文丘里除尘器课程设计.docx

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文丘里除尘器课程设计

前言................................................3

一、1、脱硫除尘工艺选择.............................4

2、氧化镁法脱硫原理

3、工艺简介

二、文丘里除尘器结构与原理..........................8

1.文丘里洗涤器的基本机构

2、工作原理

3、文氏管的基本结构

4.文氏管的类型

三、除尘器设计与尺寸计算...........................10

1、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算

2、文丘里洗涤器几何尺寸计算。

1）喉管直径

2）喉管长度

3）收缩管进口直径

4）收缩管长度

5）扩散管出口直径

6）扩散管长度

3、压力损失计算

4、除尘效率计算：

5、烟囱高度的确定

6、烟囱抽力的计算

7、风机风量计算

8、管道阻力计算

9、风机风压计算

10、电动机功率的计算

四、参考资料......................................18

五、结语........................................19

前言

本课程设计结合《大气污染控制工程》的相关知识，再根据指导老师给出的任务书及设计条件，对某燃煤采暖锅炉房设计烟气脱硫除尘系统。

本课程设计内容包括脱硫除尘工艺的选择、文丘里洗涤器结构与原理、除尘器设计与尺寸计算、结语和设计图纸。

一、1、脱硫出尘法的选择

目前,世界上烟气脱硫工艺有上百种,但具有实用价值的工艺仅十几种。

根据脱硫反应物和脱硫产物的存在状态可将其分为湿法、干法和半干法3种。

湿法脱硫工艺应用广泛,占世界总量的85.0%,其中氧化镁法技术成熟,尤其对中、小锅炉烟气脱硫来说,具有投资少,占地面积小,运行费用低等优点,非常适合我国的国情。

采用湿法脱硫工艺,要考虑吸收器的性能,其性能的优劣直接影响烟气的脱硫效率、系统的运行费用等。

旋流板塔吸收器具有负荷高、压降低、不易堵、弹性好等优点,可以快速吸收烟尘,具有很高的脱硫效率。

脱硫除尘工艺比较选择

　　脱硫除尘工艺比较选择如表1所示

表1

脱硫工艺

湿法

半干法

干法

石灰石石膏法

钠法

双碱法

氧化镁法

氨法

海水法

喷雾干燥

炉内喷钙

循环流化床

等离子体

脱硫效率/%

90～98

90～98

90～98

90～98

90～98

70～90

70～85

60～75

60～90

≥90

可靠性

高

高

高

高

一般

高

一般

一般

高

高

结垢

易结垢

不结垢

不结垢

不结垢

不结垢

不结垢

易结垢

易

易

不结垢

堵塞

堵塞

堵塞

不堵塞

不堵塞

不堵塞

不堵塞

堵塞

堵塞

堵塞

不堵塞

占地面积

大

小

中

小

大

中

中

中

中

中

运行费用

高

很高

一般

低

高

低

一般

一般

一般

一般

投资

大

小

较小

小

大

较小

较小

小

较小

大

　　通过对脱硫除尘工艺———湿法、半干法、干法的对比分析:

石灰石-石膏法虽然工艺非常成熟,但投资大,占地面积大,不适合中、小锅炉。

相比之下,氧化镁法具有投资少、占地面积小、运行费用低等优点,因此,本方案选用氧化镁法脱硫工艺。

2、氧化镁法脱硫原理

　　以普通氧化镁粉（纯度约85%~90%）浆液作吸收剂，与烟气反应生成亚硫酸镁，如亚硫酸镁进一步氧化，可生成硫酸镁。

（悬浮乳液）熟化

MgO+H2O→Mg（OH）2

吸收

SO2+H2O→H2SO3

中和

Mg（OH）2+H2SO3→MgSO3+2H2O

MgSO3+H2SO3→Mg（HSO3）2

生成的亚硫酸镁一部分又作为吸收剂循环使用，同时未使用的另一部分可排放或进一步利用。

（溶解状态）氧化

MgSO3+1/2O2→MgSO4

此外，在Mg（OH）2相对SO2不足时则会：

MgSO3+SO2+H2O→Mg（HSO3）2

补足Mg（OH）2时

Mg（HSO3）2+Mg（OH）2→2MgSO3↓+2H2O

当副产品亚硫酸镁/硫酸镁采用焙烧方法制成氧化镁和硫酸回收时，则其化学过程如下（焙烧温度控制在850℃以下，如温度达到1200℃，氧化镁会被烧结，不能作为脱硫剂使用）：

