cq大气污染控制工程课程设计文丘里除尘器.docx

1、cq大气污染控制工程课程设计文丘里除尘器某小型燃煤电站锅炉烟气除尘系统设计 摘要 :该设计主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 153.2kg/h,分 析锅炉烟气特点,排烟温度 560 , 烟气密度:1.32kg/m3及排放要求后初步选择了旋风除尘 器, 在燃烧锅炉中将产生大量含有二氧化碳和粉尘的烟气, 该废气若不经处理直接排入大气, 不仅会污染周围环境, 而且导致了极大地原物料消耗, 为此必须进行处理, 故将从锅炉出来 的烟气经过管道将其汇集通过风机的作用送入烟囱排入大气中。 工艺流程包括换热器、 管道、 旋风除尘器、风机电机等。关键词 :烟气特点、锅炉、旋风除尘器1某小型

2、燃煤电站锅炉烟气除尘系统设计。二 设计资料设计耗煤量:153.2 kg/h。排烟温度:560空气过剩系数:=1.25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 ;三 设计目的要求设计烟尘浓度排放 200mg/m3。本设计的目的在于进一步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方法和步骤, 技术资料的查找与应用以及绘图能 力的训练,综合运用本课程及其有关课程的理论知识解决工程中的实际问题。四 设计要求(一编制一份设计说明书,主要内容包括:1 引言2 方案选择和说明(附流程简图3 除尘(净化设备设

3、计计算4 附属设备的选型和计算(集气罩、管道、风机、电机5 设计结果列表6 设计结果讨论和说明7 注明参考文献和设计资料(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23除尘器名称 适用的粒径范围 (m 效率 (% 阻力 (Pa 设备费 运行费 重力沉降室 50 50 50 少 少 惯性除尘器 20-50 50-70 300 少 少 旋风除尘器 5-15 60-90 800 少 中 水浴除尘器 1-10 80-95 600 少 中下 卧式旋风水膜除尘器 5 95-98 800 中 中 冲激式除尘器 5 95 1000 中 中上 电除尘器 0.5-1 90-98

4、 50 多 中上 袋式除尘器 0.5-1 95-99 1000 中上 大 文丘里除尘器0.5-190-984000少大5.1 引言我国是以煤为主要能源的国家。随着国民经济的发展,能源的消耗量逐步上升,大气 污染物的排放量相应增加。 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及能源 的结构来看, 以煤炭为主要能源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。 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 SO 2危害的关键问题。5.2 方案的选择及说明5.2.1 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

5、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及研发的依据。 各种除尘设备的基本性(表 5-15.2.2 除尘器的选择在选择除尘器过程中,应全面考虑一下因素:(1除尘器的除尘效率(各种除尘器对不同粒径粉尘的除尘效率见表 1 ; (2选用的除尘器是否满足排放标准规定的排放浓度;(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 有较大的影响另外,不同粒径粉尘的除尘器除尘效率有很大的不同;(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,去除粗大粉尘,以使设备更好地发挥作用;(5气

6、体温度和其他性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素;(6所捕集粉尘的处理问题;(7设备位置,可利用的空间、环境条件等因素;(8设备的一次性投资(设备、安装和施工等以及操作和维修费用等经济因素。综合考虑对除尘效率的要求、水泥的性质及经济成本等宜选用文丘里除尘器。5.3 设计依据和原则5.3.1 依据(1同类粉尘治理技术和经验(2 水泥工业大气污染物排放标准 (GB4915-2004(3 大气污染防治技术及工程应用(4 除尘技术手册 (张殿印 张学艺编著5.3.2 原则本设计遵循如下原则进行工艺路线的选择及工艺参数的确定:(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

7、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,各工艺参数的选择略有富余,并确保处理后的尾气可以达标排放;(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和标准。5.4 管道设计计算5.4.1 基本数据锅炉型号:FG-35/3.82-M型 (35t 蒸气 /h ; 设计耗煤量:153.2 kg/h; 排烟温度:560; 空气过剩系数:=1.25;烟气密度(标态:1.32kg/m3室外

