环工0801张欣大气污染控制工程课程设计123.docx

1、环工0801张欣大气污染控制工程课程设计123环境工程专题课程设计大气污染控制工程设计说明书题 目： 某厂燃煤锅炉烟气除尘处理工程方案设计 姓 名： 张 欣 班 级： 环境工程0801 学 号： 0813100123 指导教师： 李济吾 成 绩： 浙江工商大学环境科学与工程学院 2011 年 11月目录前 言3第一章 工程概况31.1 设计条件1.2 设计要求第二章 设计说明42.1 设计依据2.2 设计原则2.3 设计范围2.4 设计规模2.5 设计参数与指标第三章 工艺选择 63.1除尘技术简介3.1.1机械除尘器3.1.2 袋式除尘器3.1.3 电除尘器3.1.4湿式除尘器3.2 可供选

2、择的除尘技术3.3 方案的技术比较3.4 方案确定第四章 处理流程 94.1 除尘系统4.2 除尘器系统4.3输灰系统4.4 控制系统4.5 供电装置第五章 与其处理效果10第六章 主要设施与设备设计选型106.1 主要设施设计计算6.1.1 烟气流量与净化效率计算6.1.2 除尘器的选择与设计计算6.1.3 管道的设计计算6.1.4 风机的选择计算6.2 主要设备型号及技术参数确定第七章 总图设计217.1 除尘器平面与立面布置图7.2 除尘器的总图7.3 电场布置图第八章 技术经济分析218.1 综合技术经济指标8.2 人员编制8.3 工程概算8.4 运行费用分析第九章 参考文献 22附图

3、一 除尘器平面与立面布置图附图二 除尘器总图附图三 电场布置图前 言 大气是人类赖以生存的最基本的环境因素，构成了环境系统的大气环境子系统。一切生命过程，一切动物、植物和微生物都离不开大气。大气为地球生命的繁衍，人类的发展，提供了理想的环境。它的状态和变化，时时处处影响到人类的活动与生存。 造成大气污染的原因，既有自然因素又有人为因素，尤其是人为因素，如工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。随着人类经济活动和生产的迅速发展，在大量消耗能源的同时，也将大量的废气、烟尘物质排入大气，严重影响了大气的质量，特别是在人口稠密的城市和工业区域。造成大气污染的物质主要有：一氧化碳CO、二氧化硫SO2、一氧化

4、氮NO、臭氧O3以及烟尘、盐粒、花粉、细菌、苞子等。 如何在经济快速发展、能源需求增加的同时遏制大气污染已成为一项巨大的科技挑战。我国政府采用综合措施，控制大气污染水平，包括：提高能源效率优化能源结构；改造和迁移污染工业；城市规划和绿化；机动车排污量控制；道路建设和管理等。 源头治理已成为大气污染控制中一项积极有效的措施，因而每个工厂中的除尘净化设施就显得尤为重要。经济合理的除尘设备可将污染扼杀在“摇篮”中，还我们赖以生存的大气一片洁净。第一章 工程概况1.1 设计条件已知某厂新建2台40t燃煤工业锅炉，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72300Nm3/h，烟尘浓度为30.

5、0g/Nm3，其粒径5m占60%，烟气经降温至120进入除尘器，烟窗的直径3m，高度40m，局部阻力损失60Pa。试设计该除尘净化系统。1.2设计要求 排放烟气浓度要求达到锅炉大气污染物排放标准（GWPB3-1999）规定的二类区标准； 设计计算选择除尘器（电除尘器布袋除尘器湿式）主要参数与画出主要部件示意图； 确定该系统的管道断面尺寸和压力损失； 计算选择风机； 绘制所设计除尘器的总装配三视图与除尘工艺流程总图（可选择）； 要求参数选择有根据、合理，设计步骤与计算正确。图1 除尘系统管道布置图第二章 设计说明2.1 设计依据 （1） 锅炉大气污染物排放标准（GWPB3-1999） （2） 全

