文丘里除尘器设计说明书

1、 大气污染控制工程课程设计 学 院： 工 学 院 系 别： 环 境 工 程 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 2013 年 11 月 29 日 目录摘要2关键字2一.前言7二.方案的选择及说明72.1 除尘器性能指标72.2 除尘器的选择8三.设计依据和原则83.1 依据83.2 原则8四.管道设计计算94.1 基本数据94.2烟气排放量以及组成94.3 管道计算104.3.1除尘系统工艺流程图104.4.2管道直径的确定114.4 管道压力损失的计算124.4.1 摩擦阻力损失124.4.2局部压力损失144.4.3系统的压力损失14五.换热器的选型14六.文丘里洗涤器几何尺寸和压损

2、计算15 6.1管径166.2管长166.3压力损失176.4除尘效率的计算176.5脱水器的选择(捕集器）176.6喷嘴选型19七.风机的选型20八.烟囱的高度计算21九.设计结果列表23十. 总结23参考文献24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5748.3kg/h,分析锅炉烟气特点，排烟温度550,烟气密度：1.37kg/m3及排放要求后初步选择了文丘里除尘器，通过课程计进一步巩固课程所学习的核心内容，掌握设计的内容以及相关参数的选择与计算，并使所学知识系统化，培养学生运用所学习知识进行烟气处理工艺的设计。本次设计，是让

3、学生针对给定的处理工艺，选择相应参数的计算，绘制工艺图，使学生具有初步的烟气处理单元的设计能力。关键字：烟气特点，锅炉，文丘里除尘器 A small coal-fired boiler flue gas dust removal system design Abstract：The design for a small coal-fired boiler flue gas dust removal system design,the design of coal consumption for the 5748.3kg/h, analysis of boiler flue gas, flue

4、gas temperature is 550 , smoke density: 1.37kg/m3 and emission requirements after the preliminary selection of Venturi filter, through the course of the core content to further consolidate the course of study, master these lection and calculation of design the content and the related parameters, and

5、 makes the knowledge system, training the students to use the knowledge to design process of flue gas treatment. This design, is to let the students for a given treatment, select the appropriate parameters calculation, drawing, enable the student to have the design capability of flue gas treatment u

6、nit preliminary. Key words：Characteristics of smoke, boiler dust collector, Venturi 除尘设计任务书一 设计题目某小型燃煤电站锅炉烟气除尘系统设计。二 设计资料设计耗煤量：5748.3kg/h。排烟温度：550空气过剩系数：=1.4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

7、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 锅炉烟气除尘系统设计书 一.前言 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

8、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SO2危害的关键问题。二.方案的选择及说明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5-1）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<5050少少惯性除尘器20-5050-7030

9、0少少旋风除尘器5-1560-90800少中水浴除尘器1-1080-95600少中下卧式旋风水膜除尘器595-98800中中冲激式除尘器5951000中中上电除尘器0.5-190-9850多中上袋式除尘器0.5-195-991000中上大文丘里除尘器0.5-190-984000少大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

10、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。三设计依据和原则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）3.2 原则本设计遵循如下原则进行

11、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。四.管道设计计算4.1 基本数据锅炉型号：未知；设计耗煤量：5748.3 kg/h；排烟温度：550

12、；空气过剩系数：=1.4；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；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（无烟煤）：C：84.9%、H：3.19%、S：0.27%、O：1.07%、N：0.76%、水分：0.80%、灰分：9.01%。4.2烟气排放量以及组成表5-2 烟气排放量及组成以1kg煤为基准各组分质量mol需O2量（mol）产生烟气量（mol）CO2H2OSO2N2C84970.75 70.75 70.75

13、 000.00 H31.931.90 7.975015.9500.00 O10.70.67 -0.3343750000.00 N7.60.54 00000.27 S2.70.08 0.08 000.08 0.00 H2O80.44 000.44 00.00 灰分90.10 总和78.48 70.75 16.39 0.08 0.27 上表以1kg煤为基准计算理论需氧量理论空气量：实际空气量：过剩空气量:其中N2:理论烟气量：则实际烟气量：1总的烟气量：标态下烟气含尘浓度：除尘效率：%烟气出口温度的总烟气量：则550的总烟气量： 54.3 管道计算除尘系统工艺流程图7 8 836421锅炉换热器除

14、尘器风机烟囱管道直径的确定管段（1-2） 查设计手册取管道中气速v=18m/s，可得 d1-2= 根据实际管道情况，取d1-2=2m 实际流速 管段（3-4） 标况下温度为95，即T=368.15K 取气体流速18m/s，d3-4=管道取一致， 取d5-6 =1.4实际流速 管段（5-6） 标况下温度为76.16，即T=349.31 K 取气体流速18m/s，d5-6=管道取一致， 取d5-6 =1.4实际流速 管段（7-8） 标况下温度为76.16，即T=349.31 K 取气体流速18m/s，d5-6=管道取一致， 取d7-8 =1.4实际流速 列表为（表4-4-2）：管段气体体积m3/s

15、管段温度气体流速计算管径(m)水力半径R（取整）（m）实际流速（m/s）标况下实际中（K）K（m/s）（取管道规格）12烟气19.106159.5983550823.151820.08518.342325.7595368.15181.40.08516.743424.4376349.15181.40.08515.884524.4376349.15181.40.08515.884.4 管道压力损失的计算 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 式中PL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

