大气污染课程设计除尘器.docx
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大气污染课程设计除尘器
前言·······························································2
1.火电厂除尘器设备的选择·······································2
1.1煤种及其烟气对袋式除尘的影响·····································2
1.2火电厂袋式除尘器的选型设计和计算·································3
2.袋式除尘器的选型设计和计算···································5
2.1袋式除尘器的性能特点和选用注意事项·······························5
2.2除尘工艺设计计算················································7
2.2.1烟气量、烟尘浓度的计算·········································7
2.2.2袋式除尘器的选型···············································7
2.2.3袋式除尘器的设计计算···········································9
2.2.4袋式除尘器的保温和防腐········································15
2.2.5袋式除尘器的安装、调试、运行、维护和检修·························16
2.2.6设备投资估算··················································18
2.2.7仪器仪表······················································20
2.2.8工业卫生与安全消防············································20
3.小结····························································21
4.参考文献·······················································22
前言
据统计，我国目前有30万台燃煤工业锅炉，耗煤量占全国原煤量的1/3。
众所周知，燃煤产生的对大气造成的污染是我国大气污染最主要的部分，严重影响了工农业生产和人体健康。
因此对烟气脱硫除尘是当前环境保护的一项重要工作。
能用于烟气除尘的设备众多，但要满足设备运转稳定可靠，不影响生产同时除尘效率高且压力降较小等要求，以袋式除尘器为最佳。
袋式除尘器是控制粉尘污染应用最广的设备，其运行过程是以过滤—清灰—再过滤的程序进行的，要保证袋式除尘器长期稳定运行，关键是清灰技术和滤料特性。
本设计依据锅炉型号规格，煤种等工艺条件及排放标准的要求，对30MW机组燃煤锅炉袋式除尘器进行了选型，并对袋式除尘器的性能和结构进行设计计算；通过合理选择滤料、均匀布气、及时清灰等措施，提高布袋除尘器的效率，有效降低袋除尘的压力损失。
一、火电厂除尘设备的选择
1.1.煤种及其烟气对袋式除尘的影响
煤种及其烟气对袋式除尘的影响
煤的含灰量。
煤的含灰量是决定煤品质好坏的一个重要指标，也是煤燃烧后粉尘的主要来源。
粉煤灰的摩擦系数。
对滤袋来说，粉尘如果没有一定的附着力，将失去补集粉尘的性能，而附着力过大，清灰又将困难。
所以附着力最好在适当的范围内，既要控制好粉尘的摩擦系数。
