燃煤锅炉烟气除尘系统及设计.doc

大气污染控制工程课程设计(20112012第2学期)完成时间：2012年5月27日2012年6月1日摘要：目前，污染已经变成了一个全球性的问题，主要有温室效应、臭氧层破坏和酸雨。而大气污染可以说主要是人类活动造成的，大气污染对人体的舒适、健康的危害包括对人体的正常生活和生理的影响。目前，大气污染已经直接影响到人们的身体健康。该燃煤电厂的大气污染物主要是颗粒污染物，而且排放量比较大所以必须通过有效的措施来进行处理，以免污染空气，影响人们的健康生活。关键字：大气污染 ；袋式除尘器 ；烟囱 ；阻力损失abstract : at present, the air pollution has become a global problem, basically have the greenhouse effect, the ozone depletion and acid rain. And air pollution can say is mainly caused by human activity, air pollution on human the comfortable, healthy harm to human body including the normal life and physiological effect. At present, the atmospheric pollution has directly affect peoples physical health. The coal fired power plant the atmospheric pollutants is main pollutant particles, and emissions is bigger so must through effective measures to deal with, so as not to pollute the air, affect peoples health life.key words : air pollution; Bag filter; The chimney; Resistance losses目 录第一章 前言- 3 -第二章 设计依据- 4 -2.1课程设计的目的内容及深度- 4 -2.2课程设计任务书- 4 -第三章 除尘器- 6 -3.1概述- 6 -3.2除尘器的工作原理及特点- 7 -3.2.1 除尘器的工作原理- 7 -3.2.2旋风除尘器的结构及特点- 8 -3.3影响旋风除尘器性能的主要因素- 9 -3.3.1几何尺寸因素- 9 -3.3.2操作条件因素- 11 -3.3.3固体粉尘的物理性质因素- 12 -第四章 设计方案- 13 -4.1燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算- 13 -4.11标准状态下理论空气量- 13 -4.12标准状态下理论烟气量- 13 -4.13标准状态下实际烟气量- 13 -4.14烟气含尘浓度- 14 -4.15标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算- 14 -4.2除尘器的选择- 15 -4.21除尘效率- 15 -4.22除尘器的选择- 15 -4.3确定除尘器，风机，烟囱的位置及管道布置- 16 -4.31各装置及管道布置的原则- 16 -4.32管径的确定- 17 -4.4烟囱的设计- 17 -4.41烟囱高度的确定- 17 -4.42烟囱直径的计算- 18 -4.43烟囱的抽力- 19 -4.5系统阻力的计算- 19 -4.51摩擦压力损失- 19 -4.52局部压力损失- 21 -第五章 附图- 24 -总结- 25 -参考文献- 26 -致谢- 27 -第一章 前言 随着工业的发展，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。