火电站烟道气脱硫-毕业设计.doc

理工学院毕 业 设 计学生姓名： 学 号： 专 业： 过程装备与控制工程 题 目： 火电厂烟道气脱硫实验装置设计 指导教师： 任欧旭(讲师) 评阅教师： 朱玉峰(教授) 2012年6月 毕 业 设 计 中 文 摘 要对喷动床技术在烟气脱硫中的应用和最新进展进行了综述，叙述了喷雾-喷动床半干法烟气脱硫的基本原理、优缺点、影响脱硫的因素等。提出了一种了一种新型的喷雾喷动床半干法烟气脱硫技术，用浓度较稀的石灰浆浆做脱硫剂。此项脱硫技术具有脱硫率高、烟气处理量大、脱硫剂利用率高、污染小、操作维护简单等优点。特别适合于中小型燃煤锅炉烟气脱硫。此项技术目前还处于实验阶段，并未应用于工业生产,但非常有前景。为了实验研究和教学演示，设计了一套喷雾喷动床半干法烟气脱硫实验装置。该装置由喷动床、加热器、旋风除尘器、袋式除尘器、浆料槽以及其它附属设备组成。在本实验装置可以测试进气温度、气体流速、喷动床层高度、钙硫比等因素对脱硫效率的影响，还可以做烟气脱硫的演示实验。关键词 烟气脱硫 喷动床 半干法 喷动床层高度毕 业 设 计 外 文 摘 要Title Design of the Experiment Device for Flue Gas Desulfurization AbstractSpouted bed in the flue gas desulfurization and the latest developments were reviewed, which described the spray-the basic principles of spouted bed semi-dryflue gas desulfurization, the advantages and disadvantages of factors affect the desulfurization.A new semi-dry desulfurization using spray spouted bed was introduced in the paper. Concentration ofdilute lime slurry desulfurization agent.The desulfurization technology had the desulfurization rate,flue gas handling large amount of sorbent utilization, pollution, simple operation and maintenance advantages. This technology was still at an experimental stage, had not been applied to industrial production. Particularly suitable for small and medium-sized coal-fired boiler flue gas desulfurization. For experimental research and teaching presentations designed a spray spouted bedsemi-dry flue gas desulfurization experimental device The device by the spouted bed, heater, cyclone, baghouse, slurry tanks and ancillary equipment The device could be testedin this experiment the intake air temperature, gas flow, spoutedbed height, Ca/S ratio and other factors on the desulfurization efficiency, and