16、，m 管内气体的密度，kg/m3管内气体的平均风度，m/s 烟气密度根据已知的数据：煤气在标况下的密度550时，烟气密度 95时，烟气密度 76时，烟气密度 76时，烟气密度 管段12，在操作条件下 ，（镀锌管）管段34在操作条件下，（镀锌管）管段56，在操作条件下 （镀锌管）管段78 在操作条件下 （镀锌管）整理数据表格如下（表5-4）：管段标况下管道中摩擦阻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1-219.1061.3759.590.45460.0121018.344.593-425.751.01650.0122016.7424.425-624.431.07180.012515

17、.885.797-824.431.07180.012515.885.79总摩擦压力损失为： 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 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则 管道34，弯头2个1=2=0.18则 管道56，弯头3个1=2=0.18则 管道78，无弯头，故无局部阻力损失4.4.3系统的压力损失 摩擦阻力损失 PL总=4.59+24.42+17.38+5.79=52.18Pa局部阻力损失 Pw总=27.52+51.27+72.97=151.76Pa除尘器压损 Pc=5168.13+570=5738.

18、13Pa（文丘里管和脱水器两部分）总压力损失P=PL总+Pw总+Pc =52.18+151.76+5738.13=5942.07Pa五.换热器的选型 1.进口温度 出口温度=95 进： 出： 2. 查表 T =300 kJ/(kg·) T=400 kJ/(kg·) kJ/(kg·) 3.热负荷 标准状况下烟气密度 则 假定冷却器为壳测单程，则查表得修正系数 假定传热系数 则所需的传热面积 取安全系数为1.02 则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25×2

19、.5的无缝钢管，型号为BESX1200-1.0-285-4.5/25-6REB的换热器，其主要参数为管外径为25mm,管长4.5m，换热面积为285m2。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。六.文丘里洗涤器几何尺寸和压损计算 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

20、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。6.1管径 式中 D管径，m ； Q进口气体流量，19.106×3600=68781.6m3/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 出口流速2=20m/s，则出口管径喉管流速r=80m/s，则喉管管径 6.2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 扩散管长喉管

21、长度Lr对文丘里管的凝聚效率和阻力皆有影响。实验证明，Lr=(0.81.5) Dr，取 Lr=1.5 Dr=0.8×0.551=0.441m文丘里管示意图6.3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 式中 P文丘里洗涤器的气体压力损失，cmH2O r喉部气体速度，cm/s L液气体积比，一般为0.51L/m3，取L=0.8 故6.4除尘效率的计算根据国家规定的烟尘排放浓度标准, C100mg/m3,故除尘器应该达到的除尘效率为：T=1(100/1920)×100% =94.8% 除尘效率按下列公式

22、估算： =(19266p-1.43) ×100% 式中 除尘效率，% ； p压力损失，Pa 。 =(19266p-1.43) ×100%=(19266×5168.13-1.43) ×100% =95.46%6.5脱水器的选择(捕集器）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=207353.827m3/h，出换热器的Q=进除尘器的Q 则查表：取耗水量0.52.7上升速度V<2.5，停留时间3-5min，风速20-30， 筒体高h=（1.5-2.0）D ， 椎体高h=（2.0-2.5）D， 取耗水

23、量为 2.7， 上升速度2.0m/s 。则d= 取t=5min=300s 则筒体高h=1.5D=6.075m 椎体高h=2D=8.1m 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/mm2073535706075200010006.6喷

24、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嘴，其计算过程如下：设计参数：L=0.8L/m³，耗烟量=L×烟气量=0.8×25.75=20.576m³/h由喷射角75°，出水口轴向流速为20m/s，则出水口面积为：，出水口直径为DN=18mm取蜗室入口流速为4m/s，则蜗室切向入口纵断面积为水口内径DC的截面积A2的计算，K取0.785，则DC=80.38mm取VR=0.9m/s,则该处圆环面积为喷嘴外壳的内半径R1

25、为,R1=55mm如下图：选喷口口径为18mm的，其主要参数如下：七.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=K1K2Q 式中 Q管道系统的总风量，m3/h K1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K1=1.15 K2除尘器或净化设备的漏风所附加的安全系数，取0.1 故Q0=1.15×0.1×207353=23845.7m3/h（2）风压 Pf=（K3 P1+P2）K4 式中 Pf风机的风压，Pa P1管道系统的总压力损失，Pa P2除尘器的压力损失，Pa K3管道系统总压力损

26、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K3=1.15K4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，K4=1.08Pf=1.15×52.18+5738.13×1.08=6262Pa（3）电机功率 式中 N风机配用电动机的功率，kW Q0风机的风量，m3/h Pf风机的风压，Pa 1风机运行时的效率，一般为0.50.7，电机直联传动取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1.40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

27、风量/(m3/h )功率/kW备注锅炉风机GY2-10775-656116150-81000011-1600用于锅炉，也常用于大中型除尘系统八.烟囱的高度计算（1）烟囱出口内径可按下式计算： 式中 通过烟囱的总烟气量， 按表选取的烟囱出口烟气流速，选定=8 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102045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<0.70.7<1.41.4<2.82.8<77&l

28、t;1414<28t/h<11<22<44<1010<202040烟囱最低高度m202530354045查上表可得：烟囱底部直径 式中D烟囱出口直径，m；H烟囱高度，m；i烟囱锥度，通常取i0.020.03。选定i=0.025则烟囱的几何高度 (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。 式中H产生抽力的管道高度，mt0外界空气温度 计算管段中烟气的平均温度 =(550+95+76+76)/4=199.33当地大气压 Pa校核烟气流速 由霍兰德公式得：抬升高度则烟囱的总高度H=35.6+12.94=48.54m49m九.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、除尘系统管道、烟囱等。除尘净化系统