大气质量是环境质量的一个重要内容。人的生存每时每刻都离不开空气，大气质量与人类生存环境息息相关，所以对大气污染的治理与控制非常重要。大气流动性强、涉及面广，而且一旦受污染后，修复比较困难。虽然人们在大气环境整治方面做了大量工作，但目前的空气质量仍然不尽如人意，因此防止污染、改善空气环境成为当今迫切的环境任务。燃煤锅炉排放的二氧化硫严重地污染了我们赖以生存的环境。我国的大气污染仍将以煤烟型污染为主，其中尘和酸雨危害最大，且污染程度还在加剧。因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和SO2危害的关键问题。除尘脱硫一体化是将高温煤气中的粉尘颗粒和气态so2在一个单独的捕集单元中脱硫。除尘脱硫一体化装置可概括为干法和湿法两中目前国内外已开发了大量脱硫除尘一体化装置，主要有水膜除尘器、文丘里旋风水膜除尘器、卧式旋风水膜除尘器、喷淋塔除尘脱硫装置、冲击式水浴除尘器、自激式除尘器、旋流板塔脱硫除尘一体化装置以及高压静电滤槽复合型卧式除尘器等湿式处理装置。由于除尘脱硫一体化工艺具有投资少、运转费用低、脱硫率适中、操作管理简便、结构紧凑、占地面积小等优点，近年来已被广泛应用。第二章 设计依据2.1课程设计的目的内容及深度除尘系统课程设计的目的在于加深理解所学专业知识，培养运用所学专业知识的能力，在设计、计算、绘图方面等得到锻炼。针对一个燃煤锅炉，要求对除尘系统和主要除尘设备的工艺尺寸进行设计计算，完成设计计算说明书和一个除尘流程设计图。设计深度为初步设计的深度。2.2课程设计任务书1、设计题目燃煤锅炉烟气除尘系统的设计。2、基本资料1.锅炉设备的主要参数额定蒸发量主蒸汽压力主蒸汽温度燃煤量排烟量排烟温度（t/d）（MPa）（）（t/d）（m3/d）（）25010055038.04500001502.烟气密度（标准状况下）：1.35/ 空气含水（标准状况下）：0.01296/ 烟气在锅炉出口的阻力：850Pa 排烟中飞灰占煤中不可燃成分的比例：18% 当地大气压；97.86KPa 冬季室外空气温度：-1 空气过剩系数：a=1.43.煤的工业分析值：C=68%；H=4%；S=1%；N=1%；W=6%；A=15%；V=13%; O=5%4.应用基灰分：13.38%；应用基水分：16.32%；可燃基挥发分：41.98%；应用基低位发热量：16768Kj/kg（由于媒质波动较大，要求除尘器适应性较好）5.按锅炉大气污染排放标准（GB13271-2001）中二类区标准执行烟尘浓度排放标准（标准状况下）：200 mg/m3；二氧化硫排放标准（标准状况下）：900 mg/m3；净化系统布置场地在锅炉房北侧15米以内。3.设计内容1、 计算燃煤锅炉实际烟气量、排烟量及烟尘和二氧化硫浓度。2、 计算或设定除尘效率。3、 选择除尘器。4、 确定除尘器，风机，烟囱的位置及管道布置。并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统各部分阻力。5、 计算系统阻力。6、绘制系统工艺流程图、除尘器结构图及主要构件的设计简图。4.设计成果设计计算说明书一份（30页以内，包括计算书，内容详尽说明设计计算，选型及其方法，可手写，可打印，内容科学性和完善性将影响评分）；工艺流程图；核心除尘设备图；流程中各主要构件设计图。第三章 除尘器3.1概述工业除尘所涉及的多相混合物称为气相悬浮系或气溶胶。分散于其中的细小颗粒叫做尘粒或微粒，而尘粒的堆集状态叫做粉体。在工程设计中为了正确地设计和选择除尘设备，必须掌握粉尘的主要物理和化学性质，用于描述粉尘性质的参数有：粒径与分散度、密度与堆积密度、凝聚性、湿润性、荷电与导电性、自然堆积角、爆炸性。