大气除尘器设计..doc

大气污染控制工程课程设计大气污染控制工程课程设计课程名称 指导教师 专 业 班 级 姓 名 学 号 目录目录21工程概况3一、设计原始资料3二、设计内容和要求：52烟气除尘6一、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算6二、选择除尘器7三、除尘器的设计11一、脱硫技术简介12二、设计计算13三、新鲜浆料的确定15四、塔径(D)的确定16五、塔入口烟道的设计16六、塔出口烟道的设计16七、喷淋层的设计16八、除雾器区域的设计17九、除硫效率174烟囱的设计181. 烟囱高度的确定182. 烟囱直径的计算183.烟囱的抽力195系统阻力的计算201.摩擦压力损失206系统中烟气温度的变化221.烟气在管道中的温度降222. 烟气在烟囱中的温度降237风机和电动机选择计算231.风机风量的计算232. 风机风压的计算243、动机功率的计算248设计体会259参考书目：26 1工程概况一、设计原始资料 1、单位生产情况设计项目为160t/h+175t/h三废锅炉，燃料为某工业区洗中煤，掺烧化肥厂造气炉排出的废渣和废气。其中60t/h三废余热锅炉：燃用洗中煤及炉渣：1216t/h，造气炉吹风气气流量5000080000m3/h，H2S含量8001000mg/m3；其中75t/h三废余热锅炉：燃用洗中煤及炉渣：1520t/h，造气炉吹风气气流量5000080000m3/h，H2S含量8001000mg/m3。治理工程在厂区内60 m 50 m范围内，烟管出锅炉房的相对标高为3.5 m。 2、煤质资料参数序号项目符号单位1工作基碳份Car%22262工作基氢份Har%1.92.43工作基氧份Oar%8104工作基氮份Nar%-5工作基硫份Sar%0.61.06工作基水份Mar%1.221.937工作基灰份Aar%49598可燃挥发份Vdaf%14.515.69工作基低位发热量Qnet，ar MJ/kg10.583、灰成分分析序号名称符号单位设计煤种校核煤种1二氧化硅SiO2%52.750.982三氧化二铝Al2O3%28.3632.083三氧化二铁Fe2O3%53.854氧化钙CaO%4.644.125氧化镁MgO%1.381.446氧化钾K2O%1.791.047氧化钠Na2O%0.210.148三氧化硫SO3%1.512.269五氧化二磷P2O5%0.220.6010二氧化钛TiO2%0.860.96 4、气象和地理条件序号气象和地理条件参数1多年平均大气温度15.62多年极端最高气温42.33多年极端最低气温-15.34多年平均相对湿度67%5多年平均风速2.4m/s6累年瞬时最大风速20m/s7最大冻土深度22cm8最大积雪深度22cm9地基承载力230kPa10抗震设防烈度6度11设计基本地震加速度值0.05g5、排放浓度 按国家相关排放标准二、设计内容和要求： 1、基本熟悉各类除尘器的除尘机理以及选用原则。掌握管道设计与计算，初步达到具有独立进行大气污染控制工程的设计能力。 2、净化系统设计方案的分析确定。 3、除尘器的比较和选择：确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。 4、管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置。并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。 5、风机及电机的选择设计：根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。 6、编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写，包括方案的确定、设计计算、设备选择和有关设计的简图等内容。设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分，文字应简明、通顺、内容正确完整，书写工整、装订成册。 7、编写设计计算书：根据设计说明书确定的工程主要设计参数、工艺条件，计算各工艺设备、管道工程、动力工程。计算出的设计设备及其大样应画附图，并注明相关尺寸。管道工程等应列表计算。 8、图纸要求：（）、除尘系统图一张（推荐图幅A2）。系统图应按比例绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。（）、除尘系统平面图一张（推荐图幅A2）。2烟气除尘一、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算1.标准状态下的理论空气量4.78（1.867Y5.56HY0.7Y0.7Y）（3） =4.78(1.8670.24+5.560.02+0.700.006-0.700.09 ）=2.3922（3） 式中Y，Y，Y，Y分别为煤中各元素所含的质量分数。2. 