6、国通用通风管道计算手册 （3） 除尘工程设计手册2.2设计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。2.3 设计范围

7、该净化设施的烟气输送系统、除尘器系统、输灰系统、除尘工艺、总图布置、风机的选择、配套装置、供电系统、管道设计以及总图设计（包括平面与立体布置图、除尘器的总图）等。2.4 设计规模根据图1可知该除尘净化系统设有两个锅炉。因此标况下总的烟气处理量为： 120时 2.5 设计参数与指标9设计指标处理量144600Nm3/h烟尘浓度30000 mg/Nm3允许排放浓度200 mg/Nm3总压力损失30003500 Pa除尘效率99.4%运行费用200万元耗电费150万元其中运行费用与耗电费用两项具体见“8.4 运行费用分析”第三章 工艺选择3.1 除尘技术简介现在工厂中普遍采用的除尘设备包括机械除尘器

8、、袋式除尘器、电除尘器和湿除尘器等。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。3.1.1 机械除尘器通常是指利用质量力（重力、惯性力和离心力等）的作用使颗粒物与气流分离的装置。它包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。 机械除尘设备的优缺点： 优点： 机械除尘利用的力比较单一，且除尘装置构造简单且没有运动部件。所以除尘装置故障少，容易操作和管理，运行费用相对较低，投资费用也较少。 机械除尘可以用作多级除尘的第一级分离，也可以单独使用。当单独使用时一般用于对除尘效率要求不高，或者仅仅需要简单除尘的场合。 缺点： 机械除尘分离细小粉尘的能力比较弱，它对粒

9、径较大（大于50m）的粉尘有较高的除尘效果，但对粒径较小（小于5m）分离效果较差。 机械除尘作用力单一，但设计计算复杂，而且设计计算数据容易受到多种因素影响，特别是外来气流（如漏风）对除尘效果影响特别大。3.1.2 袋式除尘器是含尘气体从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁空气由排出口排出，沉积在滤料表面的粉尘，可以在机械振动的作用下从滤料表面脱落，最终落入灰斗中的一种除尘净化设施。袋式除尘设备的优缺点：优点： 袋式除尘器可以捕集多种干性粉尘，特别是高比电阻粉尘； 袋式除尘器可设计制造出适应不同气量的含尘气体的要求，除尘器的处理烟气量可从几m3/h到几百万

10、m3/h； 袋式除尘器对净化含微米或亚微米数量级的粉尘粒子的气体效率较高，一般可达99%，甚至可达99.99%以上； 袋式除尘运行稳定可靠，没有污泥处理和腐蚀等问题，操作、维护简单。缺点： 袋式除尘器不适于净化含粘结和吸湿性强的含尘气体，用布袋防尘器净化烟尘时的温度不能低于露点温度，否则将会产生结露，堵塞布袋滤料的孔隙； 袋式除尘器的应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能所影响，且会出现烧袋糊袋现象； 据统计，用袋式除尘器净化大于17000 m3/h含尘烟气量所需的投资要比电除尘器高，而用其净化小于17000 m3/h 含尘烟气量时，投资费用比电除尘器省。3.1.3 电除尘器是在通过高压电场进行分

11、离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下，使尘粒聚集在集尘板上将粉尘从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。电除尘设备的优缺点：优点： 电除尘器可以净化气量较大且温度较高的含尘烟气。在工业上净化105106m3/h的烟气，且用于净化350以下的烟气，可长期连续运行 除尘效率高。如果设计合理，安装施工质量高，电除尘器可以达到任何除尘效率的要求。目前，工业上应用的电除尘器，多数的除尘效率已达到99%以上。 电除尘器结构简单，气流速度低，压力损失小，干式电除尘器的压力损失大约为100200Pa，湿式电除尘器的压力损失稍高些，通常只有200300Pa。 电除尘器能够除下的粒子粒径范围较宽，对于0.1m的

