286.45.39Pa
b2
局部压力损失：
2
v
pm40.186.48.64Pa
2
p4pi56
pm45.398.6414.03Pa
6管段7〜8，同管段3〜4
摩擦压力损失:
:
2
pl78lV90.005286.44.04Pa
b2
局部压力损失：
2
v
pm50.186.48.64Pa
2
P5
Pl78
pm54.048.6412.68Pa
7烟窗阻力损失为P660Pa，分布板阻力损失P7800Pa
综上，系统总压力损失：
PPlP3P4P5P6P7Pc
26.233.5214.0312.6860800300
1246.43Pa
6.1.4风机的选择计算
正确选择通风机是保证整个净化系统能否正常工作的关键。
风机选择不当，就会造成达不到设计要求，或导致投资和能耗的浪费。
（1）通风机的风量
Q0（1K1）Q（10.12）182248.35204118.16m3/h（10）
式中：
Q—系统计算的总风量，m3/h；K1—考虑系统漏风的安全系数，一
般K1=0.1-0.15选取。
（2）通风机的风压
p0（1K2）p-°（1K2）pTP0（10.13）1246.43（273120）103.32067.61paT0p273101.3
（11）
式中：
p—系统计算的总阻力损失，包括管道阻力、净化装置阻力、局部
阻力，Pa；
K2—安全系数，一般除尘系统K2=0.1—0.15选取;
o、po、To—通风机性能表中给出的标定状态的空气密度、压力、温
度。
一般说，po=1O3.3kPa。
、p、T—运行工况下进入风机时的气体密度、压力、温度。
计算出Qo、po后，可查通风机产品性能曲线选择所需风机的型号规（3）电动机功率
电动机所需功率Ne可按下式计算:
式中：
K—电动机备用系数。
对于通风机，电机功率小于5kW时取1.2，大于
5kW时取1.15;对于引风机取1.3；
1—通风机的全压效率，可查通风机样本得，一般0.5—0.7；
2—机械传动效率，皮带传动为o.95，联轴器传动为o.98，直联为1
本设计取Y4-73NO20D型锅炉风机，K=1.15，1=o.9，2=o.98
6.1.5除尘器的总装配图
总装配图如图2所示
供电设备
气流分布板
500Q
极板
6.2主要设备型号及技术参数确定
Y4-73NO20D型
锅炉风机
转速
730r/min
全压
1378〜2070Pa
流量
127080〜243800m3/h
效率
93.0%〜84.0%
轴功率
132〜160kW
Y355L2-10
型号电动机
功率
180kW
电机地脚螺栓
M30X800mm
SHWB40电除尘器
处理烟气量
182248.35m3/h
烟气温度
120C
入口含尘浓度
3.5g/Nm3
出口含尘浓度
30mg/Nm3
烟气流速
0.8m/s
电场有效长度
10.12m
电场有效咼度
8.00m
同极间距
450mm
通道数
18个
总集尘面积
2915.1m2
振打方式
绕臂锤机械振打
阻力损失
300Pa
除尘效率
99.99%
烟气停留时间
9.8s
工作电压
112.5kV
工作电流
1.46A
七、技术经济分析
7.1综合技术经济指标
技术参数
设计指标
处理量
126600Nm3/h
烟尘浓度
35g/Nm3
允许排放浓度
30mg/Nm3
总压力损失
<3000Pa
除尘效率
99.99%
7.2人员编制
该除尘设备每天工作16小时，两班制，每班2人，工人年薪4万元
7.3工程概算
设备
单价
数量
费用
Y4-73NO20D型
锅炉风机
Y355L2-10型电动
22万元/套
1套
22万元
机
耗用钢材费用
0.6万元/吨
45吨
27万元
管道
7万元
电晕线
5万元
配备高压供电设备以及各种控制设备等等，则设备费用与建设成本总额总计为270万元。
7.4运行费用分析
工人工资
16万元
设备折旧费（按成本的10%计）
27万元
平均维修费（按成本的5%计）
13.5万元
电费
260万元
总计
316.5万元
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