could do the flue gas desulfurization demonstration experiments.Key Words semi-dry spouted bed flue gas desulfurization spouting height 本 科 毕 业 设 计 第页 共页目录1 绪论 11.1 国内火电厂脱硫现状 11.2 脱硫方法 11.3 除尘 21.4 防腐 32 工艺计算 42.1 加热 42.2 加压 42.3 脱硫剂的制备与输送 42.4 喷动床中的反应 42.5 喷动颗粒的选择 52.6 本装置的作用 52.7 SO2质量流量的计算 52.8 石灰水质量流量的计算 63 设备计算 83.1 喷动床的计算 83.2 旋风除尘器的设计203.3 袋式除尘器的设计253.4 电加热器的设计273.5 管道设计364 设备选型 404.1 压缩机的选型404.2 泵的选型40结束语 42致谢 43参考文献 44 本 科 毕 业 设 计 第 47 页 共44页1 绪论1.1 国内火电厂脱硫现状近年来，我国煤炭年消耗量约为1.2109t，SO2年总排放量超过2107t，均居世界首位。我国电力工业以燃煤发电为主。燃煤发电量占全国总发电量的70%左右。目前，我国电力工业燃煤发电厂排放的SO2约占煤炭燃烧SO2总排放量的40 %左右。燃煤发电厂已成为我国大气SO2污染的第一大污染源。控制燃煤发电厂大气SO2污染，对控制我国大气SO2污染具有重要的意义。我国能源以煤为主，优质煤较少。近年来石油自给率下降，清洁能源危机依然存在。在相当长的时期内，煤炭是我国燃煤发电厂主要燃料的格局不会改变。控制燃煤发电厂SO2污染的主流技术和有效措施仍是烟气脱硫技术。我国燃煤发电厂烟气脱硫研究及开发始于20世纪70年代初，开展了活性炭、喷雾干燥、磷铵复合肥法、炉内喷钙、石灰石流化床等多种烟气脱硫试验。但由于技术、经济等原因，这些试验研究一直未能工业化。为了适应日益严格的大气污染防治法规捧放标准的要求，20世纪90年代我国从国外引进了烟气脱硫技术，建立了烟气脱硫示范工程，为我国今后烟气脱硫的规模化发展，进行了尝试和探索。研究及开发燃煤发电厂烟气脱硗技术，要适合我国国情开发有针对性和较强应用前景的核心技术，发展具有独立自主知识产权的烟气脱硫技术，是我国烟气脱硫技术及设备国产化的必经之路1。1.2 脱硫方法烟气脱硫方法很多，但归纳起来可分为3种，即湿法、半干法和干法。1.2.1 湿法脱硫湿法脱硫技术应用最为广泛世界上绝大多数脱硫设备都采用此技术。湿法工艺是以石灰石细粉加水作吸附剂，喷入吸收塔中，烟气经吸收液洗涤，其中的二氧化硫与碳酸钙反应生成亚硫酸钙，在氧化槽中氧化为硫酸钙。湿法脱硫技术成熟、效率高、系统可靠，但此法投资大运行费用高且有二次污染。1.2.2 干法脱硫干法脱硫工艺是把石灰石细粉喷入炉膛中，使其受热分解生成氧化钙，吸收烟气中的二氧化硫，生成的硫酸钙与飞灰一起在除尘器收集。干法脱硫投资小、操作简单、腐蚀小、运行费用低，但吸附剂利用率低、脱硫效率也低。1.2.3 半干法脱硫半干法脱硫用石灰乳作吸收剂，反应在气、液、固三相中进行，利用烟气显热蒸发吸附剂中的水分，使最终产物为干粉状，再用旋风分离器或袋式除尘器或两者均有回收。半干法烟气脱硫因为不需要固体和废水处理，投资和运行成本低， 又具有较高的脱硫率，克服了湿法和干法的缺点，发扬了其长处，为脱硫技术发展提供了一条可行之路。半干法脱硫包括喷雾干燥法脱硫、循环流化床脱硫、半干半湿法脱硫、粉末颗粒喷动床脱硫、烟道喷射脱硫、喷雾喷动床脱硫等。下面主要介绍循环流化床脱硫和喷雾喷动床脱硫。循环流化床脱硫循环流化床（CFB)烟气脱硫工艺是由德国鲁奇公司于20世纪80年代后期开发的一种新型半干法技术。该工艺以循环流化床原理为基础,是一种基于流态化的脱硫工艺。循环硫化床脱硫的主要优点:(1)系统简单,运行可靠；(2)工程投资少, 占地面积小；(3)处理后的烟气可直接排出,无需加热；(4)系统基本不存在腐蚀问题,可用碳钢制作；(5)可处理高、中、低硫煤,适用范围广；(6)无废水排出,对环境污染小。