大气污染控制工程课程设计电除尘器等

大气污染控制工程课程设计院系：水利与环境科学学院班级：环境工程1081班学号：******姓名：日期：-6-17第一章概述第一节设计任务题目、目标和要求一、设计题目某燃煤锅炉房除尘系统设计（振动炉排式链条炉+强制送风+800吨/年）。二、设计目标经过课程设计全方面总结课程学习结果，加深对课程理论内容了解，掌握应用理论知识处理实际工程问题完整过程。掌握大气污染物处理工程设计全过程。掌握编制设计方案（除尘方案比较选择与确定）。掌握除尘器选型计算，系统布置，烟风道阻力计算，风机选型等。除尘系统平面布置、立面、除尘装置布置、及主要构筑物设计。工程造价估算。三、设计要求方案选择合理，系统布置紧凑，占地面积小，计算准确，图纸绘制达成扩大初步设计要求（图纸线条均匀，标注准确，说明齐全）。第二节设计依据一、大气质量标准当地大气质量执行《大气环境质量标准》“GB13271-”中二级标准。二、烟尘排放浓度执行《大气环境质量标准》“GB13271-”中二级标准。本标准按锅炉建成使用年限分为两个阶段，执行不一样大气污染物排放标准：Ⅰ时段：12月31日前建成使用锅炉。Ⅱ时段：1月1日起建成使用锅炉（含在Ⅰ时段立项未建成或未运行使用锅炉、建成使用锅炉中需要扩建、改建锅炉）见表1。表1燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值锅炉类别适用区域烟尘排放浓度（3mgm）烟气黑度（林格曼黑度，级）Ⅰ时段Ⅱ时段燃煤锅炉自然通风锅炉（0.7(1)MWth）一类区100801二、三类区150120其余锅炉一类区100801二类区250200三类区350250三、锅炉烟囱高度应依照锅炉房总设计确定新建锅炉烟囱周围半径200m距离内有建筑物时，烟囱高度应高出最高建筑物3m以上，达不到此要求时，锅炉烟尘排放浓度限值及黑度按“GB13271-”中二类区域浓度标准执行。烟囱高度由锅炉蒸发量确定见表2。表2锅炉房烟尘最低允许高度锅炉房装机总容量MW<0.70.7～1.41.4～2.82.8～77～1414～28th<11～22～44～1010～2020～40烟囱最低允许高度m202530354045注：燃煤、燃油（燃轻柴油、煤油除外）四、燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值依照锅炉锅炉销售出厂时间按表3时间段要求执行。表3燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值锅炉类别燃煤到基灰分（%）烟尘初始烟尘排放浓度（3mmg）烟气黑度（林格曼黑度，级）Ⅰ时段Ⅱ时段自然通风锅炉（＜0.7MW(1t/h)）/1501201其余锅炉（≤MW2.8（t/h4））Aar≤%25180016001Aar≥25%1800其余锅炉（＞2.8MW(4t/h)）Aar≤25%18001Aar≥25%2200第三节设计原始资料一、设计参数烟气粘度：2.4X10－5pa.s烟气温度：473K允许压力损失：1000pa烟气密度：1.18kg/m3烟气真密度：2.25g/cm3二、煤质表表4煤质资料煤种煤种低位发烧量（KJ/㎏）挥发分%灰分%水分%干燥无灰基分析（%）CHONS无烟煤263779.026.05.091.73.82.21.31.0三、烟气中烟尘颗粒粒径分布表表5粒径间隔粒径间隔µm0-11-55-1010-2020-3030-4040-5050-60>60质量频率％32015201610637第二章除尘器选型及计算依照现在环境保护要求，采取电除尘设备。第一节燃烧计算8001．