微量元素及其杂质。
煤中含有某些碱性微量元素如钾、钠、钙等，在煤燃烧过程中形成的碱性氧化物一经吸水则呈强碱性对滤袋有较强的腐蚀作用，并变为固化物。
另外，含有像SiO2那样较硬的杂质，如果过滤风速大的话，对滤袋的磨损将是很大的，能直接造成滤袋的破损。
烟气特性对袋式除尘的影响
烟气中粉尘浓一度。
烟气中粉尘的浓度一方面影响着清灰的强度，另一方面也对虑袋的选型有影响，粉尘浓度高，滤袋的长径比就小。
反之，长径比就可以相应增大，以减少除尘器的体积、重量和占地面积，降低了袋除尘器的投资。
②烟气温度。
烟气温度是选择滤袋的最重要因素之一。
一般滤料的耐热温度在150℃左右，最高也超不过300℃，而燃煤锅炉烟气的温度都较高，因此要采取降温措施来保证袋除尘器的正常运行。
另外，如果温度过低，滤袋和收尘箱体可能产生结露0所以进人除尘器的烟气浓度应控制在一定的范围内。
③烟气含氧量。
对于爆炸性气体，只要能使混合气体达不到爆炸界限，就能使确保不致发爆:
炸，但是对袋式除尘器来说就不容易保证水远达不到爆炸界限，烟气中含氧量高对袋式除尘的影响将是致命的。
1.2.火电厂袋式除尘器的选型设计和计算
（1）设计依据
①设计依据标准。
设计中依据的主要标准有:
《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223一2003）;《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271一2001）;《火电厂烟气排放连续监测技术规范》（HJ/T75-2001）;《袋式除尘器性能测试方法》（GB12138一89）;《袋式除尘器用滤袋框架技术条件》（JB/T5917---2006）;《袋式除尘器用滤料及滤袋技术条件》（GB12625一2007）;《脉冲喷吹类袋式除尘器技术条件》（JB/T8532一1997）;《袋式除尘器安装技术要求及验收规范》（JB/T8471-1996）。
②设计内容。
某电厂对30MW机组进行袋除尘改造。
袋除尘技术用于火电行业在我国还是刚刚起步，在对袋式除尘器发展状况进行了解后，决定对该机组进行袋式除尘器进行选型设计，系统工艺流程见图1-1
（2）设计要求
标准状态下袋除尘器烟尘排放浓度≤50mg/m3；除尘效率>99%漏风率≤2%。
（3）设计参数
额定蒸发量为75t/h。
煤的成分见表1-2,应用基低位发热量为20350kJ/kg。
表1-2煤的组成成分
C
H
O
N
S
A
W
V
52.57
3.25
7.89
1.01
0.83
26.81
7.64
24.74
（4）烟气性质
最大烟气量185900m3/h;烟气最高温度150℃;烟气最大含尘量15g/m³;烟气露点温度100℃;烟气压力约3000Pa。
（5）烟尘性质
灰尘的成分、粒径分布分别见表1-3和表1-4。
表1-3灰尘成分
单位：
%
SiO2
Al2O3
Fe2O3
Mg0
Ca0
K2O
Na2O
P2O5
TiO2
SO3
49.71
41.27
2.92
0.59
3.35
0.18
0.08
0.24
1.12
0.54
表1-4粒径分布
灰尘粒度/um
<5
5~10
10~20
20~30
30~47
47~60
6~74
>74
分布/%
6.4
13.9
22.9
15.3
16.4
6.4
5.3
13.4
（6）气象条件
年平均大气压力101.27kPa;最低温度平均值1.9℃;最高温度平均值36.3℃;冬季室外风速平均值2.4m/s;夏季室外风速平均值1.8m/s;海拔高度6.6m.
二、袋式除尘器的选型设计和计算
进行袋式除尘器选型时.应综合考虑除尘原理、结构形式、滤布性能、清灰方式等,首先收集有光设计资料（包括净化气体特征、粉尘特征、净化指标,各种袋式除尘器的性能,特别是清灰方式等项内容）,依据袋式除尘器特点和选用注意事项,计算有关参数,最后确定形式。