循环流化床脱硫的主要缺点:(1)流化床的出塔烟气温度应严格控制,一般操作温度高于露点温度的1520。另外要维持较高的脱硫率, 必须在露点温度附近操作,如果操作不慎则会造成系统的粘壁阻塞和结露；(2)脱硫后的产物为CaSO3、CaSO4、未反应的CaO与飞灰的混合物, 综合利用受到一定的限制；(3)循环流化床烟气脱硫系统的阻力大, 烟气一次性经过循环流化床的停留时间短；(4)循环流化床很难流化Geldart颗粒分类法的C类粒子,并且运行的稳定性不好。循环流化床烟气脱硫已经工业化,国内近年来的发展主要是致力于和其它技术的结合应用,如结合烟气悬浮技术而开发的循环悬浮式半干法烟气脱硫技术等。这些脱硫技术无一例外都增大了脱硫反应表面积,提高了脱硫率和脱硫剂利用率2。喷雾喷动床脱硫喷雾喷动床脱硫法利用喷动床结构简单、传质传热效率高等特点,同时融合了喷雾脱硫及喷动床流态化技术的优点,该法是将喷动床内加入直径为1mm3mm的刚玉球颗粒,吹入模拟的高温烟气使粒子处于喷动状态,当床内喷动稳定后,开料液泵输送一定浓度Ca(OH)2浆液,浆液由喷嘴喷出,喷出的液滴成雾状与SO2气体在喷动床中进行反应。由于加入颗粒,增大了反应接触表面积,反应后的CaSO4粒子在碰撞中脱落,被吹出喷动床,在高效除尘器中实现分离。此技术工艺流程简单、脱硫产物是干态粉末,无灰水的二次污染3。1.3 除尘脱硫之后，在喷动床内的气、液、固反应结束后模拟烟气将脱硫剂干燥，Ca(OH)2与SO2反应生成物和未反应的Ca(OH)2均成为粉末状，会形成大量粉尘，粉尘对人体危害很大，所以必须要除尘。火电厂脱硫除尘下主要用旋风除尘器和袋式除尘器。1.3.1 袋式除尘器袋式除尘是使含尘气体通过滤袋材料 ，达到分离气体中固体粉尘的一种除尘方法。袋式除尘技术的优点是除尘效率高。通常在实验室里测试效率可高达99.99%，在实际应用中除尘效率也能达到99.99%。袋式滤袋除尘技术可对亚微米粒径的细尘有较高的分级除尘效率；处理气体量的范围大，并能处理含尘浓度非常高的气体，经袋式除尘器过滤后的烟气含尘浓度一般都低于30mg/m3,有的甚至在10mg/m3以下；对粉尘的特性不敏感，不受粉尘比电阻的影响；结构简单，操作维护方便，运行费用较低。随着新滤料材料的开发，运行温度可提高为160200，甚至更高。滤袋式除尘技术有以下缺点：体积与占地面积较大；阻力较大；对滤袋质量有严格要求，若滤袋破损率高，使用寿命短，则运行费用将大大增加对于温度较高、湿度较大或带黏性的粉尘和有腐蚀性的气体在选用滤料时要慎重。1.3.2 旋风除尘器旋风除尘是利用离心力来净化含尘气体的一种除尘方法。其原理简单，技术易于掌握，应用广泛，其优点是：设备结构简单，无运动部件，不需特殊的附属设备，占地面积小，制造、安装容易；操作维修简便，运行、维护费用低、投资较少；操作弹性大，性能稳定，不受含尘气体浓度、温度的限制。存在的问题是：除尘效率低，设备磨损严重，下灰口堵塞。1.4 防腐由于烟气中存在着大量二氧化硫和其它腐蚀介质，烟气脱硫装置时时承受着化学介质的侵蚀。故需采用相应的防腐措施，来提高装置的安全性和使用寿命。设备防腐防腐可以从以下两方面入手：1.4.1 合理选材合理选材需综合考虑设备所处介质、温度和压力情况。高温时需考虑材料的热强度和热脆性。在设计时可参考腐蚀手册中常用介质选材图和腐蚀图。本设计采用不锈钢材料。1.4.2 合理的结构设计设计装置时，采用的结构应避免引起电偶腐蚀、缝隙腐蚀、冲刷腐蚀、应力腐蚀等，如避免装置中出现死角引起积聚沉淀物的腐蚀；底部出口必须排净残夜，以防止残留液的腐蚀等。2 工艺计算1 鼓风机 2、7、8、9、10、14、17、19 阀门 3、13、18 转子流量计 4 电加热器5 U型压差计 6 吸收塔 11 旋风除尘器 12 袋式除尘器 15 浆料槽 16 泵 20 SO2气罐图2.1喷雾喷动床半干法烟气脱硫实验装置示意图本实验由空气压缩机、转子流量计、电加热器、U型压差计、脱硫塔、SO2储气瓶、旋风除尘器、袋式除尘器、浆料槽、泵和阀门组成。