在日常工业上用于粉尘颗粒物分离的设备主要有：重力沉降式除尘器、惯性除尘器、电除尘器、湿式除尘器、过滤式除尘器、旋风除尘器，简述如下：(1)重力除尘器 重力除尘器是使含尘气体中的粉尘借助重力作用自然沉降来达到净化气体的装置。它的沉降速度太小，仅为离心沉降速度的几十分之一。实际应用中，结构简单，阻力小、但体积大、除尘效率低、设备维修周期长。(2)惯性除尘器 这是一种利用粉尘在运动中惯性力大于气体惯性力的作用，将粉尘从含尘气体中分离出来的除尘设备。这种除尘器结构简单，阻力较小，但除尘效率较低，一般应用于一级除尘。(3)电除尘器 电除尘器中的含尘气体在通过高压电场电离时，尘粒荷电并在电场力作用下，尘粒沉积于电极上，从而使尘粒与含尘气体相分离的一种除尘设备。它能有效地回收气体中的粉尘，以净化气体。各种电除尘器由于具有效率高、阻力低、能适用于高温和除去细微粉尘等优点，获得了比其他除尘器更快的发展，但投资大。关于减少电除尘器的耗电量，运用空调技术使高电阻含尘气体也能获得很好效果，使除尘器操作处于最佳条件和提高除尘效率等问题正在开展研究。(4)湿式除尘器 这种除尘器是使含尘气体与水或其它液体相接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用而把尘粒从气流中分离出来。湿式除尘器以水为媒介物，因此它适用于非纤维性的、能受冷且与水不发生化学反应的含尘气体，不适用于除去黏性粉尘。湿式除尘器具有投资低，操作简单，占地面积小，能同时进行有害气体的净化、含尘气体的冷却和加湿等优点。特别适用于处理高温度高湿度和有爆炸性危险气体的净化，但由于采用了水为净化物，会带来了二次污染。(5)袋式除尘器主要依靠编织的或毡织的虑布作为过滤材料来达到分离含尘气体中粉尘的目的，由于粉尘通过滤布时产生的筛分、惯性、黏附、扩散和静电作用而被捕集分离。袋式除尘器适应性比较强，不受粉尘比电阻的影响，也不存在水的污染问题。在选取适当的助滤剂条件下，能同时脱除气体中的固、气两相污染物。但其存在过滤速度低、压降大、占地面积大、换袋麻烦等缺点。(6)旋风除尘器 旋风除尘器是利用旋转的含尘气体产生的惯性离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气一固分离装置。这种除尘器主要优点：结构简单，本身无运动部件，不需要特殊的附属设备，占地面积小；操作、维护简便，压力损失中等，动力消耗不大，运转、维护费用较低；操作弹性较大，性能稳定，不受含尘气体的浓度、温度限制，对于粉尘的物理性质无特殊要求。目前，旋风除尘器广泛应用于化工、石油、冶金、建筑、矿山、机械。轻纺等工业部门。旋风除尘器具有自身的优点，但相对于袋式除尘器、湿式除尘器、电除尘器，旋风除尘器对于捕集分离5um以下的粉尘颗粒收集效率不高，其它性能指标一定程度上都优于上述除尘器。根据当前我国工业发展的情况，材料供应和动力供应情况：是不允许抛弃旋风除尘器，而全部使用昂贵材料多、运转费用高、耗电量高的文氏管除尘器、袋式除尘器、电力除尘器，这就决定了干式旋风除尘器在环境保护或工业除尘中存在很大的需求量。此外，随着除尘器应用场合特殊化(如高温高压的工况条件下)、结构微型化(如可吸入颗粒物的采样、汽车进气的预处理)的发展，在奠定旋风除尘器特殊地位的同时，对其也提出了更高的性能要求。3.2除尘器的工作原理及特点3.2.1 除尘器的工作原理根据图31所示，旋风除尘器工作原理可以叙述如下：含尘气体从进气口以较高的速度沿圆筒切线方向进入，气流由直线运动变为圆周运动，并向上、向下流动，向上的气流被顶盖阻挡返回，向下的气流在简体部分和锥体部分作自上而下的螺旋运动(称为外旋流)。含尘气体在旋转过程中产生离心加速度，由于尘粒产生的离心力比空气黏性阻力大很多倍，使尘粒产生径向远离旋转中心的运动，因此将尘粒甩向器壁，尘粒一但与器壁接触便与气体相分离沿器壁经锥体排入集灰箱内。