8、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%,按锅炉大气污染物排放标准(GB13217-2001中二类区标准执行:标准状态下烟 尘浓度排放标准:200mg/m3。煤的工业分析(烟煤 :C :75.2%、 H :4.1%、 S :0.62%、 O :6.6%、 N :0.85%、水分: 9.92%、灰分:2.71%。455.4.2烟气排放量以及组成表 5-2 烟气排放量及组成以1kg煤为基准CO 2H 2O SO 2N2C 75262.6762.6762.67000.00H 4141.0010.25020.500.00O 664.13-2.0

9、6250000.00N 8.50.6100000.30S 6.20.190.19000.190.00H2O 99.25.515.510.00灰分27.10产生烟气量(mol各组分 质量 mol 需O2量 (mol上表以 1kg 煤为基准计算理论需氧量:70.75+7.975+0.084-0.335=78.474mol 理论空气量:78.474(3.76+1 =373.54mol 实际空气量:373.541.25=466.93mol 过剩空气量 : 466.93-373.54=93.39mol 其中 N 2:78.4743.76=295.06mol理论烟气量:70.75+20.84+0.08+0

10、.27=91.94mol则总烟气量 =烟气 +过剩空气 =(91.94+295.06+93.3922.40.001=10.76m3乘以用煤量:10.76203.8=2192.89m3/h=0.61m3/s 1kg 烟气中灰分:10.128%=2.828g2.828203.8=576.35g/h=0.16g/s 烟气含尘浓度:0.16/0.61=0.26g/m35.4.3 管道计算(1除尘系统工艺流程图(2管道直径的确定 管段(1-2 312433.150.610.97273.15Q m -= 6查设计手册取管道中气速 v=12m/s, 可得 d1-2=v Q 4 0.32m = 根据实际管道

11、情况,管道内为气体如果速度小于 12m, 则有粉尘堵塞管道,为保证速度不小于 12,取 d 1-2 =0.28m 实际流速 22440.9715.76/3.140.28Q V m s d =实 管段(3-4 标况下温度为 120,即 T=393.15 K 334393.150.610.88273.15Q m -=取气体流速 12m/s, d 3-4=v Q 4 0.31m = 管道取一致, 取 d 5-6 =0.28m 实际流速 22440.8814.30/3.140.28Q V m s d =实 管段(5-6 标况下温度为 80,即 T=353.15 K 356353.150.610.792

12、73.15Q m -=取气体流速 12m/s, d 5-6=v Q 4 0.29m = 管道取一致, 取 d 5-6 =0.28m 实际流速 22440.7912.84/3.140.28Q V m s d =实管段(7-8 标况下温度为 80,即 T=353.15 K 378353.150.610.79273.15Q m -=取气体流速 12m/s, d 5-6=v Q 4 0.29m = 管道取一致, 取 d 7-8 =0.28m 实际流速 22440.7912.84/3.140.28Q V m s d =实7列表为(表 5-3:管段温度 气体流速 计算管径(m标况下实际中 (K K (m/

13、s (取管道规格 121.205160433.15120.34231.177150423.15120.34341.122130403.15120.34451.122130403.15120.34烟气0.76管段 气体体积m3/s5.4.4 管道压力损失的计算 5.4.4.1 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,圆形管道的摩擦阻力可按下式计算 22=d LP L式中P L 一定长度管道的摩擦阻力, Pa L直管道的长度, m 摩擦阻力系数,无量纲 d圆形管道内直径, m 管内气体的密度, kg/m3管内气体的平均风度, m/s烟气密度 211V V g =根据已知的数据:煤气

14、在标况下的密度 3/37. 1m kg =160时,烟气密度 3/86. 0m kg =120时,烟气密度 30.95/kg m = 80时,烟气密度 31.06/kg m = 80时,烟气密度 31.06/kg m = 管段 12,在操作条件下3/k 86. 0m g g =, 10, 0.28, 15.76/, 0.012L m d m v m s =(镀锌管2212100.8615.760.01245.7720.282g v L p Pa d -=管段 34在操作条件下30.95k /g g m =, 10, 0.28, 14.3/, 0.012L m d m v m s =(镀锌管82