SO2在模拟烟气中的质量分数为0.15%。烟气温度用热电偶温度计测量，由温度采集系统自动完成，气体流量由转子流量计测量，脱硫剂用石灰石。2.1 加压由于管路阻力损失、喷动床和除尘器的压力降，所以气体需先用风机机加压再进入管路（我国规定的风机标准进气状态为：压力p1=0.1MPa，温度T=20，相对湿度f =50%，空气密度为=1290g/m3）。设计任务书给出进气压力0.2MPa、进气流量2m3/min。2.2 加热一般火电厂排出的烟气温度较高，故模拟烟气经风机加压后，需再经电加热器将其加热到130，然后和SO2储气瓶中放出的SO2混合模拟烟气。2.3 脱硫剂的制备与输送将石灰石投入浆料槽与水混合制成质量分数为10%的稀溶液制成脱硫剂，再由浆料泵将其从浆料槽抽出，从顶部脱硫塔由顶部送入脱硫塔由喷头喷出，与模拟烟气反应，其流量由转自流量计测得。2.4 喷动床中的反应在喷动床中的反应主要分为以下4步进行4：浆液喷散阶段。脱硫剂(Ca(OH)2浆液)喷入喷动床中，分散在颗粒（刚玉球）表面，与SO2气体发生反应，反应式如下：SO2 + Ca(OH)2(l) CaSO3H2O + H2O 反应干燥阶段。粘附在媒体粒子表面的脱硫剂在于SO2气体反应的同时不断被干燥，干燥的脱硫剂在潮湿的环境中仍然与SO2气体反应，这一阶段的反应如下：SO2 + Ca(OH)2(s) + H2O CaSO3H2O + H2O SO2 + Ca(OH)2(l) CaSO3H2O + H2O碰撞脱落阶段。脱硫剂在颗粒的相互碰撞中不断从粒子表面脱落成粉末，更新后的脱硫剂表面与SO2气体继续发生如下反应：SO2 + Ca(OH)2(s) + H2O CaSO3H2O + H2O氧化吹除阶段。CaSO31/2H2O与空气中的O2继续反映，氧化成CaSO42H2O，反应后热空气将干燥的CaSO4粉末带进除尘器。这一阶段发生的反应如下：SO2 + Ca(OH)2(s) + H2O CaSO3H2O + H2OCaSO3H2O + H2O + O2 CaSO42H2O 2.5 喷动颗粒的选择喷动颗粒刚玉球在床层底部，装置工作时喷出，喷动颗粒刚玉球同时受到上升气流和下降浆液的作用，气速高于某一值后，刚玉球会从中心区上升、喷动并接触下降的浆液，在到达一定高度后下降，形成环状区。雾化的液滴裹在颗粒上，增大了气、液、固接触面积，延长了反应时间。本设计选用3mm刚玉球作为喷动介质，密度为2350kg/m3。喷动床压降由U形管压差计测量。因为在实际情况下的烟气不排除有常温进入脱硫塔的可能，所以在实验中，脱硫设备由冷态和热态两个喷动床组成，分别做冷态和热态情况下的脱硫实验。2.6 本装置的作用 可以测试进气温度、气体流速、静态床层高度、钙硫比等因素对脱硫效率的影响。可提供教学演示实验，更直观的了解烟气脱硫过程。2.7 SO2质量流量的计算由已知条件脱硫塔的进气流量为Q2=2m3/min、环境压力p1=0.1MPa、设计压力环境p2=0.2MPa、温度与从压缩机出来未加热时的气体温度相等，即T1=T2=20。标准状态下空气密度为=1290g/m3。将Q2换算到标准状态： (2-1)式中：p1环境压力，MPa； p2设计压力，MPa； T1环境温度，； T2压缩机出来未加热时的气体温度，； V1操作状态下气体体积，m3； V2标准状态下气体体积，m3； R常数8.31。上式可简化为： p1 Q1= p2 Q2 (2-2)式中：Q1标准状态下的进气流量，m3/min；Q2脱硫塔进气流量，m3/min。由(22)式得标准状态下的空气进气量Q1为： =4m3/min空气质量流量G1： G1= Q1 (2-3)式中：G1空气质量流量，g/min； 标准状态下空气密度，g/m3。 G1=41290=5160 g/minSO2的质量流量G1： G2 =G10.15% (2-4)式中：G2 SO2的质量流量，g/min。 