2.1.袋式除尘器的性能特点和选用注意事项
（1）袋式除尘器时一种高效除尘装置,其性能稳定可靠,负荷变化适应性能强,运行管理简便,所收干尘便于处理与回收利用,广泛地用于各种工业尾气的净化除尘。
于文丘里除尘器相比,动力消耗少,没有泥浆处理问题:
与电除尘相比,结构简单,附属设备少,投资省,可以回收高比电阻的粉尘。
因此对于微细的干燥粉尘,采用袋式除尘器捕集是适宜的。
下面列出了袋式除尘器的一些应用情况。
粉尘种类纤维种类清灰方式过滤风速/ （m/min）粉尘比阻力系数/（N.min/〈g．m〉）
飞灰（煤）玻璃、聚四氟乙烯逆气流、脉冲喷吹、机械振动0．58-1．81.71-2.51
飞灰（油）玻璃逆气流1.98-2.350.79
水泥玻璃、丙烯酸系、聚酯逆气流、机械振动0.46-0.642.00-11.69
铜玻璃、丙烯酸系机械振动0.18-0.822.51-10.86
电炉玻璃、丙烯酸系逆气流、机械振动0.46-1.227.5-119
硫酸钙聚酯2.280.067
碳黑玻璃、聚四氟乙烯、丙烯酸系、诺梅克斯逆气流、机械振动0.34-0.493.67-9.35
白云石聚酯逆气流1.00112
飞灰（焚烧）玻璃逆气流0.7630
石膏棉、丙烯酸系机械振动0.761.05-3.16
氧化铁诺梅克斯脉冲喷吹0.6420.17
石灰窑玻璃逆气流0.701.50
氧化铅聚酯逆气流、机械振动0.309.50
烧结尘玻璃逆气流0.702.08
（2）袋式除尘器主要用于控制粒径1um左右的微粒，当含尘气体粒径5um时，最好采用二级除尘。
（3）袋式除尘的适应性强，可捕集各种性质的粉尘，不会因粉尘比电阻等性质而影响除尘效率。
适应的烟尘浓度范围大，可从每立方十数百毫克至数十克甚至上百克。
而且入口含尘浓度和烟气量波动范围大时，也不会影响除尘器的除尘效率和压力损失。
（4）袋式除尘器不适应用于净化油雾、水雾及黏结性强的粉尘：
处理相对湿度高的含尘气体时，需采取保温或加热措施，以避免结露“糊袋”问题。
（ 5）袋式除尘器的规格多样，使用灵活。
处理风量可由不足200㎡/h直至每小时数百万立方米。
即可制成直接设于室内产尘设备近旁的小型机组，也可制成大型的除尘器室。
（ 6）滤袋是袋式除尘器的重要部件，根据滤袋性能，要选择相应的耐温、耐腐蚀等性能的限制，特别是长期使用时，温度应限于280℃以下。
当含尘气体温度过高时，需要采取降温措施，这会导致除尘系统复杂化和造价提高。
（ 7）清灰方式可作为选型的重要条件，而清灰方式受粉尘粘性、过滤速度、空气阻力、压力损失、净化效率等因素制约。
所以要依据主要制约因素，确定清灰方式：
在依据清灰方式和清灰制度选定清灰方式。
（ 8）当入口含尘浓度过大时，宜设预除尘装置。
2.2除尘工艺设计计算
2.2.1烟气量、烟尘浓度的计算
假定锅炉的效率为75%，则蒸发量为75t/h的锅炉需热量
2570.8×75000=1.93×108kJ/h
根据煤的基位发热量20350kJ/kg的需煤量
1.93×108/（20350×75%）=12.6t/h
以1kg煤燃烧为基础，则
质量/g物质的量/mol理论需氧量/mol
C525.743.8143.81
H32.516.258.125
S8.30.260.26
O78.94.93-2.47
理论需氧量（43.81+8.125+0.26-2.47）=49.725mol/kg
已知N、O比为3.78：
1
故理论空气量4.78×49.725=237.69mol/kg
标况下的空气体积237.69×22.4×10-3=5.32m3/kg
理论烟气量43.81+8.125+0.26+49.725×3.78=240.16mol/kg