燃煤量：B91.3kghj365242、燃煤计算：山西煤成份：C:63.273%O:1.518%H:2.622%N:0.897%S:0.69%质量（g）mol需氧数molC632.7352.7352.73H26.2213.116.56O15.180.47S6.900.220.22N8.970.32HO502.7802理论氧气量：2.736.560.470.2259.04molkg理论空气量：59.0413.78282.2molkg282.2122.410006.322m3kg（标态）理论烟气量：52.7313.110.220.322.7859.043.78292.33molkg292.3322.410006.548m3kg（标态）烟气含水率计算：13.112.7815.89molkg15.89292.335.4%确定过剩系数链条炉（强制送风）1.5烟管0.15省煤管0.1除尘器0.1炉膛0.1过滤器0.05空气预热器0.1无烟煤0.12锅炉出口排烟过剩系数（）=炉膛出口处过量空气系数+对流烟道内部分漏风系数之和总过剩系数（）=链条炉（1.5）+省煤管（0.1）+炉膛（0.1）+烟管（0.15）=1.85烟气量计算实际烟气量：Q6.548（1.851）6.32211.922m3kgN11.92291.31088.48m3h运行工况下除尘器需净化烟气量Q：PQnRTQ Q 1088.48 Q N TT2734731 2Q1885.90m3h第二节烟气浓度及除尘效率一、烟尘初始浓度计算1．锅炉飞灰排放量 A q qMBj100y10048100im A 式中M——锅炉飞灰排放量（kgh）ABj——锅炉在额定蒸发量时耗煤量（kgh）A——燃料含灰量，取26.0%yq——锅炉款完全燃烧损失，q=5～12，（取10）4qi——燃料发烧量，263774.26280.24Kcal——烟尘占燃料中灰分质量分数0.15～0.20(取0.20)m 26 106280.24MA91.310010081000.26.16Kgh2．烟尘初始浓度MCO 0 Q6.16106=3266.34mgm31885.90二、除尘效率要求达成除尘效率CC 0 100%C0式中C——按《锅炉烟尘排放标准》中二类区域要求浓度限额取值计算，即C为200mgm3。3266.34200100%3266.3492.65%第三节含硫浓度计算燃料中转化为二氧化硫百分率为100%mV122.4103so2M式中V——每千克燃料燃烧时产生二氧化硫体积Nm3kg；so2m——每千克燃料中含硫质量；M——硫分子量；6.90V122.4103SO2324.83103Nm3kgVBj Cso2 so2V106y式中Bj——锅炉在额定蒸发量时耗煤量kghV——实际烟气量m3hy4.8310391.3 C 405.13ppm SO2 1088.48106将ppm转化为mgm3405.1364 C 1157.51mgm3 SO2 22.4依照《烟尘排放标准》GB13271-要求，1月1日起立项,新安装和更新锅炉中，燃煤含硫量小于2%,二氧化硫浓度标准为900mgm3,因为计算所得C大于so2900mgm3超标。所以在除尘过程中需要脱硫，需达成脱硫效率为：1157.51900100%1157.5122.25%第四节除尘方案确实定及除尘器选型一、除尘方案确定依据依照除尘烟气含尘浓度。依照除尘器除尘效率和处理烟气量是否达成设计要求，除尘后排尘浓度是否达成排放标准。考虑除尘器造价、安装费、运行费、维护费和使用寿命。设计参数依照设计题目锅炉燃煤量91.3kgh，烟尘初始浓度3266.34mgm3，除尘系统要求达成除尘效率92.65%，允许压力损失：1000Pa。方案比较方案一：袋式除尘器袋式除尘器是一个干式高效除尘器，可用于净化粒径d0.1m尘土气体。除尘效p率可达99%以上，它是最古老除尘方法之一。（1）袋式除尘器优点袋式除尘器对净化含尘微粒和亚微粒数量级粉尘粒子气体效率较高，通常可达99%，甚至达成99.9%以上。袋式除尘器能够捕集多个干式粉尘，尤其是高比电阻粉尘，采取袋式除尘器要比用电除尘器净化效率高得多。含尘气体浓度在相当大范围内改变对袋式除尘器效率和阻力影响不大。袋式除尘器能够设计制造成适应不一样气量含尘气体要求，除尘器处理量能够从1～106m3h。袋式除尘器也能够做成小型，安装在散尘设备上或散尘设备附近，也能够安装在车上做成移动式袋式过滤器，这种小巧、灵活袋式除尘器尤其适适用于分散尘源除尘。袋式除尘器运行性能稳定可靠，没有污泥处理和腐蚀等问题，操作维护简单。（2）袋式除尘器缺点袋式除尘器应用主要受滤料耐温和耐腐蚀等性能影响。