G2 =51600.0015=7.74 g/min2.8 石灰水质量流量的计算设消石灰的质量流量为G,则此反应方程式为： SO2 + Ca(OH)2 CaSO3H2O + H2O 64 74 G 7.74 G= =6.69 g/min考虑脱硫过程Ca(OH)2应过量，本设计取Ca/S=1.4，所以石灰水质量流量G3：G3=1.4 (2-5)式中：G3石灰水质量流量，g/min。G3=1.4=1.4 =93.2g/min 考虑在做Ca/S对脱硫效率的影响实验时，取Ca/S最大值为1.8，则石灰水最大质量流量为：G4=1.8式中：G4石灰水最大质量流量，g/min。G4=1.8=120.4 g/min3 设备计算3.1 喷动床的计算3.1.1 喷动床的概述喷动床技术是流态化技术的一个分支，最早出现于20世纪50年代中期，创始人是加拿大的Gisher P E和印度的Mathur K B，起初用于干燥颗粒状、流动性较好的小麦。现在，喷动床可用于许多固体物料的处理，如大颗粒物料的干燥、造粒、涂敷、非均相反应、煤的碳化和气化、加热或冷却等领域5。喷动床技术经过半个多世纪的发展已日渐成熟，具有了很多类型。传统柱锥型喷动床是最典型的，目前脱硫装置也主要是利用这种喷动床进行研究。图1是一个典型传统柱锥型喷动床的示意图。柱锥形的喷动床内装有相对粗大的颗粒(一般粒径dp1mm)。流体(通常是气体)经由位于园锥形底部中心处的一个小孔(喷嘴或孔板)垂直向上射人，形成一个随流体流速的增高而逐渐向上延仲的射流区。当流体喷射速率足够高时，该射流区将穿透床层而在颗粒床层内产生一个迅速穿过床层中心向上运动的稀相气固流栓(称为喷射区一Spout)。当这些被流体射流夹带而高速向上运动的粒子穿过环绕其四周缓慢向下移动的颗粒床层(称之为环隙区一Annulus)而升至高过床层表面的某一高度时，由于流体速度的骤然减低，颗粒会像喷泉一样因重力而回落到环隙区表面而形威喷泉区(Fountain)。这些回落颗粒沿环隙区缓慢向下移动至床层下部，然后又渗入喷射区被重新夹带上来而形成颗粒的极有规律的内循环。种具有稀相喷射区、密相环隙区、喷泉区3区流动结构的流动现象就是喷动现象，如图2所示6。 图1 柱锥型喷动床基本结构示意图 图2 喷动床三区流动结构示意图3.1.2 喷动床结构设计1 筒体筒体的工作压力p=0.2MPa，取设计压力pc=0.3MPa，温度t=150，筒体内径选Di=200mm，由于装置内的介质有一定的腐蚀性，所以应选用耐腐蚀材料，本设计筒体选用06Cr19Ni10，腐蚀裕量取C2=1.0mm，筒体采用双面焊对接接头100%无损检测，焊接接头系数=1.0，查表7 06Cr19Ni10在设计温度下的许用应力t=103MPa。则筒体厚度为： (3-1)式中：圆筒计算厚度，mm；pc设计压力，MPa； Di圆筒内径，mm； 焊接接头系数，无量纲； t设计温度下材料的许用应力，MPa。=0.29mm设计厚度： (3-2)式中：d圆筒设计厚度，mm；C2腐蚀裕量，mm。d=0.29+1 =1.29mm取钢板的厚度负偏差C1=0，d+ C1=1.29mm，圆整到钢板厚度规定值，则筒体的名义厚度n=4mm。筒体有效厚度： (3-3)式中：e圆筒有效厚度，mm；n圆筒名义厚度，mm；C1钢板的厚度负偏差，mm。e=4-0-1 =3mm当已知圆筒尺寸Di、e，需对圆筒进行强度校核，其强度判别式为 (3-4)式中：t设计温度下圆筒的计算应力，MPa。 =10.15103 式子成立，所以圆筒的强度够用。因此圆筒的最大允许工作压力pw为 (3-5)式中：pw圆筒的最大允许工作压力，MPa。 =3.04 MPapw pc=0.3 MPa，故名义厚度n=4mm合适。2 封头与法兰计算选型与结构尺寸平盖封头结构简单，制造方便，但在同样直径、压力下所需的厚度最大，因此一般用于小直径和压力低的容器。本设计选用圆形平盖封头。环境压力p1=0.1MPa，筒体内压力p2=pc=0.3MPa，t=150，腐蚀裕量与筒体一致取C2=1mm，焊接接头系数=1；封头和法兰材料选用与筒体相同的06Cr19Ni10，故许用应力t=103MPa，螺栓材料选用Q235-A钢，垫片材料选用中压石棉橡胶板7，腐蚀裕量取C2=1mm。