标况下烟气体积240.16×22.4×10-3=5.38m3/kg
假定空气过剩系数为1.2则实际烟气量为
5.38+5.32×（1.2-1）=6.44m3/kg
烟尘浓度为13.6g/m3
2.2.2袋式除尘器的选型
（1）袋式除尘器型号的确定
清灰是袋式除尘器能否长期持续工作的决定因素，它的基本要求是从滤袋上迅速而均匀地剥落沉积的粉尘，同时通常又要求能保持一定的一次粉尘层，并且不损伤滤袋和消耗较少的动力。
袋式除尘器按清灰方式分有机械振动式、逆气流清灰式、脉冲喷吹式、气环反吹式及复合清灰式。
机械振动因其清灰作用较弱，而且往往损伤滤袋，目前采用较少;逆气流清灰是利用与过滤气流相反的气流，使滤袋产生振动而使粉尘脱落，其清灰作用较弱，因而允许的过滤风速较低;气环反吹清灰是一个带狭缝的圆环或平板喷嘴设置在滤袋的外侧与高压风机管道相通，喷嘴贴近滤袋的表面做上下或左右往复运动，由其上正对滤袋表面的狭缝喷出高速气流清除附着于滤袋内侧的粉尘，其清灰装置较复杂，费用高，且容易损伤滤袋故不采用。
本次设计选用脉冲喷吹清灰方式，它属于高动能清灰方式，即将压缩空气在极短的时间内高速喷入滤袋，同时诱导数倍于喷射气量的空气，使滤袋由袋口至底部产生急剧的膨胀和冲击振动，产生很强的清落积灰的作用，其强度和频率都可以调节，因而清灰效果很好。
（2）滤料的选择
①含尘气体的性质。
含尘气体的温度是选用滤料的首要因素。
本次设计中的烟气进口温度为130~150℃，选用滤料时考虑连续长期使用，滤料的使用温度必须≥150℃，设备或管理原因造成的瞬间上限温度为190℃。
由于烟气温度高出露点温度很多（露点温度为100℃），故除尘时不会结露;其次烟气进除尘器前有旁路保护系统，所以滤料的防水性要求不高。
②粉尘性状。
由粉煤炉排出的粉尘都较细，在本次设计的粉尘中粒径>74um的只占13.4%。
对细颗粒尘在选用滤料时，纤维宜选用较细、较短、卷曲、不规则断面型;结构以针刺毡为优;织物宜用斜纹织，或表面进行烧毛处理。
③清灰方式。
本次设计选用脉冲喷吹清灰，这种方式清灰力很强，容易破坏粉尘初层，因此选用布重较重，较厚实的滤料;其次由于脉冲喷吹使滤袋产生瞬间变形，这时产生的应力很大，所以希望滤料抗张力较强。
同时为保证清灰效果，滤料的透气性也是考虑的因素，一般以10~20g/（cm3·s）为宜。
综上所述，选用PPS针刺毡（聚苯硫醚）滤料，过滤风速取1.0m/min（推荐速率为0.9~1.2m/min）。
2.2.3袋式除尘器的设计计算
（1）过滤面积的确定
计算公式为S=V∕60v
式中，S为过滤面积，㎡
v为过滤风速，m/min;
V为处理风量，m³/h。
本次设计选用过滤风速为1.0m/min，处理风量为185900m3/h
代人上式得
S=V∕60v=185900/（60×1.0）=3098.3㎡
（2）滤袋数量的计算
圆形滤袋的计算公式为N=S/πDL
式中，N为滤袋数量，条;
S为过滤面积，㎡;
D为滤袋直径，mm;
L为滤袋长度，m。
本次设计中选用滤袋直径为φ150mm,长度为6m的长袋，则
N=S/πDL=3098.3/（3.14×0.5×6）=1096.4
（3）袋笼
袋笼是用以支撑外滤式滤袋，使其在滤尘与清灰过程中都处于张紧状态并保持一定形状的部件。
①袋笼的类型。
按所配滤袋形状可将袋笼分为圆袋笼、扁袋笼、信封袋笼;按卸灰方可将袋笼分为上装式、侧装式;按袋笼本身的结构可将之分为拉簧式、分解式。
②袋笼的技术条件。
袋笼的加工、运输及安装都应执行《袋式除尘器用滤袋框架技术条件》（JB/T5917-2006）。
③袋框架应有足够的强度、刚度、垂直度和尺寸的准确度，以防受压变形、运输中滤袋装人除尘器后相互接触以及装袋困难、袋框摩擦等情况的发生。
④所有的焊点必须牢固，不允许有脱焊、虚焊和漏焊
⑤框架与滤袋接触的表面应光滑，不允许有焊疤凹凸和毛刺。