12、粉尘粒子仍有较高的除尘效率。 电除尘器的能量消耗比其他类型除尘器低。如以每小时净化1000m3烟气计算，电除尘器的电能消耗约为0.20.8kwh。缺点： 电除尘器的除尘效率受粉尘物理性质影响很大，特别是粉尘比电阻的影响更为突出。电除尘器最适宜捕集比电阻为10451011 袋式除尘器的应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能所影响，且会出现烧袋糊袋现象； 电除尘器不适宜直接净化高浓度含尘气体。 电除尘器对制造和安装质量要求很高，需要高压变电及整流控制设备，且占地面积大。3.1.4 湿式除尘器是使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞或者化学作用捕集颗粒，使粉尘从含尘气体中分离出来

13、的一种除尘设备。湿式除尘设备的优缺点：优点： 湿式除尘器的除尘效率不仅能与布袋和电除尘器相当，而且还可适用这些除尘器所不能胜任的除尘条件。表现在湿式除尘器对净化高温、高湿、高比阻、易燃、易爆的含尘气体具有较高的除尘效率。 湿式除尘器在去除含尘气体中粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些有毒有害的气态污染物。因此，湿式除尘器既可以用于除尘，又可以对气体起到冷却、净化的作用。 设备投资少，构造比较简单：在耗用相同能耗的情况下，湿式除尘器的除尘效率比干式除尘器的除尘效率高。缺点： 湿式除尘器的粉尘回收困难，且排出的沉渣需要处理。 湿式除尘器不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体。 净化含有腐

14、蚀性的气态污染物时，洗涤水（或液体）将具有一定程度的腐蚀性。因此，除尘系统的设备均应采取防腐措施。 湿式除尘器因含水运行，在寒冷地区设备容易结冻，因此，要采用防冻措施。3.2 可供选择的除尘技术通过以上的除尘设备简介，我们可以看到四种除尘设备的优缺点及适用条件。鉴于设计的要求，可对可供选择的除尘设备加以分析，以确定经济高校的方法。设计要求净化的是燃煤工业粉尘。可能会含有腐蚀性的气态污染物，所以对设备的防腐性能要求较高，不适合采用湿式除尘器。而且如果该工厂设在北方，天气寒冷，湿式除尘器设备内的洗涤水容易冻结。如果加强它的防腐与防冻措施，则会加大投资，所以原则上不予考虑。而机械除尘分离细小粉尘的能

15、力比较弱，它对粒径较大（大于50m）的粉尘有较高的除尘效果，但对粒径较小（小于5m）分离效果较差。在设计要求中燃煤锅炉烟气粒径51010 cm定为高比电阻粉尘，会出现反电晕现象，在集尘极和物料层中形成大量阳离子，中和了迎面而来的阴离子，使电能消耗增加，净化操作恶化，甚至无法操作9，故对粉尘有一定的选择性，不能使所有粉尘都获得很高的净化效率。并且受气体的温度和湿度等条件影响较大，同一种粉尘如在不同温度、湿度下操作，所达到的除尘效果不同10。另外，化学成分、尘粒分布、压力、气体流速等等也会对除尘效率产生影响。同时电除尘器对微细粒子处理能力有限。ESP对人体健康危害最大的O12m的尘粒的除尘效率较差

16、11。电除尘器的存在的另一个问题是，电除尘器虽然除尘效率高但设备比较复杂，造价高，对运行、安装以及维护管理水平要求较高。对一些中小企业来说是无法负担的，所以其使用范围局限于一些大型企业。而袋除尘器则存在运行阻力问题。袋除尘器运行阻力较高，(10001700Pa)超负荷通过能力较差，运行时阻力能耗比电除尘器大。对不同工况变化，袋除尘器入口及本体易产生正压现象。压力损失大(1500Pa)，且波动较大。袋除尘器的除尘效率很大程度上取决于滤袋。普通滤袋耐低温能力差（只能处理小于230的气体12），而耐高温滤料价钱又过高，使成本增加。而且，滤袋由于容易破损，寿命不长，更换周期一般较短，一般为一年。另外，