MgSO3→MgO＋SO2

MgSO4→MgO＋SO3

Mg（HSO3）2→MgO＋H2O＋2SO2

SO2＋1/2O2→SO3

SO3＋H2O→H2SO4

当副产物亚硫酸镁经强制氧化，制成MgSO4•7H2O出售时，其化学过程如下：

MgSO3＋1/2O2→MgSO4

MgSO4＋7H2O→MgSO4•7H2O

如脱硫副产品采用抛弃法，则由于亚硫酸镁极易氧化成硫酸镁，而硫酸镁又是重要的肥料，所以对环境没有危害。

3、工艺简介

该装置的主体设施是吸收塔，结构见下图。

反应罐的浆液用循环泵打入到吸收塔及文丘里洗涤器中，通过雾状喷淋的形式与来自除尘后的烟气逆流接触，除去其中的SO3和粉尘等。

在文丘里洗涤器中第一次除去进入吸收塔的烟气中的污染物，通过文丘里洗涤器喉部的特殊设计，扩大喷淋的浆液与烟气的接触面积，加强了传热和传质过程。

而且在去除污染物的过程中使烟气的温度下降到绝热饱和温度。

为了在喷射区域使烟气的流动均匀，形成良好的气液接触，设置了烟气均流板。

反应罐的作用是使在文丘里洗涤器和喷射区域被吸收的SO2与氢氧化镁反应后产生硫酸亚镁粒子，然后再把它氧化成硫酸镁。

特殊电流装置再次有效地去除烟气中的污染物及在反应过程中形成的白烟或小水珠。

反应罐内循环浆液的硫酸镁浓度达到一定程度时，把一定量的循环浆液输送到湿法除灰的沉淀池中。

进入吸收塔被处理后的烟气从脱硫设备上端的烟囱排出。

二、文丘里除尘器结构与原理

根据选用的脱硫除尘工艺，本设计选择文丘里洗涤器。

1.文丘里洗涤器的基本机构

文丘里洗涤器的结构由进气管、收缩管、喷嘴、喉管、扩散管、连接管和旋风分离器组成。

如下图：

图为文丘里洗涤器结构示意图

2、工作原理

文丘里洗涤器是由进气管进气管、收缩管、喷嘴、喉管、扩散管、连接管和旋风分离器组成。

文丘里管除尘器的除尘过程包括雾化、凝聚和脱水三个阶段，当含尘气流由进口管进入收缩管后，流速逐渐增大，气体的压力能逐渐转变为动能，在喉管入口处气流速度达到最大，一般为50～180m/s，洗涤液通过沿喉管周边均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气流雾化和加速，在液滴的加速过程中，由于液滴与粒子之间的惯性碰撞，实现微细粒子的捕集；进入渐扩管，由于断面积逐渐扩大，管内静压得到恢复，气流流速也逐渐降低，如果在收缩管末端或者喉管处通过喷嘴引入洗涤液，该处的气流速度就很高，由喷嘴喷出的洗涤液在高速气流的冲击下，进一步雾化成更细小的雾滴，而且气、液、固三相的相对速度都很大，使它们得以更充分的混合，从而增加了尘粒与液滴碰撞的机会。

另一方面，由于洗涤液雾化充分，是气体达到饱和度，从而破坏了尘粒表面的气膜，使尘粒完全被水汽润湿，当气流进入扩散管后，这些被水润湿的尘粒与雾滴以及不同粒径的尘粒与雾滴之间，在不同惯性力的作用下，在相互碰撞接触中凝聚成粒径较大的含尘液滴，这些较粗的含尘液滴随气流进入脱水器，在重力、惯性力、离心力的作用下，从气流中分离出来，从而达到除尘之目的。

净化后的烟气经除雾器后排放。

3、文氏管的基本结构

文氏管基本结构见下图：

，

它是由收缩管、喉管、扩散管组成。

4.文氏管的类型

高炉煤气清洗系统的文氏管，按喉口有无溢流氺膜可分为两类：

一类是喉口有一层均匀水膜的文氏管，通称溢流文氏管；另一类是喉口没有水膜的文氏管，通称文氏管。

按喉口有无调节设备也可分为两类：

一类是喉口装有调节装置的，喉口可以调节的，称为调径文氏管；另一类是喉口无调节装置的定径文氏管，因此常用的文氏管有溢流调径文氏管、溢流定径文氏管、调径文氏管、定径文氏管等4种。