⑥滤袋框架表面必须作防腐处理，可用喷塑、涂漆或电镀，用于高温的防腐剂应满足高温的要求。
本次设计采用圆形滤袋框架，顶部结构采用卷边法兰型。
袋笼纵筋为φ4mm不锈钢筋条，支撑圈为φ3mm的不锈钢筋条。
（4）进风通道的设计
进风通道是锅炉烟气进人除尘器并均匀分配到各个过滤室的通道，气体分布均匀与否直接影响到除尘器的整体性能。
目前对它的设计不同的设计单位有不同的偏好，国内外也有很多新的成果。
本次设计采用传统的大空间自由配气系统，就是把通道做得很大，让气体在里面自由平衡，，平均分配到各个过滤室。
这样进风通道结构简单，而且使除尘器上部有足够的空间来安装提升阀和布置气包及各种管道。
其尺寸为：
4820mm×3000mm×11110mm。
（5）出风通道的设计
出风通道是洁净烟气排出除尘器的通道，它的尺寸由出风口法兰决定，出风口法兰净尺寸为1680mm×3000mm，除尘器总长度为11120mm（3700×3+5×4）。
因此，出风通道的尺寸为1680mm×3000mm×11120mm。
出风通道和进风通道在加工安装时考虑到风机负压和气体流动特性，在靠近进、出风口处可适当加大尺寸，远离时可适当减小尺寸。
（6）袋式除尘器上箱体的设计计算
①滤袋的的布置。
对大型脉冲袋除尘器来说滤袋是布置在花板上的.虽然在安装上花板和上箱体做成联体精度较高，效果较好。
但是考虑到运输条件，一般花板的宽度为2.5~3.5m（火车运输为2.65m,公路运输在3.0m以上），长度为3.0~9.0m。
对于φ150~180mm，袋长为6m的滤袋，袋间距应大于滤袋的半径，相邻行距通常取250mm。
在本次设计中，除尘器分6个室，左右对称布置。
每个室的滤袋采用正方形布置，滤袋间净距取100mm，相邻行净距取100mm。
边排滤袋与袋室或隔板之间的距离（从滤袋中心算起）由于不要求通行，取200mm。
每室滤袋数为182个，纵向排14个，横向排13个。
②脉冲除尘器花板设计。
为把滤袋安装在箱体内，首先要在箱体内设置一块多孔花板，即根据滤袋直径的大小在一块钢板上开数个大小相同的孔。
孔中心距也很有讲究，孔中心距过小，使除尘器内部气体速度过高，易造成设备阻力大，滤袋之间的相互摩擦不可避免;孔中心距过大，使设备体积增大，造成浪费。
多孔花板的结构是确定除尘设备尺寸的关键。
另外，多孔花板既要承受滤袋及袋笼及袋笼的重量，稍有变形可能影响袋口处的密封效果，设计时对多孔花板应做加强处理。
在本次设计中每室用独立的花板。
对花板的要求如下：
a.除尘器花板应平整、光洁，不应有挠曲、凹凸不平等缺陷，其平面度偏差不大于花板长度的2/1000;
b.花板孔径周边要求光滑无毛刺，用弹性胀圈固定滤袋的花板孔径公差为0~0.3mm;
c.花板孔径加工后实际位置与理论位置偏差应小于0.5mm;
d.花板应经喷砂除锈后进行完善的涂装处理，以防生锈。
花板的开孔取决于滤袋的布置，由滤袋布置可知，每个花板的的尺寸为:
：
纵向，200+250×13+50+200=3700mm
横向，200-I-250×12+200=3400mm。
③上箱体高度的确定。
上箱体的高度是根据截面风速、提升阀的行程和方便人进去维修确定的。
截面风速一般不超过10m/s，提升阀的行程为500mm，因此初步拟定上箱体高度为800mm。
则截面风速为
v=Q/3600S
式中，v为截面风速，m/s;
Q为一个室的气体流量，m3/h;
S为一个室的截面面积，㎡
则v=Q/3600S=185900/（3600×3.7×0.8×6）=2.9m/s（符合设计要求）。
（7）电磁脉冲阀
脉冲阀是脉冲清灰系统的执行机构，可将之分为直角式、淹没式、直通式三种类型。