现在惯用滤料可耐250℃左右高温，如采取尤其滤料处理高温含尘烟气，将会增大投资费用。不适于净化含粘结和吸湿性强含尘气体。用袋式除尘器净化烟尘是温度不能低于零点温度，不然将会产生结露，堵塞布袋滤料空隙。据初步统计，用袋式除尘器净化大于17000m3h含尘气量投资费用要比电除尘器高，而净化小于17000m3h含尘烟气时投资费用要比电除尘器省。方案二：电除尘器电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）装置。电除尘器与其余除尘器根本区分在于：除尘过程分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上。电除尘器特点搜集效率高：静电除尘装置能够很方便经过加长电场长度达成99%以上除尘效率。静电除尘器装置还有一个出众特征，就是搜集效率可长久稳定保持不变，这是其余除尘器比不上。只有袋式除尘器例外，但袋式除尘器需要经常更换滤袋，才能保持良好收尘效率。烟气阻力小，总能耗低，电除尘器能耗主要是由烟气阻力损失、供电装置、电加热保温和震打电机等能耗组成。因为总能耗低，有极少更换易损件，所以运行费用比袋式除尘器、文丘里除尘器等要小得多。适用范围广：电除尘器可捕集粒径小于0.1m粒子，300～400℃高温烟气。湿式静电除尘器不但能够除尘，还可除去烟气中水雾和酸雾。这种综合性能力为用户提供了方便。当烟气各项参数发生一定范围内波动时，电除尘器依然保持良好捕集性能。对于高比电阻和低比电阻粉尘烟尘来说，需要采取烟气调整，但总看来这种情况不多，绝大多数烟气净化都可采取电除尘器。可处理大容量烟气：电除尘器易模块化，所以能够很方便地实现装置大型化。现在单台电除尘器处理气量已达2106m3h，这么大气量用袋式除尘器或旋风除尘器来处理是极难想像，即使勉强做到也不经济。捕集到粉尘干燥：因为粉尘以干燥形态被捕集，有利于粉尘输送和再利用，也没二次污染。维护保养简单：电除尘器假如品种规格选恰当，又有良好制造安装质量，日常维护保养量是极少。电除尘器操作运行以全部实现自动化，实现了智能化——即自动选择瞬时最好运行方式。一次投资大：电除尘器和其余除尘器相比结构较复杂，耗用钢材比较多，每个电场需配用一套高压电源及控制设备，所以价格较大。不过静电除尘装置设备费用加上3～5年运行费用比大多数其余除尘设备要低。方案三：文丘里麻石水膜除尘器含尘气体由烟气进口引入，首先进入麻石文氏管，文氏管是一个缩放管，在文氏管喉部入口处喷入压力水呈雾状充满整个喉部，烟气流经文氏管渐缩管时因为流道缩小，速度逐步增大，抵达喉部时速度达成最大。所以当烟气流到喉部是，烟气中高速运动尘粒冲破水滴周围气膜而被吸附在水滴上凝聚成大颗粒液滴随烟气一起进入麻石水膜除尘器进行第二次分离。液滴与烟气一起由麻石水膜除尘器切向或蜗向引入，然后沿筒体螺旋上升，液滴与尘粒在离心力作用下被甩向筒体内壁自上而下一层均匀水膜接触，被水膜吸附，而随水膜一起流到底部灰斗，从排灰口排出筒体，在经过水封面进入排灰沟排出。净化后烟气从顶部以切向或蜗向引入。文丘里麻石水膜除尘器中花岗石（俗称麻石）它成本低，便于安装耐腐蚀，占地面积小等特点，而且能大量吸收烟气中SO、SO形成SO2、SO2离子，具备良好脱硫效果， 2 3 3 4并克服了钢制除尘器易腐蚀，内衬瓷砖或辉绿岩板衬里易脱落特点。麻石水膜除尘器具备投资少，电能消耗低，除尘效率高，可脱硫，操作简单，维护方便，使用寿命长等优点。经过三个方案比较后，采取电除尘器最适宜。第五节电除尘器计算一、除尘器主要参数确实定气流速度v1.2ms（1~2ms）设定板间距S25cm（23~28cm）极板采取C型板，紧固型悬挂方式设定线间距25cm极线采取长管状芒刺线（起晕电压15KV）驱进速度12cms0.12ms（3~18cms）电场强度E=50000V/m电压U=70KV二、确定主要部件结构形式采取卧式电除尘器设计为单室m=1电场数n=2振打方式：挠臂锤机械振打进出气烟箱：进气方式：前部中心进气气流分布：在进气烟箱内设置开孔率为50%气流均布板和导流板槽形极板：在出气烟箱内设置槽形极板6.灰斗：设置船形灰斗7.