本设计采用的是溢流定径文氏管。

三、除尘器的设计与计算

根据课程设计任务书的条件：

锅炉型号：

SZL4－13型，2台

设计耗煤量：

600kg/h（台）

排烟温度：

150℃

标准状态下烟气密度：

1.34kg/m3；

空气过剩系数：

α＝1.4

飞灰占煤中不可燃成分比例：

15％

当地大气压力：

98kPa

烟气在锅炉出口前阻力：

799Pa

空气含水0.013kg/m3；

煤的工业及元素分析值：

Hy＝4％OY＝4％SY=2%Cy=75%NY=1%AY=14%，其中飞灰占不可燃成分的15%。

1、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算

假设燃烧1000g煤，则：

组分质量（g）摩尔数（mol）需氧量（mol）生成物量（mol）

C75062.562.562.5（COx）

H40401020（H2O）

O402.5—1.250

S200.6250.6250.625（SO2）

N100.71400.357（N2）

理论需氧量：

10+（-1.25）+0.625+62.5=71.875mol

理论空气量：

71.875×（1+3.78）=343.5625mol/kg

标准状况下：

343.5625×22.4÷1000=7.6958m3/kg

理论空气量条件下烟气组成为（mol）：

H2O：

20+7.6958×13÷18SO2：

0.625

COx:

62.5N2:

0.357+71.25×3.78

标况下理论烟气量为：

20+7.6958×13÷18+0.625+62.5+0.357+71.25×3.78=358.365mol

358.365×22.4÷1000=8.027376（m3/kg）

空气过剩系数为1.4，则在标况下

实际空气量：

7.6958×1.4=10.77412（m3/kg）

实际烟气量：

8.027376+7.6958×（1.4-1）=11.1057（m3/kg）

烟气中二氧化硫的浓度：

0.625mol×22.4÷1000=0.014（m3/kg）

烟气中二氧化硫的含量：

0.014÷11.1057×100%=0.1261%

实际排烟过程中，排烟温度为150℃，当地大气压力为98kPa，则在实际过程中，1kg煤燃烧产生的实际烟气量为：

Vs=

=

=17.731m3/kg

烟气的密度为：

=

=

=0.84kg/m3

实际过程中，两台耗煤量为600kg/h（台）的SZL4－13型锅炉的排烟量和二氧化硫排放量各为：

烟气量为：

17.731m3/kg×600kg/h×2=21277.2m3/h

烟气中二氧化硫量为：

4.0×104mg/kg煤×600kg/h×2=4.8×107mg/h

烟气中二氧化硫浓度为：

4.8×107mg/21277.2m3=2255.936mg/m3

又由，AY=14%，其中飞灰占不可燃成分的15%，则在实际排烟过程中，排放的烟尘浓度为：

140g×15%×600×2÷21277.2=1184.3664mg/m3

2、文丘里洗涤器几何尺寸计算。

1）喉管直径

D0=0.0188×（Q/vt）1/2

式中D0—喉管直径，m；

Q—进口气体流量，m3N/h；

vt—喉管中气体流速，一般为16～22m/s。

取vt=20m/s，则D0=0.0188×（Q/vt）1/2

=0.0188×（21277.2/20）1/2=0.6132m

2）喉管长度：

L0=（0.8～1.5）D0

式中L0—喉管长度，m；

取L0=1.2D0=1.2×0.6132m=0.7358m

3）收缩管进口直径：

D1=2D0

式中D1—收缩管进口直径，m。

收缩管进口直径D1=2D0=2×0.6132m=1.2264m

4）收缩管长度：

L1=

ctg（α1/2）

式中L1—收缩管长度，m；

a1—收缩角，一般为23°～25°

取收缩角a1=250，则L1=（D0/2）×ctg（α1/2）

=（0.6132/2）×cot12.50

=1.3797m

5）扩散管出口直径：

D2≈D1

式中D2—扩散管出口直径，m。

D1=1.2264m,D2≈D1=1.2264m

6）扩散管长度：

L2=

ctg（α2/2）

式中L2—扩散管长度，m；

a2—扩张角，一般为50～7°。