大气除尘器设计

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 姓名学号第1页共26页大气污染控制工程课程设计目录TOC\o"1-5"\h\z目录 2\o"CurrentDocument"§1工程概况 3\o"CurrentDocument"一、设计原始资料 3\o"CurrentDocument"二、设计内容和要求： 5\o"CurrentDocument"§2烟气除尘 6\o"CurrentDocument"一、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算 6\o"CurrentDocument"二、选择除尘器 7\o"CurrentDocument"三、除尘器的设计 11\o"CurrentDocument"一、脱硫技术简介 12二、设计计算 13\o"CurrentDocument"三、新鲜浆料的确定 15\o"CurrentDocument"四、塔径(D)的确定 15\o"CurrentDocument"五、塔入口烟道的设计 16\o"CurrentDocument"六、塔出口烟道的设计 16\o"CurrentDocument"七、喷淋层的设计 16\o"CurrentDocument"八、除雾器区域的设计 17\o"CurrentDocument"九、除硫效率 17\o"CurrentDocument"§4烟囱的设计 17\o"CurrentDocument".烟囱高度的确定 17\o"CurrentDocument".烟囱直径的计算 18\o"CurrentDocument".烟囱的抽力 19\o"CurrentDocument"§5系统阻力的计算 19\o"CurrentDocument"1.摩擦压力损失 20\o"CurrentDocument"§6系统中烟气温度的变化 22\o"CurrentDocument".烟气在管道中的温度降 22\o"CurrentDocument".烟气在烟囱中的温度降 22\o"CurrentDocument"§7风机和电动机选择计算 23\o"CurrentDocument".风机风量的计算 23\o"CurrentDocument".风机风压的计算 23\o"CurrentDocument"3、动机功率的计算 24\o"CurrentDocument"§8设计体会 25\o"CurrentDocument"§9参考书目： 26第2页共26页大气污染控制工程课程设计§1工程概况一、设计原始资料1、单位生产情况设计项目为1x60t/h+1x75t/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：12〜16t/h，造气炉吹风气气流量50000〜80000m3/h，HS含量800〜1000mg/m3；其中75t/h三废余热锅2炉：燃用洗中煤及炉渣：15〜20t/h，造气炉吹风气气流量50000〜80000m3/h，HS含量800〜1000mg/m3。治理工程在厂区内60m2x50m范围内，烟管出锅炉房的相对标高为3.5m。2、煤质资料参数序号项目符号单位1工作基碳份Car%22~262工作基氢份Har%1.9〜2.43工作基氧份Oar%8~104工作基氮份Nar%5工作基硫份Sar%0.6〜1.06工作基水份Mar%1.22〜1.937工作基灰份Aar%49~59第3页共26页

大气污染控制工程课程设计8可燃挥发份Vdaf%14.5〜15.69工作基低位发热量Qnet，ar町/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FeO23%53.854氧化钙CaO%4.644.125氧化镁MgO%1.381.446氧化钾KO2%1.791.047氧化钠NaO2%0.210.148三氧化硫SO3%1.512.269五氧化二磷PO25%0.220.6010二氧化钛TiO2%0.860.964、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15.6℃2多年极端最高气温42.3℃3多年极端最低气温-15.3℃第4页共26页大气污染控制工程课程设计4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、第5页共26页大气污染控制工程课程设计目录、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：(1)、除尘系统图一张(推荐图幅AJ。系统图应按比例绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。(2)、除尘系统平面图一张(推荐图幅AJ。§2烟气除尘一、烟气量、烟尘和二氧化硫浓度的计算.标准状态下的理论空气量Qa'=4.78(1.867Cy+5.56Hy+0.7Sy-0.7Oy)(m3/kg)=4.78X(1.867X0.24+5.56X0.02+0.70X0.006-0.70X0.09)=2.3922(m3/kg)式中Cy,Cy,Sy,Oy――分别为煤中各元素所含的质量分数。.标准状态下的理论烟气量Qs'=1.867(Cy+0.375Sy)+11.2Hy+1.24Wy+0.016Qa'+0.79Qa'+0.8NY=1.867X(0.24+0.375X0.006)+11.2X0.02+1.24X0.015+0.016X2.3922+0.79X2.3922+0.8X0=2.622(m3/kg)第6页共26页大气污染控制工程课程设计式中Qa'--标准状态下的理论空气量，m3/kgWy一煤中水分所占质量分数，%Ny-N元素在煤中所占质量分数，%.标准状态下实际烟气量Qs=Qs'+1.016(a—1)Qa‘ (m3/kg)=2.622+1.016X(1.4-1)X2.392=3.594(m3/kg)式中a—空气过量系数注意：标准状态下烟气流量Q以m3/h计，因此，Q二QsX设计耗煤量=3.594X15.5X1000=55707m3/h.标准状态下烟气含尘浓度C=(dhXAy)/Qs (k/m3)=(0.2X0.5)/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.标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算Cso2=(2Sy)/QsX106(mg/m3)=(2X0.006)/3.594X106=3338Sy--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、粉尘的分散度第7页共26页大气污染控制工程课程设计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①、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。②、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。③、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。④、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SO「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。第8页共26页大气污染控制工程课程设计①除尘器应达到的除尘效率n=1—Cs/C1-200/29900=99.33%式中Cs---标准状态下烟气含尘浓度，（mg/m3）C--标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，（mg/m3）②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。第9页共26页