17、滤袋受烟气湿度影响大，烟气湿度的高低改变露点，露点越高越易引起结露、糊袋，影响除尘器过滤性能，增加阻力。在维护费用方面，电除尘器的使用寿命一般在l0年以上，在正常工况使用下，每年的维护费用约为一次性投资的5，甚至更低。当袋除尘器采用进口覆膜滤料时，其使用寿命一般为3-4年，在袋除尘器的总投资中，滤袋的费用约占设备总投资的6570，每年滤袋的换袋维护费用约为设备总投资的2025。仅袋除尘器滤袋的换袋费用，就是电除尘器维护费用的3倍左右。133.3.3 方案比选综上所述，袋、电除尘器各自存在着其优点及不足，在此，在综合考虑本项目设计各项指标的基础上，对这两种方案进行比选，力求达到最优化设计。下表对

18、电、袋除尘的主要优缺点、性能、及总体经济投资做了比较。电除尘器和袋除尘器的主要优缺点比较电除尘器袋除尘器优点1. 可以处理较高温度的烟气（400）2. 压力损失较小（约200250Pa）3. 维护费用低，较耐用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. 存在爆炸的危险2. 故障排放较频繁3. 受烟气性质变化影响大，对粉尘的适应性差1. 用于烟气温度较低的场合（小于230）2. 压力损失大（1500 Pa），且波动较大3. 投资和操作维护费用高4. 对湿度大的粉尘易堵塞电、袋除尘器性能比较表项目电除尘器袋除

19、尘器处理风量能处理大规模的工业废气相对电除尘器偏小排放情况一般5Omg/Nm3排放情况，可以达到30mg/Nm3一般30mgNm3，可达到10mgNm3阻力较小，300Pa偏大，1700Pa对废气温度要求400250对粉尘特性的要求比较严格，要求控制烟气粉尘比电阻为1041011 一般，对粉尘比电阻没有要求设备维护简单较高一次性投资一般较高运行成本一般较高维护成本一般较高 3.4方案确定由于本设计按要求达200mgNm3，电、袋两种除尘方式均可做到达标排放。而通过以上经济技术指标的对比，同时借鉴以往烟气处理经验（通常对于烟气量小于1O0000m3h以下时，布袋除尘器比ESP效果较好。但是当烟气

20、量大于100000 m3h时，两者就会有较大差距并随着烟气量的加，袋式除尘器的总投资会明显提高），在本项目烟气处理量144600m3Nh的情况下，电除尘有着较明显的优势。当排放浓度(标准状况)要求为不大于30mgm3时，从低浓度排放和设备达标运行稳定性方面出发，在沸腾炉床尾选用袋收尘器为宜。而本设计只要求达到200mgm3，电除尘器已能满足其要求。另外，考虑到电晕封闭烟气含尘浓度增大，电场电流会减小，当含尘浓度大于临界值时，电场电流趋向于零，除尘作用失败 。而本项目烟气粉尘含量不大于 30gNm3，在电收尘允许范围(不大于100gNm3)内，适合于使用电收尘。综上所述，本设计在综合考虑各方因素

21、的情况下，本设计拟采用电除尘。第四章 处理流程4.1 除尘系统包括：气体输送管道、除尘器系统、输灰系统、控制系统、风机等。4.2 除尘器系统包括：壳体、电晕极、集尘极、振打清灰装置、电路系统、工作维修台等。4.3 输灰系统包括：管道系统、粉尘外运系统等4.4 控制系统采用自动控制系统。包括：电源控制系统、输灰控制系统、清灰控制系统、流量控制系统等。4.5 供电装置供电装置包括三部分： 升压变压器它是将工频380V或220V交流电压升到除尘器所须的高电压，通常工作电压为5060kv。增大极板间距，要求的电压也相应增高。 整流器它将高压交流电变为直流电，目前都采用半导体硅整流器。 控制装置电除尘器