电晕电极：芒刺线三、各部尺寸计算集尘面积Qln(1)Akk——1.0~1.3取1.0Q1885.90m3h1885.90ln(192.65%)A1.00.12360011.40m2初定电场断面积 Q 1885.90F'0.44m2v1.23600极板有效高度 F' 0.44 h 0.47m 2 2极板有效宽度F'0.44B'0.94m有效h0.47通道数 BF' 0.44Z3.74SSh0.250.47反算极板宽度B有效 B ZS40.251m有效验算实际断面积FhB 0.4710.47m2有效验算电场风速 Q 1885.90v'1.11msF0.473600v1.2msv'1.11msvv'0.090.1合格单电场长度 A 11.40 l 1.52m2nZh2240.47Lnl21.523.04m电压和电流 S 25U3.53.543.75KV 2 20.2511.40I1.4mA2柱间距除尘器内壁宽度B(取100mm)BSZ2250421001200mm沿气流方向上柱间距L(l500mm,C250mm)deLl2lC152025002502770mm d e与气流垂直方向柱间距L（取e'250mm）kBe'1200250L 1450mmk m 1进气烟箱进气烟箱采取水平进气方式，并设置导流板和开孔率为50%气流均布板，取进口烟气流速为10m/s，进气烟箱进口截面积F0 Q 1885.90F 0.052m2 03600v 3600100进气烟箱进口截面形状为200mm230mm矩形，底板斜度为600，进气烟箱长L0.35(aa)500.35(1000230)50320mm 2 1 2出气烟箱出气烟箱采取水平出气方式，并设置槽型极板，取各出气烟箱小端截面F'F200mm230mm 0 0底板与水平夹角为70%，出气烟箱长L0.7L0.7320224mm W 2灰斗采取船形灰斗，沿气流方向设2个灰斗，灰斗上口取2770mm1200mm，灰斗下口取1830mm260mm，底部卸灰阀高度取300mm，灰斗壁与水平夹角为700，灰斗高为1290mm。1.290灰斗总体积V2(2.771.21.830.262.771.21.830.26）34.35m3取有效容积为4m3理论捕集效率A'1exp()Q11.400.1236001exp( )92.66%92.65%1885.90符合设计要求。电除尘器总体外形尺寸除尘器总长=进气烟箱长+柱距长×电场数+出气烟箱长LLL2L 2 d W320277022246084mm除尘器总宽=2×走台宽度+室数×柱间宽W215001Lk21500114504450mm除尘器总高=极板有效高度+灰斗高度+顶部大梁高度+底部遮拦高度+底部卸灰阀高度Hh129020030030047012902003003002560mm第三章除尘系统及关于计算第一节管道设计及阻力计算一、管道设计1、锅炉出口到除尘器进口管道尺寸QF13600v式中F——锅炉出口到除尘器进口连接管截面积m2；1Q——锅炉出口烟气流量m3h；v——烟气流速ms，机械通风金属管道烟气流速为10~15ms，本设计取14ms。1885.90F0.037m21360014F依照FR2可得R10.108m 1 1 1则内径D2R0.216m，1 1管壁厚度B'取0.75mm，外径DD2B'0.2175m。1查《环境工程设计手册》得取管径为220mm,管壁厚度为0.75mm钢板制风管，计算得实际风速为12.06ms。2、除尘器出口到引风机进口之间管道尺寸QF223600v式中F——除尘器出口于引风机进口连接管截面积m22Q——除尘器出口烟气量m3h21088.48Q2Q1726.42m3/h 273 433 21726.42F0.040m22360014F依照FR可得R20.113m 2 2 2故内径为D2R0.226m2管壁厚度B取0.75mm，外径D'D2B'0.2275m 2 2 查《环境工程设计手册》得取管径为220mm,管壁厚度为0.75mm钢板制风管，计算得实际风速为11.20m/s二、管道阻力计算1、局部阻力损失计算⑴除尘器出口与金属管相接处阻力损失P1v2P 1 12式中——局部阻力系数，取0.111 1v——烟气流速ms273——烟气密度kgm3,0273t——标准状态下烟气密度1.18kgm30t——除尘器出口温度，除尘器出口温度约为1600C2731.180.74kgm327316011.22P0.110.745.11Pa2(2)900弯头阻力损失P2v2P 2 22式中:-------阻力系数，弯头焊接，d0.216m，R取0.22m，R/d1。