标准状态下的理论烟气量1.867（Y0.375SY）11.2Y1.24Y0.0160.79+0.8NY =1.867（0.24+0.3750.006）+11.20.02+1.240.015+0.0162.3922+0.792.3922+0.80=2.622（3）式中 -标准状态下的理论空气量，3 Y煤中水分所占质量分数，% NY N元素在煤中所占质量分数，%3. 标准状态下实际烟气量 =+ 1.016(1) （3） =2.622+1.016(1.4-1)2.392=3.594（3）式中 空气过量系数注意：标准状态下烟气流量Q以3h计，因此，Q =设计耗煤量=3.59415.51000=557073h4. 标准状态下烟气含尘浓度C =( dshAY )/ (/3) =(0.20.5)/3.594=0.0278式中 dsh -排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；AY -煤中不可燃成分的含量5. 标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算Cso2 =(2SY)/ 106 (mg/3) =(20.006)/3.594106=3338 SY -煤中可燃硫的质量分数二、选择除尘器 确定除尘器的种类，型式和流量时，应考虑以下要点： 1、粉尘的分散度 选择除尘器的型式时，首先要确切掌握粉尘的分散度，例如，粒径在10um以上时应选离心力除尘器，在粒径为数微米以下粒径占大部分时，应选择电除尘器、过滤式除尘器或洗涤器。 2、按粉尘密度粉尘密度对除尘器的除尘性能影响很大，这种影响表现最为明显的是重力、惯性力和离心力除尘器。所有除尘器的一个共同点是堆积密度越小，尘粒分离捕集就越困难，粉尘的二次飞扬也越严重，所有在操作上与设备结构上应采取特别措施。 3、按含尘浓度、在重力、惯性力和离心力除尘器中，一般说来，进口浓度越大，除尘效率越高，可是这样一般又会增加出口含尘浓度，所以不能仅从除尘效率高，就笼统的认为粉尘处理的好。、在文氏洗涤器、喷射洗涤器等除尘器中，考虑到喉管段的摩擦损耗和喷嘴堵塞等因素，希望初始浓度不要太高。、在过滤式除尘器中，初始浓度越低，整体的除尘性能越好。在高初始浓度时，希望采用压力损失变化小的连续清灰方式。、电除尘器，一般初始浓度为30mg/m3（标）以下的范围内使用。 4、烟气温度的影响 对于高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器，如果烟气中含有SO2、NO等 气态污染物时，可以考虑采用湿式除尘器，但是必须注意腐蚀问题。 除尘器应达到的除尘效率 = 1Cs/C 1-200/29900=99.33%式中 Cs-标准状态下烟气含尘浓度，(mg/3) C- 标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，(mg/3)根据烟尘的粒径分布和种类、工况下的烟气量、烟气温度计要求达到的除尘效率定除尘器的种类、型号及规格 。确定除尘器的运行参数，如气流速度、压力损失、捕集粉尘量等。 经以上分析，选 ZC型回转反吹扁袋除尘器袋式除尘器，又称空气过滤器，是利用多孔纤维材料制成的滤袋，将含尘气流中的粉尘捕集下来的一种高效除尘装置。由于其具有除尘效率高，尤其对微米或亚微米级粉尘颗粒具有较高的捕集效率，除尘效率可达到99.9%以上，且不受粉尘比电阻的影响；运行稳定，对气体流量及含尘浓度适用性强；处理流量大，性能可靠等优点，因此广泛使用于工业含尘废气净化工程。但目前存在的主要问题是：普通滤料不耐高温，若采用特殊滤料，则成本很高，另外不适宜净化黏性及吸湿性强的气体，否则气体温度低于露点温度时，会产生“糊袋”现象使除尘器不能正常运行。袋式除尘器的工作原理是，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，透过滤料的清洁气体由排出口排出。沉积在滤料的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中。常用滤料由棉、毛、人造纤维等加工而成，滤料本身网孔较大，一般为20um50um，因而新鲜滤料的除尘效率较低。颗粒因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，逐渐在滤料表面形成粉尘层，常称为粉尘初层。初层形成后，它成为袋式除尘器分主要过滤层，提高了除尘效率。滤布只不过起着形成颗粒初层和支撑它的骨架作用，但随着颗粒在滤布上的积聚，滤袋两侧的压力差增大，会把有些已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降。另外，若除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，影响生产系统的排风效率。因此，除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰。清灰不能过分，即不应破坏颗粒初层，否则会引起除尘效率显著下降。对于粒径0.1 um 0.5 um的粒子，清灰后滤料的除尘效率在90%以下；对于1以下的效率在98%以下。当形成颗粒层后，对所有粒子效率都在95%以上；对于1 um以上的粒子，效率高于99.6%。