22、中烟气的温度、湿度、烟气量、烟气成分及含尘浓度等工况条件是经常变化的，这些变化直接影响到电压、电流的稳定性。因而要求供电装置随着烟气工况的改变而自动调整电压的高、低（称之为自动调压），使工作电压始终在接近于击穿电压下工作，从而保证除尘器的高效稳定运行。目前采用的自动调压的方式有：火花频率控制，火花积分值控制，平均电压控制，定电流控制等。第五章 预期处理效果烟气的排放温度t120烟气的排放浓度C200 mg/Nm3第六章 主要设施与设备设计选型6.1主要设施设计计算6.1.1 烟气流量与净化效率计算已知条件：每台锅炉产生的烟气量估计为72300Nm3/h，烟气浓度为30g/Nm3,其粒径5m占6

23、0%，烟气经降温至120进入除尘器，烟窗直径3m，高度40m，局部阻力损失60Pa。120时烟气流量： 根据锅炉大气污染物排放标准（GWPB3-1999）规定，二类区标准为200mg/Nm3所以净化效率： 6.1.2 除尘器的选择与设计计算（1）集尘极面积计算已知：A 集尘极面积，m2； 集尘效率,为99.4%； Q 处理气量，57.82m3/s；p粉尘的有效驱进速度，对于不同的粉尘，p0.050.35选取，如飞灰p0.10.14m/s，水泥干粉尘p0.060.07 m/s。设计中的粉尘为飞灰，所以选p0.12 m/s ;则（2）电场断面面积对于一定结构形式的电除尘器，当气体流速增加时，除尘效

24、率降低。因此气体流速不宜过大，但流速过小，除尘器体积增大，造价增加。目前一般采用v=1.0m/s左右。已知：Q 处理气量，57.82m3/s；则电场断面面积： 电场断面形状与现场条件有关，通常希望断面形状接近正方形，这样可使气体在电场内的分布比较均匀，故电场长宽均为8m。（3）集尘极与放电极的间距和排数集尘极与放电极的间距对电除尘器的电气性能及除尘效率有很大影响。间距太小，则由于振打引起的位移、加工安装的误差和积尘等对工作电压影响大；间距太大，则要求工作电压高，往往受变压器、整流设备、绝缘材料允许等的限制。目前，一般集尘极的间距（2b）采用200300mm。即放电极与集尘极之间的间距（b）为1

25、00150mm。也可采用400600的宽间距，常采用450mm。在设计中采用450mm。放电极与放电极之间的距离对放电强度也影响很大。间距太小，会减弱放电强度；但电晕极太密，也会因屏蔽作用而使其放电强度降低。考虑与集尘极的间距相对应，放电极间距一般也采用200300mm。已知：B电场断面宽度，8m；集尘极板间距，m(B=2b=450mm)；则集尘排数通道数（每两块集尘极之间为一个通道）为n-1，则为实际间距为（4）电场长度根据集尘极总面积、集尘排数和电场高度算出必要的电场长度。在计算集尘极板面积时，靠除尘器壳体壁面的集尘极，其集尘面积只能按单面计算，其余集尘极按双面计算。已知：H电场高度，8m

26、A 集尘极面积,2465.06m2；n集尘极排数，19；则电场长度 由于每个电场的长度为2.75.4m左右，根据收尘效率的要求，采取二电场，每个电场长度为4.3m 。 电晕极系统设计放电极型式选取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；目前有多种型式的放电极，可根据烟气性质、粉尘性质等来选定。本设计选用芒刺线。放电极长度计算由比电晕电流（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。设计中选比电晕电流0.5mA/m2 则芒刺形电晕线单位长度的电流值i00.250.35mA/m,选取i00.3mA/m。则电晕线总长度除尘器一共有18个通道，每条电晕线长8m，则每道中的电晕线数量为则每道中电晕线之间的实际距离为放电极与放电极之间的距离对放电强度影响很大.间距太小，会减弱放电的强度；但