直角式脉冲阀（亦称高压阀）进出口之间形成直角;淹没式脉冲阀可直接安装在气包上;直通式脉冲阀进出口之间夹角为18000首角式脉冲阀因为是高压阀所以在本次设计中暂不采用，直通式脉冲阀在安装时水平方向要求的空间较大;所以在同样的条件下，选择淹没式脉冲阀。
它有一个显著的特点，即通道阻力低，可应用于低压气源与高压阀相比，可降低能耗，延长寿命。
由于目前操作控制趋于自动化和电气化，采用电磁阀来控制脉冲阀，这样易于电动控制。
此次设计中一个脉冲阀的喷吹面积为
S=13πDL=13*3.14*0.15*6=36.738
参考意大利TURBO脉冲阀设计:
喷吹压力在0.3---0.6MPa时，阀径为3in（内径80mm，外径89mm）,喷吹面积为42—45m2。
喷嘴截面/阀接管的面积=50%---60%。
设计喷吹管径与脉冲阀径一致，取喷嘴平均直径为16mm，则喷嘴截面积为200mm2，阀接管面积为5150mm2，则喷嘴截面积/阀接管面积=200*13/5150*100%-=50.4，满足要求。
综合上述因素本次设计采用DMF-Y-89型电磁脉冲阀，其技术规格如下:
气源压力0.2—0.3MPa;工作电压DC2.4V;喷吹量250L/pluse;绝缘电阻≥20MΩ。
选用3in淹没式电磁脉冲阀，每个过滤单元设14个脉冲阀，每个阀负责13个滤袋。
清灰周期为20s，脉冲时间为200ms。
（8）喷吹管
喷吹管面积按下式计算：
喷吹面积、阀接管的面积=50%-60%。
脉冲管吹起流的扩散角为20°左右，结合滤袋口径，设计喷吹管离天花板的距离，通常取距离为150mm左右。
喷吹管管径为和电磁脉冲阀经一致，选取管径为内径80mm，外径89mm。
为使进入第一个滤袋和最后一个滤袋的喷吹气流流量相差小于10%，远离气包的喷吹孔孔径比近气包的喷吹孔孔径要小0.5—1.0mm。
因此喷吹管尾部距除尘器壁100mm。
对孔径的要求如下：
a．喷吹空口径，孔距必须严格控制公差，喷吹孔孔距公差±0.5mm，喷吹管上喷吹孔的直线度≤0.8mm；
b．喷吹管上喷吹孔必须垂直向下，严防喷孔的偏斜，以保护滤袋不受喷吹气流的冲刷，喷吹孔轴心线的垂直度≤0.4mm；
c．除尘器的滤袋安装必须垂直于天花板，喷吹管安装时喷吹孔所喷出的气流的中心线与滤袋中心保持一致，其位置偏差≤2mm。
（9）提升阀的选型设计计算
提升阀位于出风通道上方，主要用来在除尘器清灰之前切断气源，使除尘器处于离线清灰状态。
在设计时主要考虑的是提升阀下面的圆形盖子的大小和气缸的压力（气缸的压力要能抵抗风机负压，这样才能使要清灰的那个室不漏风处于离线状态）。
由于本次设计除尘器处理风量较大，为了尽可能减小阻力，提升阀出口气速取10m/s（一般情况下为12m/s左右），一个提升阀控制一个过滤室。
从工程实践经验初步估计风机风速的压力为5000Pa（除尘器压损2000Pa，锅炉压损1500Pa，管道及其他1500Pa）。
每个提升阀气缸所要提供的推力：
F=5000S=5000*0.86=4300N
根据气缸的推力选择QGB—125×500前法兰式f（行程的选择一般与出口半径大致相同），其基本参数见表2—1
表2—1提升阀技术参数
缸内径/mm
行程/mm
工作压力/MPa
介质温度/℃
理论作用力（以0.4MPa计算）/N
125
500
0.15-1
-25-80
推力
拉力
4905
4585
提升阀用角钢来支撑，连杆长度为300mm。
（10）输排灰系统
输排灰系统由两个切出螺旋输送机、一个集合螺旋输送机和一个星型卸灰阀组成。
由于袋式除尘器是在负压下工作的，漏风对除尘器的性能影响很大。
为了尽量减少除尘器的漏风和简化灰斗，采用螺旋输送机输灰。
螺旋输送机具有结构简单、截面尺寸小、密封性好、可以中间多点装料和卸料、操作安全方便、制造成本低等优点。
由于GX型螺旋
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