三、除尘器的设计过滤面积滤袋的尺寸单个滤袋直径：，取单个滤袋长度：，取滤布长径比一般为，每条滤袋面积滤袋条数滤袋布置 按矩形布置：（A）a.滤袋分4组;b.每组36条；c.组与组之间的距离：250mm（B）组内相邻滤袋的间距：70mm（C）滤袋与外壳的间距：210mm 3烟气脱硫一、脱硫技术简介 对烟气进行脱硫技术有三种技术，即湿式烟气脱硫技术、半干法烟气脱硫技术、干法烟气脱硫技术。其中湿式烟气脱硫技术应用比较广泛，且方法较多，技术成熟。 根据该厂的烟气特性选择用喷淋塔进行烟气除硫 喷淋塔：一般塔底液面高度h1=615m；最低喷淋层离入口顶端高度h2=1.24m；最高喷淋层离入口顶端高度h3vt；除雾器离最高喷淋层距离1.2m（当最高喷淋层采用双方向喷嘴时，该距离3m；除雾器离塔出口烟道下沿距离1m，喷淋区的高度不宜太高6m，喷淋塔的空塔流速0.61.2m/s，阻力20200Pa，液气比0.72.7L/m3。第一级除雾器最高一层喷淋管道至少应为9101200mm，最高一级除雾器截面收缩点或水平出口点低端应留10001500mm的距离。简单示意图如下：二、设计计算1、喷淋塔内流量计算假设喷淋塔内平均温度为，压力为120KPa，则喷淋塔内烟气流量为： 式中：喷淋塔内烟气流量，； 标况下烟气流量-，； K除尘前漏气系数，00.1；代入公式得：2、喷淋塔径计算依据石灰石烟气脱硫的操作条件参数，可选择喷淋塔内烟气流速，则喷淋塔截面A为：则塔径d为：取塔径3、喷淋塔高度计算 喷淋塔可看做由三部分组成，分成为吸收区、除雾区和浆池。(1) 吸收区高度依据石灰石法烟气脱硫的操作条件参数得，选择喷淋塔喷气液反应时间t=4s，则喷淋塔的吸收区高度为： (2) 除雾区高度除雾器设计成两段。每层除雾器上下各设有冲洗喷嘴。最下层冲洗喷嘴距最上层(3.43.5)m。则取除雾区高度为：(3) 浆池高度浆池容量V1按液气比浆液停留时间t1确定： 式中： 液气比，取； Q标况下烟气量，； t1浆液停留时间，s；一般t1为，本设计中取值为，则浆池容积为：选取浆池直径等于或略大于喷淋塔D0，本设计中选取的浆料直径为D05m，然后再根据V1计算浆池高度： 式中：h0浆池高度，m； V1浆池容积，； D0浆池直径，m。从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.82m。本设计中取为2m。(4) 喷淋塔高度 喷淋塔高度为：三、新鲜浆料的确定1mol 1mol因为根据经验一般钙/硫为：1.05：1.1，此处设计取为1.05则由平衡计算可得1h需消耗CaO的量为： 四、塔径(D)的确定D=带入数据得 D=6.65m实际取塔径D=7m取塔底液面高度h1=7m，最低喷淋层离入口顶端高度h2=2.0m，最高喷淋层离入口顶端高度h31.26=7.2m，取h3=7.4m。五、塔入口烟道的设计烟道下沿离塔底液面为h5=1.8m六、塔出口烟道的设计烟道出口下沿离除雾器距离为h6=1.5m七、喷淋层的设计喷淋层的设计包括浆液管道、喷嘴的选择与布置。喷嘴的数量和喷淋层数取决于脱硫效率，一般采用36层。喷淋层可用多台循环泵供浆或一层喷淋层单独对应供浆，后者更适合于大型脱硫塔且烟气负荷变化较大的场合。当某台循环泵或管路需检修时，只需将其停止来即可，不会影响到塔的运行；当锅炉负荷变化时，可通过增加或停止一台循环泵达到节能的效率，也可备用一套管道(包括循环泵、喷淋层及相关管道)，以满足未来日益严格的环保要求。第一层（最低一层）喷淋层离烟道上部一般保持24m的距离，以便使浆液能充分与烟气接触并避免进入烟道内，喷淋层与喷淋层之间的间距为1.52.5m，最高喷淋与除雾器间的距离至少应为1.2m。喷淋层喷嘴喷出的雾冠在1mm范围内能完全覆盖塔断面，一般要求具有120%250%的覆盖率。喷嘴应具有较大的自由畅通孔径，一般应大于45mm，否则易被结垢片等杂物所阻塞。本次设计喷淋层之间的间距h4=1.8m，设四个喷淋层。八、除雾器区域的设计 脱硫塔一般采用两级除雾器，两级除雾器间的距离应为1.8m左右，以便检修维护。除雾器距最近喷淋层的距离与该层采用的喷嘴形式有关，当采用向下喷雾的喷嘴时，其间距应大于1.2m；当采用双层喷雾的喷嘴时，其间距应大于3m。本次设计选择板式除雾器，采用一级除雾器。九、除硫效率设计的除硫效率为 进口浓度CSO2=3401mg/m3 要求出口浓度CSO2=900 mg/m3 =（3401-900）/3590100% =73.5%经处理后的烟气温度会降510，本次设计温度降为134.59-10=124.59。经处理后的烟气量为Q=（273+124.59）（273+134.59） 55707=54298m3/h4烟囱的设计1. 烟囱高度的确定 首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（表1-2）确定烟囱的高度。