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 第页《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2§1工程概况3一、设计原始资料3二、设计内容和要求：5§2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15五、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17§4烟囱的设计17烟囱高度的确定17烟囱直径的计算183.烟囱的抽力19§5系统阻力的计算191.摩擦压力损失20§6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22§7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233、动机功率的计算24§8设计体会25§9参考书目：26§1工程概况一、设计原始资料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：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60m250m范围内，烟管出锅炉房的相对标高为3.5m。煤质资料参数序号序号项目符号单位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%49~5988可燃挥发份Vdaf%14.5~15.69工作基低位发热量Qnet，arMJ/kg10.58灰成分分析序号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气象和地理条件序号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℃44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0.05g排放浓度按国家相关排放标准二、设计内容和要求：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。净化系统设计方案的分析确定。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。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。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。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。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。图纸要求：、除尘系统图一张（推荐图幅A）。系统图应按比例绘制、标出2设备、管件编号，并附明细表。、除尘系统平面图一张（推荐图幅A）。2§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Ｑａˊ＝4.78（1.867ＣY＋5.56HY＋0.7ＳY－0.7ＯY）（ｍ3／㎏）=4.78×(1.867×0.24+5.56×0.02+0.70×0.006-0.70×0.09）=2.3922（ｍ3／㎏）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Ｑｓˊ＝1.867（ＣY＋0.375SY）＋11.2ＨY＋1.24ＷY＋0.016Ｑａˊ＋0.79Ｑａˊ+0.8NY=1.867×（0.24+0.375×0.006）+11.2×0.02+1.24×0.015+0.016×2.3922+0.79×2.3922+0.8×0=2.622（ｍ3／㎏）式中Ｑａˊ--标准状态下的理论空气量，ｍ3／㎏ＷY—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=Ｑｓˊ+1.016(α－1)Ｑａˊ（ｍ3／㎏）=2.622+1.016×(1.4-1)×2.392=3.594（ｍ3／㎏）式中α—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=Ｑｓ×设计耗煤量=3.594×15.5×1000=55707ｍ3／h标准状态下烟气含尘浓度C=(d×AY)/Ｑｓ(㎏/ｍ3)sh=(0.2×0.5)/3.594=0.0278式中d–-排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；shAY--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Cso=(2SY)/Ｑｓ×106(mg/ｍ3)2=(2×0.006)/3.594×106=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：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。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。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。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2注意腐蚀问题。①除尘器应达到的除尘效率η=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。袋式除尘器的工作原理是，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，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 3 A 930m60v滤袋的尺寸单个滤袋直径：D200~300mm，取D250mm单个滤袋长度：L2~12m，取L8.2m L 8.2 滤布长径比一般为5~40， 32.8D 0.25每条滤袋面积aDL3.140.258.26.44m3滤袋条数A930 n144.4144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：250mm组内相邻滤袋的间距：70mm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h≧vt；除雾器离最高 2 3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0.6~1.2m/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：二、设计计算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：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，0～0.1；代入公式得： 27380101.324 Qv55.7 （10.06）64.46 273 120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v4ms，则喷淋塔截面A为： Q A7.4175v则塔径d为：4A47.4176d3.07m3.14取塔径D3200mm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。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：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：H3.5m2浆池高度浆池容量V按液气比浆液停留时间t确定： 1 1式中：L—液气比，取18Lm3；GQ—标况下烟气量，m3h；t—浆液停留时间，s；1一般t为4min~8min，本设计中取值为5min，则浆池容积为：13 45 3V18105.571083.7m1 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0为D5m，然后再根据V计算浆池高度： 0 1式中：h—浆池高度，m；0V—浆池容积，m3；1D—浆池直径，m。0 483.7 h4.26m3.1452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。喷淋塔高度喷淋塔高度为：HHHh163.57.4126.91m t 1 2三、新鲜浆料的确定 CaOSO 2HOCaSO2HO s2g2l 3 2s1mol1mol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：1.050.5141037350molh735056411.6kgh1000四、塔径(D)的确定D=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 1 2高喷淋层离入口顶端高度h3≧1.2×6=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h=1.8m，设四个喷淋层。4八、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C=3401mg/m3要求出口浓度C=900mg/m3SO2 SO2η=（3401-900）/3590×100%=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）×55707=54298m3/h§4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3000m3/h估算，蒸汽量为表1-2锅炉烟囱高度表锅炉总额定出锅炉总额定出力（t/h）<11～22～66～1010～2026～35烟囱最低高度（m）2025303540452.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/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 10～20 4～5自然通风 6～10 2.5～3烟囱底部直径d=d+2·i·H(m) 1 2=1.6×2+2×160×0.02=9.6式中d烟囱出口直径，m2H烟囱高度，mi烟囱锥度，通常取i=0.02～0.033.烟囱的抽力Sy=0.0342H（1—1）·B 273t 273t K P=0.0342×160（1/(273+10.6)-1/(273+80.625)）×103.325=394.78pa式中H烟囱高度，mt外界空气温度，˚CKt烟囱内烟气平均温度，˚CPB当地大气压，Pa§5系统阻力的计算1.管径的确定d=(4Q/πv)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）。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（积流量m3/h）/（气体积流量m3/s/）流速（）m/s/A/管道断面面积（m2）采用的规管道选择格/D/mm（烟气流校正后速m/s/）烟气体换算烟选择1—210681229.4112.002.545 1800 11.873—4 9871027.4118.001.539 1400 17.775—6 9789027.1918.001.539 1400 17.667—8 9493126.3720.001.539 1400 17.132．摩擦压力损失Δp=λ·L/d·ρv2/2(Pa)L式中L管道长度，m;d管道直径，m;ρ烟气密度，㎏/m3;v管中平均气流速率，m/s;λ摩擦阻力系数，可以查手册得到（实际中对金属管道λ值可取0.02，对砖砌或混凝土管道λ值可取0.04）标号管段长度/水力半径/烟气流速/烟气密度kg/m/22 4Rl沿程阻力损失P/m m m/s s m 3 （Pa）1—210.000.511.871.3496.48 5.05.30643—48.000.4517.771.34217.08 4.4510.6265—640.000.4517.661.29208.98 22.2251.077—82.000.4017.131.01405.56 12.555.76Δp=·（ρv2/2）（Pa）m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Δp=·（ρv2/2）m标号标号烟气流速/m/s烟气密度/3/kgm22局部阻力mPPa1—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：PP 2 mi=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。1.烟气在管道中的温度降Δt=(q×F)/(Q×C)(˚C) 1 V式中Q—标准状态下烟气流量Q,ｍ3／hF—管道散热面积，ｍ2C--标准状态下烟气比热容（一般为1.352～1.357kJ/m3.˚VC）q—管道单位面积散热损失室内q=4187kJ/（ｍ2·h）室外q=5443kJ/（ｍ2·h）2.烟气在烟囱中的温度降Δt=(H×A)/(D1/2)(˚C)2=(160×2)÷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,t／hH—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 钢烟囱 砖烟囱H<50m 砖烟囱（无衬筒） （有衬筒）壁厚<0.5m 壁厚>0.5mA 2 0.80.4 0.2§7风机和电动机选择计算1.风机风量的计算Qy=1.1Q×273tP×101.325 273 B=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，kPa2.风机风压的计算Hy=1.2(Δh－Sy)(Pa)×273tP×101.325×1.293（Pa）273t B Y Y=487式中1.2风压备用系数；Δh系统总阻力，PaSy烟囱抽力，Patp风机前烟气温度，˚C