15、234100.9514.30.01241.6320.282g v L p Pa d -=管段 56,在操作条件下31.06k /g g m = 15, 0.28, 12.84/, 0.012L m d m v m s =(镀锌管2256151.0612.840.01256.1720.282g v L p Pa d -=管段 78 在操作条件下31.06k /g g m = 5, 0.28, 12.84/, 0.012L m d m v m s =(镀锌管225651.0612.840.01218.7220.282g v L p Pa d -=整理数据表格如下(表 5-4:管段标况下管道中摩擦阻

16、力系数 管道长度 气体流速 摩擦阻力损失 体积密度体积 密度 1-2 0.611.370.97 0.86 0.012 10 15.76 45.77 3-40.880.950.0121014.341.635-6 0.79 1.06 0.012 15 12.84 56.17 7-80.791.060.012512.8418.72总摩擦压力损失为:45.7741.6356.1718.72162.29P P =+=Pa 5.4.4.2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 22g P =式中P气体的管道局部压力损失, Pa 局部阻力系数管道 12,弯头 2个 1=2=0.18

17、则920.8615.76(0.180.18 38.45Pa 2w P =+= 管道 34,弯头 2个 1=2=0.18则20.9514.3(0.180.18 34.97Pa 2w P =+= 管道 56,弯头 3个 1=2=0.18则21.0612.84(30.18 47.18Pa 2w P = 管道 78,无弯头,故无局部阻力损失 5.4.4.3系统的压力损失摩擦阻力损失 P L 总 =45.77+41.63+56.17+18.72=162.29Pa 局部阻力损失 P w 总 =38.45+34.97+47.18=120.6Pa除尘器压损 P c =3230+570=3800Pa(文丘里管和

18、脱水器两部分 总压力损失P = P L 总 + P w 总 +P c =162.29+120.6+3800=4082.89Pa5.5 换热器的选型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, 一种流体流过管内, 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 252.5的无缝钢管, 型号为 BEM700-2.51.6-200-925-4I 的换热器,其主要参数为管外径为 25mm, 管长 9m ,换热面积为 200m 2。因为换热器的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 略不参与后面的有关计算和选型。5.6文丘里洗涤器几何尺寸和压损计算

19、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, 也可净化含有微米和亚微米粉尘粒子及易于被洗涤液吸收的有毒有害气体。 实际应用的文丘里 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组成, 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成的, 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、 喉管和扩张管以及在喉管处注入高压洗涤水的喷雾器组成。 10(1管径 QD 8. 18=式中 D 管径, m ;Q 进口气体流量, 0.613600=

20、2196m 3/h 一般取进口流速 1=1622m/s 出口流速 2=1822m/s 喉管流速 r =50180m/s 取进口流速 1=20m/s ,则进口管径 118.8197mm 0.197m D = 出口流速 2=20m/s ,则出口管径 218.8197mm 0.197m D = 喉管流速 r =80m/s ,则喉管管径 18.898mm 0.098m r D = (2管长渐缩管的中心角 1取 25,渐扩管的中心角 2取 6,当选定两个角之后,计算收缩管长 1110.1970.09825cot cot 0.22m 2222r D D L -= 扩散管长 2220.1970.0986co

21、t cot 0.94m 2222r D D L -= 喉管长度 L r 对文丘里管的凝聚效率和阻力皆有影响。实验证明, L r =(0.81.5 D r ,取L r =1.5 D r =1.50.098=0.147m 文丘里管示意图(3压力损失根据有些学者提出的模式认为气流的全部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表达式为 L P r . 1003. 126=-式中 P 文丘里洗涤器的气体压力损失, cmH 2O r 喉部气体速度, cm/sL 液气体积比,一般为 0.51L/m3,取 L =0.5故 62221.0310(8010 0.532.963230P cm

22、H O Pa -= (4除尘效率的计算根据国家规定的烟尘排放浓度标准 , C 100mg/m3, 故除尘器应该达到的除尘效率为: T =1-(100/1920100% =94.8% 除尘效率按下列公式估算: =(1-9266p-1.43100%式中 除尘效率, % ; p 压力损失, Pa 。 =(1-9266p -1.43100%=(1-92663230-1.43100%=92.44% (5脱水器的选择脱水器串联在文丘里洗涤器后,作为凝聚水滴和吸收某些气态污染物的作用 。 根据进入文丘里除尘器的风量 Q=3168m3/h,选择 CLS/A-5型号的脱水器。CLS/A型带有挡水圈,以减少除尘器