垫片外直径D=250mm，内直径d=201mm，厚度=3mm，法兰外直径Dof=310mm。螺栓规格为M16，中心圆直径Db=280mm。封头计算圆形平盖封头的计算厚度p： (3-6)式中：p圆形平盖封头的计算厚度，mm；Dc平盖封头计算直径，mm； K平盖封头系数，无量纲,查表7为0.25； 焊接接头系数，无量纲； pc设计压力，MPa。 =5.61mm取钢材厚度负偏差取C1=0.6mm，腐蚀裕量C2=1.0mm。p+ C1+ C2=7.21mm圆整后平盖封头的名义厚度取n=8mm。垫片计算查表7得垫片系数m=2，比压力y=11MPa，垫片宽度N： N=0.5(Dd) (3-7)式中：D垫片外直径，mm； d垫片内直径，mm。 N=0.5（250201） =24.5mm垫片基本密封宽度bo：bo=0.5N (3-8)式中：bo垫片基本密封宽度，mm； N垫片宽度，mm。 bo=0.524.5 =12.3mm垫片有效密封宽度b，bo=12.3mm6.4，所以 (3-9)式中：b垫片基本密封宽度，mm。 =8.87mm垫片压紧力作用中心圆直径DG，bo=12.3mm6.4，所以：DG=D2b (3-10)式中：DG垫片压紧力作用中心圆直径，mm。DG=25028.87 =232.26mm操作状态下需要的最小垫片压紧力Fp： Fp=2DGbmpc (3-11)式中：m垫片系数，无量纲； Fp操作状态下需要的最小垫片压紧力，N。Fp=23.14232.268.8720.3 =7.76103N预紧状态下需要的最小垫片压紧力Fa： Fa=DGby (3-12)式中：Fa预紧状态下需要的最小垫片压紧力，N； y比压力，MPa。Fa=3.14232.268.8711 =7.12104N螺栓设计螺栓材料选用Q235-A，查表7得常温下螺栓材料许用应力b=87MPa，设计温度下许用应力=74MPa。规格M16，查得其最小截面积S=150.3mm。螺栓载荷计算预紧时的螺栓最小载荷Wa=Fa=7.12104N操作时的螺栓最小载荷Wp：Wp=2DGbmpc+0.25DG2pc (3-13)式中：Wp操作时的螺栓最小载荷，N。Wp=23.14232.268.8720.30.253.14232.2620.3 =2.05104N 螺栓总截面积Am预紧状态下，需要的最小螺栓总面积： (3-14)式中：Aa预紧状态下，需要的最小螺栓总面积，mm2；b常温下螺栓材料许用应力，MPa；Wa预紧时的螺栓最小载荷，N。 =818.39mm2操作状态下，需要的最小螺栓总面积： (3-15)式中：Ap操作状态下，需要的最小螺栓总面积，mm2； 操作状态下螺栓材料许用应力，MPa； Wp操作时的螺栓最小载荷，N。=277.03mm2螺栓总截面积Am取Aa与Ap较大值，所以Am=818.39mm2。需要螺栓个数 (3-16)式中：Am需要的螺栓总截面积，mm2； S螺栓最小截面积，mm2。 =5.4考虑到相邻螺栓的最小弧间距和螺栓孔的加工，取螺栓数量n=8。法兰计算厚度计算法兰选用06Cr19Ni10，腐蚀裕量取C2=1.0mm，查表得常温下许用应力f=137MPa，设计温度下的许用应力t=103MPa。法兰操作力矩Mp： (3-17)式中：Mp法兰操作力矩，Nmm；FD作用于法兰内截面上的流体压力引起的轴向力，N； FG窄面法兰垫片压紧力，N； FT流体压力引起的总轴向力与作用于法兰内截面上的流体压力引起的轴向力之差，N； LD螺栓中心至FD作用位置处的径向距离，mm；LG螺栓中心至FG作用位置处的径向距离，mm；LT螺栓中心至FT作用位置处的径向距离，mm。作用于法兰内截面上的流体压力引起的轴向力：FD=0.25Di2pc (3-18)式中：pc设计压力，MPa； Di圆筒内径，mm；FD=0.253.1420020.3 =9.42103N螺栓中心至FD作用位置处的径向距离LD:LD=0.5(Db-Di) (3-19)式中：Db螺栓中心圆直径，mm； Di筒体直径，mm。