旋转下降的外旋气流在圆锥部分运动时随圆锥形收缩而向除尘器中心靠拢，当气流到达锥体下端某一位置时，便以同样的旋转方向在除尘器中部形成一股作自下而上的螺旋运动气流(称为内旋流)，并经排气管外排出，部分未捕集的粉尘颗粒也随气流而排入大气中。旋风除尘器的除尘机理和结构一般旋风除尘器的结构如图3.1所示。图31一般旋风除尘器结构示意图3.2.2旋风除尘器的结构及特点旋风除尘器也称作旋风分离器，是利用器内旋转的寒碜气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气固分离装置。它主要由排灰管、圆锥体、圆柱体、进气管、排气管以及顶盖组成。旋风除尘器具有以下特点：1.结构简单，器身无运动部件，不需要特殊的附属设备，占地面积小，制造，安装投资较少。2.操作维护简便，压力损失中等，动力消耗不大，运转，维护费用较低。3.操作弹性较大，性能稳定，不受含尘气体的浓度，温度限制。对于粉尘的物理性质无特殊的要求同时可根据化工生产的不同要求，选用不同的材料制作或内衬不同的耐磨，耐热的材料，以提高使用寿命。旋风除尘器一般用于捕集5-15微米以上的颗粒除尘效率可达80以上，近年来经改进后的特制旋风除尘器，其除尘效率可达5以上。旋风除尘器的缺点是捕集微粒小于5微米的效率不高。CLT/A型旋风除尘器主要由旋风筒体、集灰斗、蜗壳（或集风帽）组成，有两种出风方式：X型（水平出风）一般用于负压操作；Y型（上部出风）一般用于正或负压操作。CLT/A型旋风除尘器为基本型旋风除尘器，属螺旋型旋风除尘器。其顶盖板做成下倾15的螺旋切线形，含尘气体进入除尘器后，沿倾斜顶盖的方向做下旋流动，而不致形成上灰环，可消除引入气流向上流动而形成的小旋涡气流，减少动能消耗，提高除尘效率。它的另一个特点是筒体细长和锥体较长，而且锥体锥角较小，能提高除尘效率，但压力损失也较高。所以，旋风除尘器广泛用于工业炉窑烟气除尘和工厂通风除尘，工业气力输送系统气固两相分离与物料气力烘干回收等。3.3影响旋风除尘器性能的主要因素3.3.1几何尺寸因素1旋风除尘器的直径Dn一般旋风除尘器的直径越小，气流旋转半径越小，粉尘颗粒所受离心力越大，旋风除尘器的除尘效率也就越高。但过小的筒体直径，由于旋风除尘器器壁与排气管太近，造成较大直径颗粒有可能反弹至中心气流而被带走；使除尘效率降低。另外，简体太小容易引起堵塞，尤其是对于黏性物料。因此，一般简体直径不宜小于5075mm，工程上常用的旋风除尘器的直径般是在200ram以上。如今，旋风除尘器的直径也日趋大型化，已出现大于1000mm的大型旋风除尘器。2旋风除尘器高度H通常，较高除尘效率的旋风除尘器，都有较大的长度比例。它不但使进入简体的尘粒停留时间增长，有利于颗粒分离，且能使尚未到达排气管中的颗粒，有更多的机会从旋流中分离出来，减少二次夹带。足够长的旋风除尘器，还可以避免旋转气流对灰斗顶部的磨损。但是过长的旋风除尘器，会占据较大的空间，尤其对于内置旋风除尘器来说，更受到设备内部空间的限制，因此，提出了旋风除尘器自然长度f这一概念，即从排气管下端至旋风除尘器自然旋转顶端的距离。 在设计中，旋风除尘器的高度H，应保证有足够的自然长度，但大于自然长度的过长旋风除尘器显然是不经济的。3旋风除尘器进口(1)进口形式旋风除尘器的进口形式主要有轴向进口和切向进口两种。切向进口为最普通的一种进口形式，制造简单，用得比较多，采用这种进口有利于气流向下做倾斜的螺旋运动，同时也可以避免相邻两螺旋气流的相互干扰。渐开线进口可以减少进口气流对简体内气流的撞击和干扰，与其它进口形式相比蜗壳形进口处理气流量大，压力损失小，是比较理想的一种进口形式。轴向进口是最好的进口型式，它可以最大限度地避免进入气体与旋转气流之间的干扰，但因气体均匀分布于进口截面，使靠近中心处的颗粒分离效果很差。进口的位置有两种方式：一种与旋风除尘器的顶盖相平，这有利于消除上旋流；另一种与顶盖有一段距离，这可使细粉尘聚集在顶盖下面的上旋流中，这就增加了气流短路的机会。