2查《环境工程设计手册》0.23211.22P0.230.7410.67Pa 2 2金属管道与风机进口相接处阻力损失P3v2P32 3 1P5.11Pa3风机出口与金属管相接处阻力损失P4PP5.11Pa3引风机后金属管与烟囱相接处阻力损失P5v2P1 5 52 511.22P10.7446.4Pa 5 22、摩擦阻力损失计算（1）除尘器出口到烟囱进口摩擦阻力损失P6lv2pd2d式中------阻力系数查《工业锅炉房设计手册》0.02l------管道长度m,本设计取单位长度1md--------管道当量直径m，管道为圆形（d为内径）d dv--------烟气流速ms-------烟气平均重度0.74kgm3 1 0.7411.22 P0.02 4.22Pam 0.22 2除尘器出口到第一个弯头长度：0.5m第一个弯头到第二个弯头之间长度：依照除尘器高取2.5m第二个弯头到第三个弯头之间长度：取7.0m第三个弯头后管道与引风机进气口之间长度：取0.5m引风机出口到砖砌烟囱入口长度：取2mL0.52.57.00.5212.5mPPL4.2212.552.75Pa63.总烟气管道摩擦阻力损失PPP3PPPP146.69Pa管 1 2 3 4 5 6第二节烟囱设计及计算一、烟囱选择依照锅炉蒸气排放量,这里取钢筋混凝土烟囱,高度为20m。《工业锅炉房设计手册》。烟囱内衬：烟气温度＜400℃，用100号红砖，26号混凝土砂浆砌。内衬高度：烟气温度＜250℃，内衬高度占烟囱全高1/3。内衬厚度：烟囱底部7m以内一段厚度通常大于半砖，筒身与内衬之间应留有间隙，做成空气隔热层，其厚度通常为50mm，筒身支撑地面烟囱基础上。烟囱底部没有清灰入孔，以作清灰及检修之用，依照烟囱大小，在烟囱底部应留有比水平烟道底部低0.5——1.0m左右积灰坑。二、烟囱中烟气在烟道中温度降1、烟气在烟道中温度降除尘器出口烟气温度约为160℃；除尘器出口到烟囱入口温度降t2L24C1注：烟气在金属管中每米降温2℃，在烟道中每米降温0.5℃（《工业锅炉房设计手册》）。烟气在烟囱中温度降按下式计算t0.5H0.52010C2烟囱出口烟气温度按下式计算t1602410126Cc烟囱中烟气平均温度按下式计算126(16024)t131C2三、烟囱尺寸计算烟囱出口内径D14Q(t273)DNc 1 3600273vv-------烟囱出口烟气流速ms依照《工业锅炉房设计手册》流速通常为10--20ms，本设计取15ms.41088.481262730.194m360027315因考虑积灰而使截面缩小原因，通常应将出口直径适当加大，取0.2m。烟囱入口直径（下口衬里最小内径）D(0.016~0.02)H（取0.02）10.20.02200.6m烟囱平均直径 DD 0.20.6 D1 20.4m 2 2烟囱阻力计算、烟囱摩擦阻力Hv2P7D2式中----烟囱摩擦阻力系数，钢筋混凝土烟囱0.015~0.05，取0.04；H----烟囱高度m；D----烟囱平均直径m；v----烟囱内烟气平均流速ms；1392.24 v 3.08ms3600D2----烟气平均重度0.74kgm3；200.743.082P0.047Pa 7 0.4 2、烟囱出口阻力P8v2P 8 2式中-----烟囱出口阻力系数=1.0v--------烟囱出口处烟气流速ms------烟气平均重度0.74kgm3152P10.7483.25Pa 8 2、烟囱总阻力 P PP90.25Pa 烟囱 7 8第三节风机电机选型计算一、总阻力计算锅炉本身阻力锅炉本身阻力在100~800Pa之间，取400Pa；省煤器阻力省煤器阻力通常为40~60Pa，取50Pa；