23、的带水现象,在筒体内壁表面始终保持一层连续不断地 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获, 粉尘粒子随沉渣水由除尘器 底部排渣口排出,净化后的气体由筒体上部排出。主要参数如下表:表 5-5风量 /m3/h 压损 /Pa 筒体高度 H/mm筒体直径 D/mm出口直径 /mm35005703545500114(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 嘴的结构形式不同, 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

24、嘴,其计算过程如下:设计参数:喷水量 3.7m 3/h,喷射角 75,出水口轴向流速为 8m/s,则出水口面积 为:6213.710128mm 36008A =,出水口直径为 D N =12.77mm取蜗室入口流速为 4m/s,则蜗室切向入口纵断面积为623.710257mm 36004f A =水口内径 D C 的截面积 A 2的计算12=f A K A A , K 取 0.785,则 2222221257917mm 0.75128fA A K A = D C =34mm取 V R =0.5m/s,则该处圆环面积为623.7102056mm 36000.5R A =喷嘴外壳的内半径 R 1为

25、(22222111205620.7852423.1413854R d R R =-=-=-,R 1=33mm如下图: 选喷口口径为 14mm 的,其主要参数如下 : 5.7 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。 Q0=K 1K 2Q式中 Q 管道系统的总风量, m 3/hK1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 K 1=1.15K 2除尘器或净化设备的漏风所附加的安全系数,取 0.1 故 Q 0=1.150.12844=327.06m3/h (2风压 Pf =(K 3 P 1+ P 2 K 4 式中

26、 Pf 风机的风压, Pa P 1管道系统的总压力损失, Pa P 2除尘器的压力损失, PaK3管道系统总压力损失的附加安全系数,一般通风系统取 1.11.15,除尘系统取 1.151.20,取 K 3=1.15K 4由于风机产品的技术条件和质量标准允许风机的实际性能比产品样本低而附加的系数, K 4=1.08P f =1.15(162.29+120.6 +3800 1.08=4455Pa(3电机功率 K P Q N f21010003600=式中 N风机配用电动机的功率, kW Q0风机的风量, m 3/h Pf 风机的风压, Pa1风机运行时的效率,一般为 0.50.7,电机直联传动取

27、0.52机械传动效率,取 1.00K 电动机轴功率安全系数,离心通风机取 1.40327.0638401.400.98kW 360010000.51.00N =风机根据风压、风量、功率选择 C6-48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 /(m3/h 功率 /kW 备注锅炉风 机Y8-3921365762250026000337用于锅炉, 也常用于大中型除尘系统5.8烟囱的高度计算(1烟囱出口内径可按下式计算:iv QD 4=式中 Q 通过烟囱的总烟气量, s m /3i v 按表选取的烟囱出口烟气流速,选定 i v =4 s m /0.44m D =

28、表 5-7 烟囱出口烟气流速通风方式 运 行 情 况全负荷时 最小负荷 机械通风 1020 45 自然通风682.53(2烟囱高度的确定一个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允许高度表 5-8锅炉房装机总容量 MW 0.7 0.71.4 1.42.8 2.87 714 1428t/h 1 12 24 410 1020 20 40 烟囱最低高度m202530354045查上表可得:45m H =烟囱烟囱底部直径(12d D i H m =+式中 D 烟囱出口直径, m ;H 烟囱高度, m ;i 烟囱锥度,通常取 i =0.020

29、.03。 选定 i=0.025(120.4420.025452.7d D i H m =+=+=(3烟囱的抽力烟囱的抽力取决于烟温、 空气温度及烟囱高度,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。B t t H P f27312731(0345. 00+-+=式中 H 产生抽力的管道高度, mt 0外界空气温度 t f 计算管段中烟气的平均温度 tf =(160+120+90+80/4=112.5B 当地大气压 Pa 1 1 P = 0.0345 45 ( 101325 = 121.2Pa 273 + 4 273 + 80 5.9 设计结果列表 本设计的燃煤电站锅炉烟气除尘系统及附属设备主要有：文丘里除尘器、脱水器、换 热器、风机、电机、