大气污染控制工程课程设计理是，含尘气体从下部进入圆筒形滤袋，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气1s卸灰阀2、大气污染控制工程课程设计理是，含尘气体从下部进入圆筒形滤袋，粉尘被捕集于滤料上，透过滤料的清洁气1s卸灰阀2、支架3、灰斗心曲气皤9、喷管屯清清室3L顶盖连环隙引射器埃净化气体:i"i

也含尘气体入口体由排出口排出。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20um〜50um，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，第10页共26页大气污染控制工程课程设计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0.1um〜0.5um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1um以上的粒子，效率高于99.6%。三、除尘器的设计过滤面积"Q'…A— =930m360v滤袋的尺寸单个滤袋直径：D—200〜300mm，取D—250mm单个滤袋长度：L—2〜12m，取L=8.2m滤布长径比一般为5〜40，L--825-32.8.每条滤袋面积a=兀DL=3.14*0.25*8.2=6.44m3滤袋条数n———93°—144.4氏144条a6.44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：250mm6）组内相邻滤袋的间距：70mm（C）滤袋与外壳的间距：210mm第11页共26页大气污染控制工程课程设计§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h=6〜15m；最低喷淋层离入口顶端1高度h「1.2〜4m；最高喷淋层离入口顶端高度h32vt；除雾器离最高喷淋层距离叁1.2m（当最高喷淋层采用双方向喷嘴时，该距离叁3m；除雾器离塔出口烟道下沿距离叁1m,喷淋区的高度不宜太高三6m,喷淋塔的空塔流速0.6~1.2m/s,阻力20~200Pa,液气比0.7~2.7L/m3。第一级除雾器最高一层喷淋管道至少应为910〜1200mm，最高一级除雾器截面收缩点或水平出口点低端应留1000〜1500mm的距离。简单示意图如下:第12页共26页

大气污染控制工程课程设计设计计算1、喷淋塔内流量计算假设喷淋塔内平均温度为80C，压力为120KPa,则喷淋塔内烟气流量为：273+/273273+/273101.324门式中：口一喷淋塔内烟气流量，俏肌2一标况下烟气流量-，"K一除尘前漏气系数，0〜0.1；代入公式得：273+80101.324Qv=55.7* 义 义(1+0.06)=64.46273 1202、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v=4m/s，则喷淋塔截面A为:则塔径d则塔径d为:取塔径D=3200mm3、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。第13页共26页大气污染控制工程课程设计(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：H1=vt=Ay-A=\6m(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(3.4〜3.5)m。则取除雾区高度为：H2=3.5m(3)浆池高度浆池容量vi按液气比浆液停留时间\确定：及二£小0跖式中：LG—液气比，取18Lm3;Q一标况下烟气量，m3/h；%一浆液停留时间，s；一般ti为4min〜8min，本设计中取值为5min，则浆池容积为：V=18义10一3义5.57义104义A=83.7m3