4排气管排气管有两种形式如图26、图27。在相同的排气管直径de下，下端采用收缩形式，既不影响除尘效率，又可降低阻力损失。所以，在设计分离较细粉尘的旋风除尘器时，可考虑设计成这种形式的排气管。一定范围内，排气管直径越小，则旋风除尘器的除尘效率越高，压力损失也越大，反之，除尘器的效率越低，压力损失也越小。5灰斗灰斗是旋风除尘器设计中最容易被忽略的部分。一般都把它仅看作是排除粉尘的装置。在实际应用中，除尘器锥底处气流非常接近高湍流，而粉尘也正是由此排出，因此，二次扬尘的机会也就更多。此外，旋流核心为负压，如果设计不当，造成灰斗漏气，就会使粉尘二次飞扬加剧，严重影响除尘器效率。3.3.2操作条件因素1进口气速v，在一定范围内，进口气速越高，除尘效率越高。但气速过高，粉尘微粒与器壁的摩擦加剧，粗颗粒粉碎，使细粉尘含量增加。此外，过高的气速，对具有凝聚性质的粉尘也会起分散作用，这些对颗粒分离是不利的。气体通过旋风除尘器的压力损失和气体的进口速度的平方成正比，所以，进口气速过大虽然除尘效率稍有提高，但压力损失却急剧上升。其次，进曰气速过大，也会加速旋风除尘器本身的磨损，降低旋风除尘器的使用寿命。2气体的密度P、黏度u、压力P、温度T气体的密度对除尘效率的影响可以在临界粒径计算公式中得以体现，即气体密度越大，临界粒径越大，故除尘效率下降。但是，气体的密度和固体密度相比，特别使在低压下几乎可以忽略，所以，其对分离效率得影响较之固体密度来说，可以忽略不计。通常温度越高，旋风除尘器压力损失越小：气体密度增加，压力损失也增加。黏度的影响在计算压力损失时常忽略不计，但从临界粒径得计算公式中知道，临界粒径与黏度得平方根成正比，所以分离效率随着气体得黏度得增加而降低。由于温度升高，气体黏度增加，当进口气速等条件保持不变时，温度升高除尘效率略有下降。3气体含尘浓度旋风除尘器的除尘效率，随着粉尘浓度的增加而提高。这是因为含尘浓度大时，粉尘的凝聚性能提高，使较小的尘粒凝聚在一起而被捕集。另外，在含尘浓度增大时，大颗粒对小颗粒的撞击也使小颗粒有可能被捕集。但值得注意的是，含尘浓度增加后除尘效率虽有提高，可是排出气流的含尘绝对量也会大大增加。粉尘浓度对旋风除尘器的压力损失有影响。实践证明旋风除尘器处理含尘气体的压力损失要比处理清洁空气时小，当进口浓度为l2gm3(标)时，压力损失可以降低到近清洁气体的60；浓度增大到250gm3(标)时，压力损失又迅速下降。3.3.3固体粉尘的物理性质因素1固体颗粒直径d对旋风除尘器性能影响较大粒径的颗粒在旋风除尘器中会产生较大的离心力，有利于分离，所以，在粉尘筛分组成中，大颗粒所占有的百分数越大，总分离效率越高。2颗粒密度对旋风除尘器性能的影响 粉尘单颗粒密度成对分离效率有着重要影响。临界粒径计算式中dc50或dc100和颗粒密度的平方根成反比，密度越大，dc50或dc100越小，颗粒分离效率越高。影响旋风除尘器性能的因素，除上述外，分离器内壁粗糙度也会影响旋风除尘器的性能。浓缩在壁面附近的粉尘颗粒，可因粗糙的表面引起局部涡流，使一些粉尘微粒被抛入上升的气流，进入排气管，降低了除尘效率。旋风除尘器轴心处具有很高的负压，所以此处的泄漏程度对除尘效率有着一定的影响。在旋风除尘器设计时，应考虑排灰口的密封。另外，气体的湿度过大将会引起粉尘黏壁，甚至堵塞，以致大大的降低旋风除尘器的性能。