按1t蒸汽量的烟排放浓度为3000 m3/h估算，蒸汽量为 表1-2 锅炉烟囱高度表锅炉总额定出力（t/h） 1 12 2661010202635烟囱最低高度（m） 20 25 30 35 40 452. 烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算 d = 0.0188 ( Q/v)1/2 (m) =0.0188( 54298/15)1/2 =1.59经过圆整得出d=1.6然后计算出实际烟气流速=14.76m/s式中 Q-通过烟囱的总烟气量，m3/h v-按表1-3选取的烟囱出口烟气流速，m/s 表13 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 4 5 自然通风 6 10 2. 5 3 烟囱底部直径 d1 = d2 + 2i H ( m ) =1.62+21600.02 =9.6式中d2- 烟囱出口直径，mH- 烟囱高度，mi - 烟囱锥度，通常取 i = 0.02 0.03 3.烟囱的抽力 Sy = 0.0342 H（）B =0.0342 160（1/(273+10.6)-1/(273+80.625)）103.325=394.78 pa式中 H- 烟囱高度，mtK- 外界空气温度，CtP- 烟囱内烟气平均温度，CB- 当地大气压，Pa5系统阻力的计算1.管径的确定 d = (4Q/v)1/2式中 Q工况下管内烟气流量，m3/s v烟气流速，m/s ，（可查有关手册确定，对于锅炉烟尘v = 1015 m/s）。管径计算出以后，要进行圆整（查手册），再用圆整后的管径计算出实际烟气流速。实际烟气流速要符合要求。标号烟气体积流量/（m3/h）换算烟气体积流量/（m3/s）选择流速/（m/s）管道断面面积A/（m2）管道选择采用的规格/D/mm校正后烟气流速/（m/s）1210681229.4112.002.545180011.87349871027.4118.001.539140017.77569789027.1918.001.539140017.66789493126.3720.001.539140017.132摩擦压力损失 pL = L/d v2/2 (Pa)式中 L-管道长度，m ;d-管道直径，m ;-烟气密度，/m3 ;v -管中平均气流速率， m/s ;- 摩擦阻力系数 ，可以查手册得到（实际中对金属管道值可取0.02，对砖砌或混凝土管道值可取0.04）标号管段长度/m水力半径/m烟气流速/m/s烟气密度/kg/m3沿程阻力损失/（Pa）1210.000.511.871.3496.485.05.3064348.000.4517.771.34217.084.4510.6265640.000.4517.661.29208.9822.2251.07782.000.4017.131.01405.5612.555.76 pm = （v2/2 ） （Pa） 式中 -异型管件的局部阻力系数，可在有关手册中查到，或通过试验获得。对于渐扩管和渐缩管渐扩管 =30 =0.8渐缩管=30 =0.1阀门=0.17对于90度圆形管头pm = （v2/2 ）标号烟气流速/ m/s烟气密度/局部阻力120.6311.871.3496.4860.7340.9217.771.34217.08199.71561.2117.671.29208.98252.87780.6317.121.01405.56255.51出锅炉前阻力800，除尘器阻力1100，吸收塔阻力管道部件总的局部阻力损失为： =768.78+122.48+800+1100=2791.266系统中烟气温度的变化 当烟气管道较长时，必须考虑烟气温度的降低。除尘器、风机、烟囱的烟气流量应按各点的温度计算。1.烟气在管道中的温度降t1 = (qF)/(QCV) ( C )式中Q标准状态下烟气流量Q, 3h F管道散热面积，2 CV -标准状态下烟气比热容（一般为1.3521.357kJ/m3. C） q管道单位面积散热损失 室内q = 4187 kJ/（2h） 室外q = 5443 kJ/（2h）2. 烟气在烟囱中的温度降 t2 = (HA)/(D1/2) ( C ) =(1602)601/2 =41.31式中D合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和, th H烟囱高度， A -温降系数，可由表1-1 查得。表1-1烟囱温降系数 烟囱种类钢烟囱（无衬筒）钢烟囱（有衬筒）砖烟囱H50m 壁厚 0.5m A 2 0.8 0.4 0.27风机和电动机选择计算1.风机风量的计算Qy =1.1 Q =27.6 ( m3/s)式中1.1- 风量备用系数； Q- 标准状态下风机前表态下风量，m3/s ； Tp- 风机前烟气温度，C ，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度； B - 当地大气压力，kPa 2. 风机风压的计算 Hy = 1.2 ( hSy ) (Pa) （Pa） =487 式中 1.2 - 风压备用系数； h - 系统总阻力，Pa Sy - 烟囱抽力，Pa tp - 风机前烟气温度，C ty - 风机性能表中给出的试验用气体温度，Cy - 标准状况下烟气密度，1.34 /m3计算出风机风量Qy和风机风压Hy后，可按风机产品样本给出的性能曲线或表格选择所需的风机型号。3、动机功率的计算 Ne = ( QyHy) / ( 36