i 60选取浆池直径等于或略大于喷淋塔D。，本设计中选取的浆料直径为D05m，然后再根据V/计算浆池高度：式中：h一浆池高度，m；0第14页共26页大气污染控制工程课程设计V一浆池容积，m3；1D一浆池直径，m。04x83.7h= =4.26m3.14x52从浆池液面到烟气进口底边的高度为0.8-2m。本设计中取为2m。(4)喷淋塔高度喷淋塔高度为:H=H1+H2+h=16+3.5+7.41=26.91m三、新鲜浆料的确定CaOs)+SO2()+2H2%广CaSO；2H2Os)1mol1mol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:1.05x0.5x14x103:7350mol；;h7350x56 =411.6kg；h1000四、塔径(D)的确定D二错误！未找到引用源。带入数据得D=6.65m实际取塔径D=7m取塔底液面高度h=7m，最低喷淋层离入口顶端高度h=2.0m，最第15页共26页大气污染控制工程课程设计高喷淋层离入口顶端高度h3叁1.2X6=7.2m,取h=7.4m。3五、塔入口烟道的设计烟道下沿离塔底液面为h=1.8m5六、塔出口烟道的设计烟道出口下沿离除雾器距离为h=1.5m6七、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3-6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2〜4m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1.5〜2.5m,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hj1.8m,设四个喷淋层。第16页共26页大气污染控制工程课程设计八、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":900mg/m3n=(3401-900)/3590X100%=73.5%经处理后的烟气温度会降5℃~10℃,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) X55707=54298m3/h§4烟囱的设计.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。第17页共26页大气污染控制工程课程设计按1t蒸汽量的烟排放浓度为3000ma/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)<11〜22〜66〜1010〜2026〜35烟囱最低高度(m)202530354045.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，ma/hv----按表1-3选取的烟囱出口烟气流速，m/s表1—3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10〜204〜5自然通风6〜102.5〜3烟囱底部直径第18页共26页大气污染控制工程课程设计d1=d2+2•i•H (m)=1.6X2+2X160X0.02=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.烟囱的抽力Sy=0.0342H(—1———1—)•B273+tK273+tp=0.0342X160(1/(273+10.6)-1/(273+80.625))X103.325=394.78pa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，Pa§5系统阻力的计算1.管径的确定d=(4Q/nv)1/2式中Q—工况下管内烟气流量，m3/sv—烟气流速，m/s,(可查有关手册确定，对于锅炉烟尘v=10〜15m/s)o第19页共26页

大气污染控制工程课程设计管径计算出以后，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)1—210681229.4112.002.545180011.873—49871027.4118.001.539140017.775—69789027.1918.001.539140017.667—89493126.3720.001.539140017.132.摩擦压力损失△pL=入,L/d•pV2/2 (Pa)式中L 管道长度，m;d 管道直径，m;p—烟气密度，kg/m3;v---管中平均气流速率，m/s;人---摩擦阻力系数，可以查手册得到(实际中对金属管道入值可取0.02,对砖砌或混凝土管道入值可取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/m3V2P2l4Rs沿力力」卜(P程」惯夕P/嗯)1第20页共26页大气污染控制工程课程设计1—210.000.511.871.3496.485.05.30643—48.000.4517.771.34217.084.4510.6265—640.000.4517.661.29208.9822.2251.077—82.000.4017.131.01405.5612.555.76△p=己,(pV2/2) (Pa)式中自--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a=30 ©=0.8渐缩管a=30 ©=0.1阀门^=0.17对于90度圆形管头△p=己,(pV2/2)标号Z©烟气流速/m/s烟气密度/kg/m3U2P2局部阻力AP(Pa)1—20.6311.871.3496.4860.73—40.9217.771.34217.08199.715—61.2117.671.29208.98252.877—80.6317.121.01405.56255.51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：AP2=ZAP第21页共26页大气污染控制工程课程设计=768.78+122.48+800+1100=2791.26§6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。.烟气在管道中的温度降△t1=(qXF)/(QXCy) (℃)式中Q一标准状态下烟气流量Q,m3/hF一管道散热面积，m2CV--标准状态下烟气比热容(一般为1.352〜1.357kJ/m3.'C)q一管道单位面积散热损失室内q=4187kJ/(m2•h)室外q=5443kJ/(m2•h).烟气在烟囱中的温度降△t2=(HXA)/(D1/2) (℃)二(160X2)+601/2=41.31式中D一合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之和，t/h第22页共26页大气污染控制工程课程设计H—烟囱高度，mA--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H<50m壁厚<0.5m砖烟囱壁厚〉0.5mA20.80.40.2§7风机和电动机选择计算.风机风量的计算Qy=1.1QX卫。X吗空273 B=27.6(ma/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，ma/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.风机风压的计算Hy=1.2(Z△h-Sy)(Pa)X273±IpX101325X1293(Pa)273+tY