3.4常用除尘器的性能第四章 设计方案4.1燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化硫浓度的计算4.11标准状态下理论空气量 =6.97式中 C，H，S，O 分别代表煤中各元素所含得质量分数4.12标准状态下理论烟气量 =7.42()式中 标准状态下理论空气量W-煤中水分的质量分数N-N元素在煤中的质量分数4.13标准状态下实际烟气量 标准状态下烟气流量Q应以计,因此, =10.251583 =16230()式中a-空气过量系数-标准状态下理论烟气量, -标准状态下理论空气量,4.14烟气含尘浓度 式中-排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数-煤中不可燃成分的含量-标准状态下实际烟气量, ()4.15标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 式中S-煤中硫的质量分数 -标准状态下燃煤产生的实际烟气量,()4.2除尘器的选择4.21除尘效率 =92.4%式中C-标准状态下烟气含尘浓度, -标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值, 4.22除尘器的选择根据基本资料，烟气流量Q=450000m3/h根据工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定除尘器：选择XLD-4型多管式旋风除尘器，产品性能规格见表3.1表3.1除尘器产品性能规格型号处理烟气量/(m3/h)除尘效率/%设备阻力/Pa分割粒径d/(50um)XLD-445000092-95932-11283.06-3.3表3.2 除尘器外型结构尺寸（见图3.1）ABCDEFGHMN14001400300503501000298544607004235图3.1 除尘器外型结构尺寸 工作状况下烟气流量 =25146式中Q-标准状态下烟气流量, -工况下烟气温度,KT-标准状态下温度,273K则烟气流速为 所以采用脉冲喷吹袋式除尘器 4.3确定除尘器，风机，烟囱的位置及管道布置4.31各装置及管道布置的原则 根据锅炉运行情况现场的实际情况确定各装置的位置。一旦确定各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了。对各装置及管道的布置应力求简单，紧凑，管路短，占地面积，并使安装，操作方便。4.32管径的确定 根据流量，本设计把一个锅炉的流量分成2个管道排出,即（m）式中Q 工作状态下管道内的烟气流量， =烟气流速 取 10m/s 表 二 外径 钢制板风管 外径允许偏差/ 壁厚/ 670 1内径=d=670-21=668()由公式可计算出实际烟气流速： （）4.4烟囱的设计4.41烟囱高度的确定确定烟囱高度，既要满足大气污染物的扩散稀释要求，又要考虑节省投资。设计的目的是使烟囱排放的大气污染物在环境空气中产生的地面地面浓度与背景值叠加后的预测浓度，不超过环境空气质量标准规定的浓度限值。P值法按我国标准GB/T 384091中规定的气态污染物河电站烟尘排放源的允许排放量计算式，即可得到按点源排放控制系数P计算烟囱高度的公式：4.42烟囱直径的计算 烟囱出口内径可按下式计算： Q通过烟囱的总烟气量，按表三选取的烟囱出口烟气流速，。 表三 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 68 253采用机械通风，选定=10 m烟气抬升高度烟囱高度Q=污染物电源排放量Q=90025146 =0.0229t/h所以烟囱底部直径式中 烟囱出口直径，mH烟囱高度，mi烟囱锥度，取 i=0.024.43烟囱的抽力 =132.4式中 H烟囱高度，m外界空气温度，烟囱内烟气平均温度，B当地大气压，4.5系统阻力的计算4.51摩擦压力损失 式中L管道长度，md管道直径，m烟气密度，管中气流平均速率摩擦阻力系数是气体雷诺数Re和管道相对粗糙度的函数，可以查手册得到（实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌和混凝土管道值可取0.04）管道长度L Bb.对于砖拱形烟道 D=670mm 故B=600mm 则R= 式中,A