LD=0.5(280-200)=40mm窄面法兰垫片压紧力FG：FG=FP=7.76103N螺栓中心至FG作用位置处的径向距离LG:LG=0.5(Db-DG) (3-20)=0.5(280-232.26)=23.87mm流体压力引起的总轴向力F：F=0.25DG2pc (3-21)式中：F流体压力引起的总轴向力，N。F=0.253.14232.2620.3 =1.27104N流体压力引起的总轴向力与作用于法兰内截面上的流体压力引起的轴向力之差FT：FT=F-FD (3-22) =1.27104-9.42103 =3.28103N螺栓中心至FT作用位置处的径向距离LT：LT=0.5(LD+ LG) (3-23) =0.5(40+23.87) =31.94mm可得：Mp=9.4210340+7.7610323.87+3.2810331.94 =6.67105Nmm螺栓实际使用面积Ab：Ab=Sn =150.38 =1202.4mm2预紧状态下螺栓设计载荷W1： (3-24)式中：Ab螺栓实际使用面积，mm2；W1预紧状态下螺栓设计载荷，N；b常温下螺栓材料许用应力，MPa。 87 =8.80104N操作状态下螺栓设计载荷W2：W2=Wp=2.05104N螺栓设计载荷W，取W1与W2的最大值，所以W=W1=8.80104N法兰预紧力矩Ma：Ma=WLG (3-25)式中：W螺栓设计载荷，N； Ma法兰预紧力矩，NmmMa=8.8010423.87 =2.10106Nmm法兰设计力矩Mo取以下较大值： (3-26)式中：Mo法兰设计力矩，Nmm；f法兰材料常温下许用应力，MPa；t法兰材料设计温度下的许用应力，MPa。1.58106Mp=6.67105所以Mo=1.58106Nmm法兰计算厚度 (3-27)式中：f法兰计算厚度，mm； Y系数，无量纲。法兰形状系数K： (3-28)式中：K法兰形状系数，无量纲。 =1.574通过K值查表8得系数Y=4.46，所以得 =18.50mm fC1=18.50+1=19.50，圆整后取法兰名义厚度n=22mm。法兰应力校核依据GB150-1998，按活套式法兰计算轴向应力SH=0，径向应力SR=0。剪应力校核：a剪切载荷预紧状态下的剪切载荷等于预紧状态下螺栓设计载荷W1=8.80104N；操作状态下的剪切载荷等于操作状态下螺栓设计载荷W2=2.05104N。b剪切面积At=DtL (3-29)式中：At剪切面积,mm2； Dt剪切计算直径，取圆筒外径，mm； L剪切面计算高度，取20mm。At=3.1420820 =1.31104mmc剪应力预紧状态下的剪应力 (3-30)式中：a预紧状态下的剪应力。 =6.72MPa操作状态下的剪应力 (3-31)式中：p操作状态下的剪应力 =1.56MPad应力校核a=6.720.8f=0.8137=109.6 MPaa=1.560.8f=0.8103=82.4 MPa满足要求锥壳计算取锥壳半顶角=30，对于锥壳大端，当锥壳半顶角30时，可以采用无折边结构，锥壳与圆筒的连接应采用全焊透结构9。锥壳厚度c：由最大拉应力准则，可得厚度计算式 (3-32)式中：c锥壳厚度，mm； Dc锥壳内直径，mm； 锥壳厚度，度。 =0.34mm图3.1 确定锥壳大端连接处的加强图7锥壳大端：已知锥壳半顶角=30，pc/(t)=0.3/(1031)=0.029，将此数值代入图7-1中可知大端需要增厚，则应在锥壳与圆筒之间设置加强段，计算式： (3-33)式中：Q应力增值系数，无量纲，查图3-2得Q=1.72 r锥壳及其相邻圆筒的加强段的计算厚度，mm。 =0.50mm考虑腐蚀裕量，并同时为了便于制造，取锥壳名义厚度与筒体一致，n=4mm。法兰管的选取取进气口管径为60mm，出口管径为60mm，依据法兰标准选三个DN50-PN0.6板式平焊法兰，材料06Cr19Ni10。支座的选取支座选用A1型DN300耳式支座